同济大学硕士开题报告

1、TONGJI UNIVERSITY 专业型硕士研究生学位论文选题报告及工作计划 课 题名 称 丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的早期性能 学 号 研 究 生 诸葛亮 专 业 材料学 所 在 院系 材料科学与工程 导 师 刘 备 副 导 师 选 题 时间 2015 年 9 月 29 日同济大学研究生院2015年 10 月 29日1 研究问题 1）在预研究的基础上提出应用研究（设计）中的科学问题2）课题来源、选题依据和背景情况3）课题的研究目标以及理论意义和实际应用价值科学问题：聚合物水泥砂浆的研究和应用已有八十多年的历史，聚合物水泥砂浆具有良好的工作性、抗渗性、较小的弹性模量

2、和较好的塑性，其抗弯强度和粘结强度有也有明显的提高。硫铝酸盐水泥因具有早强、高强、抗硫酸盐腐蚀、抗海水腐蚀等特点，最近几年，聚合物硫铝酸盐水泥砂浆的应用研究也越来越多，为了更好的实现聚合物和硫铝酸盐水泥的性能互补及优势叠加，人们愈来愈关注聚合物/硫铝酸盐水泥混合后的性能，但至今仍有很多瓶颈亟需突破，所以聚合物/硫铝酸盐水泥还有待更进一步的研究，例如，常温下具有快凝快硬性能的混合体系在低温高湿、高温低湿、低温低湿等条件下性能如何？因此本课题主要工作是进行丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的早期性能的研究，其要解决的科学问题是丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的

3、早期物理力学性能的演变规律，使其更好地服务于建筑工程。课题来源：国家自然科学基金面上项目（）选题依据和背景情况：水泥是世界上用量最大的人造建材之一，大量应用于工业与民用建筑、交通、城市建设、农林及海港工程等。21世纪水泥工业仍占有重要的基础地位，水泥材料仍然是重要的建筑材料之一。在我国，改革开放以来水泥行业得到快速发展，水泥年产量已由1978年的6524万吨发展至2014年的24.76亿吨，占到全球总产量59.23%1，成为世界水泥生产大国。然而，一方面，随着高速公路、超高层建筑、跨海大桥等特殊环境下大型工程应用的出现，人们在强度、施工性能和耐久性等方面对水泥混凝土提出了更高的要求，水泥作为其

4、重要组成原料，对混凝土各方面性能表现起着至关重要的作用；另一方面，水泥的生产过程伴随着不可再生资源、能源的大量消耗以及严重的环境污染问题，所以进一步提高水泥性能，走可持续发展的道路是水泥工业发展的方向和目标。如表1所示为硅酸盐水泥中主要熟料矿物相的能耗及CO2排放量。传统硅酸盐水泥早期强度偏低；烧成温度高，导致能源消耗高；水泥熟料中阿利特(C3S)含量高，消耗了大量高品质石灰石资源；生产过程中产生大量的CO2等废气，环境污染日趋严重；水泥水化后期，由于硬化水泥浆体体积收缩而造成收缩裂纹，影响水泥混凝土的体积稳定性与耐久性2。此外，硅酸盐水泥主要熟料矿物为C3S和C2S，烧成温度在1450左右，

5、从表1可以看出，其能耗和CO2排放量均较高，环境污染严重。因此，迫切需要能够替代普通硅酸水泥的“绿色”胶凝材料3.4。表1 熟料矿物相烧成所需能耗及CO2排放量水泥组成生成焓(kJ/kg水泥熟料)二氧化碳释放量(kg/kg 水泥熟料)C3S1848.10.578-C2S1336.80.511CA1030.20.278C4A3S-8000.216 硫铝酸盐水泥是中国建材研究院70年代研制的新品种水泥，自1974年投入工业化生产以来，已有40年的历史5。自问世以来，硫铝酸盐水泥已成功应用于特种水泥混凝土构件、玻璃纤维增强水泥（GRC）制品，以及冬季、快速、修补、地下和海洋工程等特殊施工环境。通过长

6、期的研究和使用，对硫铝酸盐水泥水化和各项性能的了解不断深入，其应用领域也不断扩大。近年来，随着水泥基材料绿色化、功能化需求发展，又通过在硫铝酸盐水泥中掺入矿物掺合料和不同聚合物进一步达到节能环保和改善水泥基材料性能的目的，从而生产出适应不同环境要求的特种混凝土或特种砂浆6。但是，硫铝酸盐水泥的主要水化产物是AFt晶体，约占水化相的65%，而该晶体是一种高温不稳定相7，P.K. Mehta8曾指出，在干燥环境中加热时，钙矾石在65 时是稳定的，但到93 就部分分解，当钙矾石中的-OH水消失后，就转变为无定形物质，并且其后期强度存在增长不明显甚至出现倒缩现象。由此，引发了有关硫铝酸盐水泥温度稳定性

7、的许多争议，也使其大规模工程应用受到限制。随着高分子材料科学的发展和对材料结构与性能关系的深入认识，越来越多的聚合物被应用于其它各行各业，促进了其它行业的发展。经过大量的试验研究发现9，在普通水泥砂浆中加入聚合物可以大大提高水泥砂浆的性能，而且聚合物可以长期地发挥作用。通过聚合物改性过的水泥砂浆称为聚合物改性砂浆。聚合物改性砂浆的概念已经不是新概念了，早在1923年就有使用天然橡胶乳胶制造铺路材料的专利的报告10，到今天为止，已经有80多年的历史。从70年代开始11，聚合物砂浆复合材料在工业国的建筑、电气、机械和化学等工业领域中获得了广泛而有效的应用。在日本，新型高性能聚合物砂浆复合材料也已经

8、有40多年的开发应用历史。在日本和美国，聚合物改性砂浆和树脂砂浆已经获得了广泛的应用。近20年以来，世界各国的科技文献中出现大量专题性的研究报告，进一步促进了水泥中聚合物的应用和发展。普通的水泥砂浆是非匀质、多相无机脆性材料,骨料之间的结构结合力低，水泥在硬化过程中内部会产生许多空腔，这些空腔易注入水。随着硬化过程的完成、水分的消失,在水泥固结体内,这些空腔呈毛细管状，在应力集中时产生微裂纹，在外力作用下结构容易被破坏。利用聚合物对水泥砂浆进行改性使之在保持水泥原有的无机材料抗压强度、抗折强度、耐老化的优点时，增加了有机材料粘结力大、变形性好、密封性强的特点，从而使水泥砂浆的粘结力和抗渗力都有

9、了较大的提高。但是由于各种聚合物对水泥砂浆的改性程度不同，即各种水泥基聚合物复合材料自身的技术水平有显著的差异，以及聚合物对水泥砂浆的改性机理的不同，因此有必要对聚合物砂浆进行研究。当下，硅酸盐水泥是作为聚合物水泥砂浆的主体胶凝材料，然而聚合物/硫铝酸盐水泥砂浆还有待更进一步的研究，尤其是在不同环境条件下的聚合物/硫铝酸盐水泥砂浆。因此本课题主要工作是进行丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的早期物理力学性能的研究。研究目标： 基于本课题的主要研究内容，研究目标在于探明丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的早期物理力学性能的演变规律。理论意义和实际应用价值：聚合

10、物乳液的掺入使砂浆在不利的养护条件下亦能获得较好的内部孔结构和较高的力学强度，这表明改性砂浆比普通砂浆更适合于条件复杂的现场施工；能有效地提高改性砂浆的黏结抗折强度，提高幅度为20%50%；具有细化水泥砂浆孔隙的作用，主要改变101 000 nm范围内的孔结构，表现为减少毛细孔数量，增加过渡孔数量。因为水泥的生产过程伴随着不可再生资源、能源的大量消耗以及严重的环境污染问题，所以为了节约资源，保护环境，硫铝酸盐水泥的使用范围越来越广泛，聚合物硫铝酸盐水泥的也显示出了很多优异的性能，比如聚合物硫铝酸盐水泥的微膨胀性能，使其砂浆的干缩性能优于聚合物硅酸盐水泥砂浆，抗渗性能、抗硫酸盐侵蚀性等等都优于普

11、通的聚合物砂浆。钙矾石在硅酸盐系列水泥中是重要的水化产物，而在硫铝酸盐系列水泥中则是主要的水化产物，因此钙矾石的形成对硫铝酸盐水泥的水化硬化过程、对水泥浆体结构的形成均具有很大影响，对水泥的凝结特性及强度发展起了很重要的作用。硫铝酸盐水泥浆体中钙矾石的析晶状况导致该水泥凝结较快。钙矾石晶体通过溶解沉淀机理从浆体液相中析出。钙矾石析晶的过饱和度C 小，成核速率小，容易长成大晶体。而且，浆体的液相条件使钙矾石可在远离水泥颗粒表面的液相中形成，生成的钙矾石具有高度的不等度性，使钙矾石晶体之间易于相互搭接形成触变结构，随着水化的不断进行，触变结构得以加固，最终导致水泥浆体凝结。硫铝酸盐水泥早期强度高，

12、水化三天时硫铝酸盐水泥的抗压强度，已接近于硅酸盐水泥的28天抗压强度。硫铝酸盐水泥在水化初期3天内的强度增进率很高，3天龄期以后，强度发展迅速减慢，28天强度基本与硅酸盐水泥的28天强度持平。早强硫铝酸盐水泥的3天强度不但远高于矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，而且几乎是快硬硅酸盐水泥强度的2倍左右。硫铝酸盐水泥早期水化速度快，因而水化热比较集中，几乎90%左右的水化热都集中在13天龄期内。不品种的硫铝酸盐水泥具有不同的特点，因而有不同的用途，如快硬硫铝酸盐水泥曾用于建造南极长城考察站，经受了负 50的考验。硫铝酸盐水泥的快硬快凝是其相比与其它品种水泥的一个巨大的优点，但同时也是它在工程施工方面

13、的一个很明显的缺陷，其快速的凝结时间给施工带来了一定的困难，所以如何控制好其凝结时间及由于钙矾石引起的膨胀，已经成了一个亟待解决的工程问题。多数研究表明12，丁苯乳液具有较好的减水及填充效应，在水泥砂浆中加入适量丁苯乳液后，能有效改善其内部结构，提高集料间的粘结力，不仅能达到快修效果，还能提高其对抗外部侵蚀、破坏的能力。而聚合物乳液还具有引气效果，并且在水化初始包裹硫铝酸盐水泥熟料颗粒，延迟钙矾石的生成，调节凝结时间。丁苯乳液用于水泥砂浆的改性具有四下面是5点大特点：1）附着力强，可有效提高改性砂浆与各种基材(水泥基，金属等)的粘接强度；2）长期耐水性强，可有效提高水泥砂浆的抗渗性；3）耐磨性

14、好；4）耐化学腐蚀性好；5）具有良好的水泥配伍性？，合适的粒径分布、粘度、玻璃化温度，配方稚？定性好。由于施工条件千差万别，温湿度条件不能控制，所以不同温湿度的变化会对聚合物硫铝酸盐砂浆造成一定的影响吗？本课题的理论意义和应用价值在于通过探明丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度作用下物理力学性能的演变规律，为聚合物水泥砂浆更好应用于各种建筑工程提供理论依据和参考。2文献综述（文献综述不得少于2000字）1）国内外在该研究方向的研究现状及发展动态2）研究问题在本研究领域应用上的地位与价值 水泥砂浆被称为没有粗集料的混凝土，广泛应用于防水工程和修补工程。影响改性水泥砂浆性能的因素很多，其

15、中水泥品种是一个很重要的因素。与硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥的组成属于另一物理化学系统，以3CaO3Al2O3CaSO4矿物为主。该水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性，具有广阔的发展与应用前景13。又由于添加外加组分不但可以改善砂浆的施工性能，赋予砂浆基体良好的力学性能，而且生成的水化产物，使结构变得致密。近年来，利用高分子聚合物材料，来代替水泥混凝土（砂浆）材料中的一部分胶结材料，制成聚合物改性混凝土（砂浆），是提高水泥基材料抗拉强度和韧性的一个重要途径14-15。 由于各种高分子聚合物有各自的特性，所以对水泥砂浆的改性效果也各不相同。常用的聚合物胶乳有丁苯乳液、苯丙乳

16、液、丙烯酸酯胶乳、氯丁胶乳和EVA乳液等16。聚合物乳液改性水泥基材料的研发和应用早已开始17，较晚问世的可再分散乳胶粉18虽然在包装、贮存、运输及现场施工等方面更为便利。丁苯乳液是由丁二烯与苯乙烯乳液共聚而得，简称SBR。相对密度0.91.05。结合苯乙烯量为23%85%，大量生产的丁苯乳液结合苯乙烯量在23%25%，而高苯乙烯乳液(SBR-HSL)结合苯乙烯量则高达80%85%。一般方法制得的丁苯乳液总固含量为40%50%，而高固乳液总固含量则在63%69%。聚合物具有较好的减水效应，加入后能降低其用水量，从而有效提高硬化砂浆的密实度。1. 硫铝酸盐水泥砂浆的研究现状 硫铝酸盐水泥主要以

17、C4A3和 C2S 为主要熟料矿物，并根据粉磨时掺入石膏和石灰石混合材数量的不同，分为快硬、膨胀、自应力、高强和低碱度等5个品种。与硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥不但烧成温度低、能耗小、污染轻，而且具有水化热集中、快硬早强、高强、膨胀、耐蚀、抗渗、抗冻融以及液相碱度低等优良性能19。除了天然原料，硫铝酸盐水泥在烧制和使用过程中还可以充分利用各种工业副产品及废弃物，如粉煤灰、高炉矿渣、磷石膏等20。目前就各种掺合料在硫铝酸盐水泥砂浆中的应用，已有大量研究出现，而且研究成果显著。 马保国、韩磊21等对大掺量粉煤灰的硫铝酸盐水泥进行了研究，他们认为，引入增强组分M后，试块2h、3d、7d、28d最高抗

18、压强度分别提高了114%、116%、80%和60%；钙矾石及铝胶生成量增多，体系变的更致密，2h就能达很高强度；M的引入，可能使钙矾石初始结晶度变差；随养护龄期的延长，钙矾石结晶度逐渐变好，M促使粉煤灰参与后续水化反应，使粉煤灰颗粒被水化物紧密包裹，体系变得更致密，试块后期强度变大。 黄士元，邬长森22等研究了混凝土外加剂对硫铝酸盐水泥水化历程的影响，结果显示，快硬硫铝酸盐水泥的水化产物主要有AFt、AFm、C4AH13及AH3，而C2S的水化非常缓慢；快硬硫铝酸盐水泥快凝早强的主要原因是AFt的生成，而后期强度发展停滞甚至倒缩的原因主要是AFt向AFm的转化，后期C2S的水化可能弥补这一缺陷

19、；缓凝剂的作用是阻碍了C4A3和铁铝矿物的水化，并且抑制了AFt向AFm的转化；促硬剂的作用是与缓凝剂发生化学反应，终止了缓凝作用，使硫铝酸盐型水泥矿物恢复正常水化。 丁益、王爱国23等研究了硫铝酸盐水泥后期强度的改进，结果表明，在硫铝酸盐水泥中加入10%石膏、15%石灰和10%的硅灰能更好的提高硫铝酸盐水泥的抗折性能；在硫铝酸盐水泥中加入15%石膏、10%石灰和1%的硅灰能更好的提高硫铝酸盐水泥的抗压性能。 刘文斌24研究了普通硅酸盐水泥、石膏及石灰掺入硫铝酸盐水泥中后对其凝结时间和强度的影响，结果表明，普通硅酸盐水泥掺量增大使得硫铝酸盐水泥凝结时间缩短，强度下降；石灰和石膏的掺入对硫铝酸盐

20、水泥水化有一定的促进作用，且适当的比例对硫铝酸盐水泥的后期强度无不利影响。普通硅酸盐水泥、石灰和石膏的混掺对硫铝酸盐水泥的影响大小则与其掺量的多少有关。马保国、韩磊25等研究了硅灰、粉煤灰、矿粉掺量对硫铝酸盐水泥砂浆的标稠用水量、凝结时间、抗压强度和干缩的影响，结果表明，掺合料缩短了硫铝酸盐水泥的凝结时间，当粉煤灰掺量为10%时，水泥标稠用水量达到最少的115g；当硅灰掺量控制在2%6%时，试块抗压强度超过空白试块；加入矿物掺合料后，有效地抑制了试块的体积收缩，硅灰与粉煤灰的抑制效果更明显；XRD分析显示，水化1d产生的钙矾石的量与7d水化相差不大，加入较多掺合料后，硫铝酸钙的相对含量减少，不

21、利于水泥后续持续水化。马保国，朱艳超26等研究了甲酸钙（Ca（HCOO）2）对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响，结果表明，Ca（HCOO）2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结，并缩短初凝和终凝时间间隔；显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期，且使水化加速期提前，使第一次水化热峰值提高32%，但对水化稳定期的水化放热速率无明显的影响；Ca（HCOO）2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度，在早期提高了水化产物钙矾石（AFt）的结晶度，水化早期生成的水化产物结构致密，但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。戴民，赵慧27研究了物掺合料对硫铝酸盐水泥基灌浆料性能的影响，结果表明，加入一

22、定量硅灰可以提高灌浆料各龄期强度，但随着硅灰掺量增大，灌浆料流动度降低；加入一定量双飞粉对灌浆料流动度及各龄期强度均有负面影响；加入一定量轻质碳酸钙对灌浆料不同龄期抗压强度有所提高，对流动度及抗折强度没有明显影响。张云飞，张德成28等研究了不同掺量的矿渣、粉煤灰、沸石粉对硫铝酸盐水泥砂浆抗折、抗压强度、Cl-渗透性的影响，结果表明，在硫铝酸盐水泥浆体中，3种掺合料对强度贡献大小顺序为：矿渣沸石粉煤灰；浆体后期水化速度减慢,表现为后期强度增长不大；掺合料的加入可以增加结构致密性，提高抗Cl-渗透能力，3种掺合料作用效果为：矿渣粉煤灰沸石粉。2. 聚合物硫铝酸盐水泥砂浆的研究现状目前, 国内外对用

23、聚合物改性硫铝酸盐水泥砂浆方面做了很多研究。包括聚合物对水泥砂浆拉伸强的影响、力学性能的影响、凝结时间的影响以及聚合物的品种和掺量对干粉砂浆性能的影响等。王稷良，周天笑29等对比研究了4种聚合物胶粉对硫铝酸盐水泥凝结时间、工作性、力学性能以及干缩性能的影响，结果表明，聚合物胶粉对硫铝酸盐水泥具有明显的缓凝作用，缓凝的效果随着聚合物掺量的增加而增强。聚合物胶粉可以明显改善硫铝酸盐水泥砂浆的工作性能，提高砂浆的抗折强度，降低压折比，提高韧性且聚合物胶粉的掺入可以改善砂浆与旧混凝土的黏结强度，提高水泥砂浆的体积稳定性。与醋酸乙烯酯胶粉相比，丙烯酸类胶粉可以更显著改善硫铝酸盐水泥砂浆的工作性能、力学性

24、能以及体积稳定性，但丙烯酸类胶粉对硫铝酸盐水泥的缓凝作用也更强。 李启强，张海波30等研究了废旧聚苯颗粒(EPS) 掺量对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能的影响，随聚苯颗粒掺量增加，硫铝酸盐水泥砂浆试样1d、3d的抗压强度、抗折强度均呈下降趋势，而28d试样在聚苯颗粒掺量为3%时，抗压抗折强度均有所增加，较未加聚苯颗粒砂浆试样分别提高了14.5%和13.4%；聚苯颗粒掺量为10%的砂浆试样，经1%苯丙乳液改性的试样早期3d抗压抗折强度相对于未改性试样均有所下降。刘纪伟，周明凯31等，研究了丁苯乳液掺用量(聚灰比为012.5%)对硫铝酸盐水泥修补砂浆物理力学性能的影响。结果表明：加入聚合物乳液后，修补砂

25、浆的综和性能会得到较好改善，在聚灰比为12.5%时，试样28 d的抗折强度、干缩性能、抗折粘结强度、抗渗性能分别比基准砂浆提高30.2%，41.8%，64.0%，69.4%，但抗压强度降低7.7%；在浓度为5%的硫酸、硝酸侵蚀下，随着聚灰比的增加，试样的抗酸性呈先上升后下降的趋势，在聚会比为10%的时候达到最佳。郭向阳，李云超32等研究了乳化剂掺量、聚灰比对聚合物硫铝酸盐水泥耐久性的影响。结果表明：水泥砂浆中添加苯丙乳液后改善了其抗渗性。随着乳化剂掺入量的增加，乳液聚合稳定性提高，乳液的平均粒径略有降低，一般保持在100140nm之间。乳化剂掺入量为3.0%时，乳液的最低成膜温度为25.4。在

26、低聚灰比条件下，随乳液掺入量的增加水泥砂浆抗渗性存在最优值，渗水高度仅为10.3mm，此时乳化剂掺量为3%、聚灰比为7.5%。孟祥谦，叶正茂33等研究了不同掺量的可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能的影响，通过试验得出结果，当可再分散乳胶粉质量分数掺量为3%时，水泥砂浆28d抗折、抗压强度可分别达到8.1MPa和45.5MPa，14d黏结强度可达4.78MPa；掺入可再分散乳胶粉后,砂浆力学性能改性效果明显。随着可再分散乳胶粉掺量的增加，砂浆的抗折强度大幅度提高，抗压强度降低，折压比增大，黏结强度增大。李云超，芦令超34等将苯丙乳液聚合物与硫铝酸盐水泥复合，制备了聚合物硫铝酸盐水泥，研究了

27、该水泥的防腐抗渗性能和力学性能。结果表明：随着苯丙乳液掺入量的增加，聚合物硫铝酸盐水泥的抗渗性能逐渐增强。当聚灰比由0%提高到15%时，水泥试样的渗透高度下降了70%；随着苯丙乳液掺入量的增加，聚合物硫铝酸盐水泥的抗侵蚀系数增大，其抗硫酸盐侵蚀性能逐渐增强；苯丙乳液聚合物对硫铝酸盐水泥的抗折强度影响不大，当聚灰比小于15%时，聚合物硫铝酸盐水泥在28d龄期的抗折强度均在7.1MPa以上。与传统水泥基材料相比，聚合物改性硫铝酸盐水泥加水拌合后具有良好的工作性，硬化浆体具有较低的弹性模量、较高的抗折强度和粘结强度、良好的抗冻融性和抗渗性，因而受到广泛关注。3. 温湿度对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响水

28、泥水化是一个非常复杂的物理化学过程，不但取决于水泥的化学组分及晶体结构、细度等原材料的特征，亦取决于水灰比、温度、湿度等反应条件。在力学强度方面，高温会加速硅酸盐水泥水化程度增长，使得硬化浆体具有较高的早期抗压强度35，高温会增加硫铝酸盐水泥中钙矾石早期的生成量，使其具备早期的高强度。Escalante-Garcia36发现，温度升高，水化产物的孔隙率增大，抗压强度降低。但是，Gardener等认为，早期养护温度制度相同的情况下，后期养护温度制度不会影响28 d抗压强度，低温对抗压强度没有不利影响。Marzouk等37发现，抗压、抗拉强度的增长与温度的升高成比例；但是低温下养护时间越长，对长期

29、强度的不利影响越小，但是温度对铝酸盐水泥的凝结时间有显著影响。不管是硫铝酸盐水泥净浆还是混凝土，随着温度的增加，凝结时间先延长后缩短，28 时凝结时间最长。另一方面，张彩文，杨克锐等38发现，早期的养护温度对硫铝酸盐水泥浆体中二次钙矾石的形成有显著的影响，适当提高早期的养护温度，虽然由于水化加快而有可能导致水化产物分布不均匀，容易产生干缩裂纹，为二次钙矾石的形成提供非均态成核的位置，但因水化初期C-S-H凝胶吸附的硫酸盐含量低，在硬化后期二次钙矾石的总生成量反而比早期养护温度低的少，这样就会减少硫铝酸盐水泥后期的膨胀开裂可能性。水泥基材料的干燥收缩机理有三种39：凝胶体颗粒表面张力、拆开压力和

30、毛细管张力作用。一般认为，在相对湿度较低时(2%42%)，固体表面张力变化为主要原因；相对湿度高于50%时，拆开压力为主要作用机理；RH=70%到饱水状态范围内，毛细管张力为主要作用机理。高小建，马保国，巴恒静40研究了标准水养28d后水泥砂浆在20 、35且相对湿度为100%50%不同环境条件下的干燥收缩规律，研究表明，随着相对湿度的降低，水泥砂浆的干燥收缩不断增长，但增长速率逐渐减慢。同一相对湿度条件下，水泥砂浆收缩随着环境温度的提高而增大；且相对湿度越低,这种趋势越明显。史淑兰，张量41等研究发现，与普通聚合物硅酸盐水泥砂浆相比，聚合物硫铝酸盐水泥砂浆的早期粘结强度（1d和3d）要高的多

31、，主要原因是硫铝酸盐水泥水化速度比较快，在23下3h内就可以完成终凝，即使在覆盖养护方式下，由于水分迅速水化消耗，砂浆干燥的很快，聚合物能较快成膜，所以聚合物硫铝酸盐水泥砂浆早期即可获得非常高的粘结强度，温湿度越高，这种效果越明显。4.结语 综上所述，大量国内外大量学者已经针对聚合物水泥砂浆，尤其是聚合物硅酸盐水泥砂浆的宏观性能及其改性的微观机理进行了研究。但是关于聚合硫铝酸盐水泥砂浆的研究还是没有形成完整的研究体系，所以本课题的理论意义和应用价值在于通过探明丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度作用下早期的物理力学性能的演变规律，为聚合物水泥砂浆更好应用于各种建筑工程提供理论依据和参

32、考。附：参考文献序号文献目录（作者、题目、刊物名、出版时间、页次）1中国水泥网, http: /www. cement. com.2薛玉龙, 童 岩, 阿利特-硫铝酸盐水泥研究现状J. 中国水泥, 2009.8: 66-67.3J. Sharp, C. Lawrence, R. Yang, Calcium sulfoaluminate cement-low-energy cements, special cements or what? J. Advances in cement research 11(1999)3-13.4M.C.G. Juenger, F. Winnefeld, J.L.

33、 Provis, J.H. Ideker, Advances in alternativecementitious bindersJ, Cement and Concrete Research 41 (2011) 1232-1243.5李德栋, 硫铝酸盐水泥若干问题的探讨J.水泥技术，2000.10:69-70.6J. Pera, J. Ambroise, New applications of calcium sulfoaluminate cementJ, Cementand concrete research 34 (2004) 671-676. 7M. R. Hartman, S.K.

34、Brady, R. Berliner, M.S. Conradi, The evolution of structural changes in ettringite during thermal decompositionJ, Journal of Solid State Chemistry 179 (2006) 1259-1272.8P. Mehta, Mechanism of expansion associated with ettringite formationJ, Cement and Concrete Research 3 (1973) 1-6.9Joachim Schulze

35、, Otmar Killermann.Long-term performance of redispersible powders in mortarsJ. Cem Concr Res, 2001, (31): 357.10Yoshihiko Ohama.Polymer-based admixturesJ. Cem Concr Comp, 1998, (8): 189.11权刘权, 李东旭, 聚合物砂浆的研究进展J. 材料导报, 2006.20(6): 67-71.12申爱琴, 改性水泥与现代水泥混凝土路面M. 北京: 人民交通出版社, 2008.13王燕谋, 苏幕珍, 张量. 硫铝酸盐水泥M

36、. 北京: 北京工业大学出版社, 1999.14M.M. Al-Zahrani, M. Maslehuddin, S.U. Al-Dulaijan, M. Ibrahim. Mechanical properties and durability characteristics of polymer- and cement-based repair materialsJ. Cement & Concrete Composites, 2003 (25) : 527-537.15王培铭, 张国防, 张永明. 聚合物干粉对水泥砂浆力学性能的影响J. 新型建筑材料, 2005(1): 32-36.16

37、Etsuo Sakai, Jun Sugita. Composite mechanism of polymer modified cement J. Cement and Concrete Research, 1995, 25(1): 127-135.17Frondistou-Yannas S A, Shah S P. Polymer latex modified mortar J. ACI Journal Proceedings, 1972, 69(1): 6165.18Bright R P. Comparison of liquid dispersions with spray-dried

38、 acrylic polymers as modifiers of a cement-based patching material J. Cement, Concrete, and Aggregates, 1995, 17(2): 227230.19M.L. Pace, A. Telesca, M. Marroccoli, G.L. Valenti, Use of Industrial Byproducts as Alumina Sources for the Synthesis of Calcium Sulfoaluminate CementsJ, Environmental Scienc

39、e & Technology 45 (2011) 6124-6128.20S. Ioannou, L. Reig, K. Paine, K. Quillin. Properties of a ternary calcium sulfoaluminate-calci-um sulfate-fly ash cementJ. Cement and Concrete Research 56(2014)75-83.21马保国, 韩磊, 李海南等. 硫铝酸盐水泥基胶凝材料的改性研究J. 功能材料, 2015, 5(46): 62-66 .22黄士元, 邬长森, 杨荣俊等. 混凝土外加剂对硫铝酸盐水泥水化历

40、程的影响J. 混凝土与水泥制品, 2011, 1: 7-12. 23丁益, 王爱国, 张伟. 硫铝酸盐水泥后期强度的改进研究J. 广东建材, 2009, 4: 8-11.24刘文斌. 辅助凝胶材料对硫铝酸盐水泥性能影响研究J. 生态建材, 2013, 2: 41-43.25马保国, 朱艳超, 李海南等. 掺合料对硫铝酸盐水泥性能的影响J. 新型建筑材料, 2014, 9: 19-22.26马保国, 朱艳超, 胡迪. 甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响J. 功能材料, 2013, 12(44): 1763-1767.27戴 民, 赵 慧. 矿物掺合料对硫铝酸盐水泥基灌浆料性能的影响J. 混凝

41、土, 2014, 12: 91-94. 28张云飞, 张德成, 张鸣等. 掺合料对硫铝酸盐水泥性能的影响J. 济南大学学报, 2006, 20(4): 292-295.29王稷良, 周天笑, 廖华涛等. 聚合物胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响研究J. 混凝土, 2014, 7: 114-117. 30李启强, 张海波, 李先宏等. 废弃聚苯颗粒对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能研究的影响J. 硅酸盐通报, 2014, 4(33): 769-772.31刘纪伟, 周明凯, 陈潇等. 丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥修补砂浆性能研究J. 人民长江, 2013, 13(44): 51-54.32郭向阳, 李云超,

42、芦令超等. 苯丙乳液改性硫铝酸盐水泥的抗渗性能C. 中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集, 北京: 机械工业出版社, 2009: 278-281.33孟祥谦, 叶正茂, 程新.硫铝酸盐水泥基修补砂浆的力学性能J. 济南大学学报, 2010, 24(1): 1-4. 34李云超, 芦令超, 王守德. 聚合物改性硫铝酸盐水泥防腐抗渗性能的研究J. 硅酸盐通报, 2008, 5(27): 1014-1017.35Lothenbach, B., Winnefeld, F., Alder, C., et al. Effect of temperature on the pore solution,m

43、icrostructure and hydration products of Portland cement pastesJ. Cement Concrete Res, 2007, 37(4): 483-491.36Escalante-Garcia, J. I., Sharp, J. H. Effect of temperature on the hydration of the mainclinker phases in Portland cements: Part II, blended cementsJ. Cement Concrete Res, 1998,28(9): 1259-12

44、74.37Marzouk, H., Hussein, A. Effect of curing age on high strength concrete at lowtemperaturesJ. J Mater Civil Eng, 1995, 7(3): 161-167.38张彩文, 杨克锐, 纪振辉, 刘志刚. 养护温度对阿利特硫铝酸盐水泥硬化浆体中二次钙矾石形成的影响C.中国硅酸盐学会第八届水泥化学会议, 2001.39BREUGELKV. Numerical modeling of volume changesat early ages-potential, pitfalls and

45、challengesJ. Materials and Structures, 2001, 34(5): 293-301.40高小建, 马保国, 巴恒静. 环境温、湿度对水泥基材料干燥收缩的影响J. 混凝土, 2005, 12: 35-38.41史淑兰, 张量, 路永华, 曹力强. 不同养护制度下聚合物改性砂浆与EPS板的粘结强度J.新型建筑材料, 2006, 5: 1-5. 3研究内容明确研究对象、研究内容及工作范围研究对象： 丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料在不同温湿度条件下的早期性能。研究内容：（1） 丁苯乳液/硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的早期性能，包括凝结时间、抗折强度、抗压强度、粘结强

46、度、体积稳定性、吸水率和抗渗性能，分析丁苯乳液及其掺量的影响。（2） 不同温湿度下复合胶凝材料的早期性能变化。不同的温湿度条件，包括30%、60%、90%湿度和0、5、10、20、40，交叉实验去探究温湿度对其性能的影响。（3） 最后分析数据，建立相应的温湿度，聚合物掺量三因素演变模型，进一步探讨不同温湿度下聚合物和硫铝酸盐水泥的作用机制。工作范围：实验前：原材料的准备，相关资料的查阅,开题报告的撰写；实验中：样品制备，样品的养护，样品性能测试，相关学术资料的查阅和学习；实验后：数据整理、分析，论文撰写。4拟解决的关键技术 明确工作中的关键技术难点，提出解决的方法关键技术难点：（1） 在不同的

47、温湿度、不同的聚合物掺量的情况下，总结出温湿度、聚合物对硫铝酸盐早期物理力学性能的改性规律。（2） 探讨丁苯乳液对硫铝酸盐水泥砂浆缓凝效果，通过聚合物砂浆的内部结构变化，去了解其微观改性机理，进一步和宏观物理性能联系起来。解决方法：（1）通过控制小范围的温湿度，达到试验所需的条件，在此基础上进行大量宏观物理力学性能的试验，分析出改性规律。（2）众所周知，材料的性能是有其能不结构组织和微观结构做决定的，砂浆的微观结构决定其宏观性能。 5工作方法 1）选择科学的工作方法，制订完整的技术路线2）工作方案的可行性分析，预设工作中可能遇到的难点，提出解决的方法工作方法：1 利用常规的各种仪器设备进行不同

48、温湿度养护条件下的的聚合物水泥砂浆性能测试，包括抗折压强度、凝结时间、抗渗性能、粘结拉伸强度和收缩率等性能；3 基于上述性能和水化热分析研究，以及查阅相关文献，探讨宏观性能与微观结构之间的关系。技术路线：直接测试收缩仪拉拔仪抗渗仪压力机 收缩率吸水率粘结性 抗渗强度凝结时间标准砂养护成型SBR乳液成分分析数据分析析 CSA成分分析 建立三维模型 分别根据上面叙述的技术路线图，SBR-硫铝酸盐水泥砂浆力学性能实验参照GB/T17671-1999(水泥胶砂强度检验方法)进行，具体的先按灰砂比1:3和水灰比由流动度去确定，准确称取砂、硫铝酸盐水泥，在标准条件下SBR乳液折算成固体按照水泥量的标准条件

49、下的0，2.5%，5%，7.5%，10%，12.5%，15%，17.5%，20%。这个实验结果出来以后，然后再在其他条件下选取最优配合比进行试验。将其均匀混合之后再加入适量的水搅拌，搅拌均匀后装入40mm40mm160mm的钢模中，置于振动台密实成型，在不同温湿度条件下养护12h后拆模，继续养护，采用电子万能材料试验机和TYE-300B型压力试验机分别测定SBR砂浆试样养护到龄期12h、1d、3d、7d、28d的抗折强度和抗压强度以及粘结强度、吸水率、收缩和抗渗。 工作方案的可行性分析： 在研究复合胶凝材料的物理性能的过程中，温湿度是其中最大的两个影响因素，所以在确定乳液折算成固体按照水泥量的5%（S2）、10%（S3）、15%（S4）、20%（S5）掺量和空白对照组S1的同时，选取温度T1 =0、T2 =5、T3 =10、T4 =20、T5 =40，湿度 R1=30%、R2 = 60%、 R3= 90%、增加水养（20水）和混养。 （1） （2） (3) (4) (5) 上述如图（1）、（2）、（3）、（4）的实验安排总计60组。 （1） 丁苯乳液硫铝酸盐水泥砂浆的研究还较少，所以是一个重要的研究方向。因为硫铝酸盐水泥的一些优异的性能，其聚合物砂浆应用前景也是非