不同类型的水性聚合物水泥净浆的制备与分析毕业论文

1、 . . . 建筑工业学院毕 业 论 文专 业无机非金属材料工程班 级二 班课 题不同类型水性聚合物水泥净浆的制备与研究55 / 61摘要聚合物的加入对水泥基材料的相关性能改善有着重要作用，而对其改性机理的研究对聚合物水泥基材料的发展更是具有重要的指导意义。本次论文选用型号为“WWJF 8020”的聚乙烯醋酸乙烯酯（EVA乳胶粉）以与“05-88”型的聚乙烯醇（PVA）对水泥净浆进行改善，并通过反光显微镜与SEM观察浆体中晶体的生长情况与微结构改善状况；采用IR分析来了解聚合物在水泥浆体中的相关行为以与水化硅酸钙凝胶（C-S-H）的聚合度变化情况；最后利用XRD分析得出各组试样水化进程。结果显

2、示，两种水性聚合物的添加对水泥试样抗折强度均有改善，而PVA则更加显著；在聚合物浆体中的晶体更好的填充了水泥石中的孔洞与裂纹以改善其微结构；同时，EVA与水化产物发生反应，且反应生成的乙酸盐又促进了水泥水化；PVA的加入则增加了C-S-H的聚合度；对于不同龄期聚合物水泥试样的水化进程，EVA与PVA起着不同程度的影响。关键词：水性聚合物水泥浆体；水化进程；IR、XRD与SEM分析；性能与微观结构AbstractThe properties of cement-based materials is significantly improved by adding a number of poly

3、mer.Similarly, the research on polymer modified mechanism has very important guiding significance for the polymer cement-base materials development.The paper selects model "WWJF 8020" polyethylene vinyl acetate (EVA latex powder) and "05-88" type of polyvinyl alcohol (PVA) on the

4、 improvement of cement paste,and the later is better that EVA on the properties of flexural strength.By using reflective microscope and SEM to observe the growth of the crystal and micro-structure; by IR analysis to understand the related behaviors of the polymer in the cement paste and calcium sili

5、cate hydrate gel (CSH) changes in the degree of polymerization situation; Finally, XRD analysis of samples in each group obtained the hydration process.Research shows thatthe status of crystals which fill up the holes and cracks in polymer-modified cement paste is better than in OPC sample. And in t

6、his status the microstructure of cement paste can be improved. The use of infrared analysis is aware of that EVA powder could react with cement hydration products and the product of calcium acetate promotes the process of cement hydration, while PVA increases the degree of polymerization of the C-S-

7、H. Finally, XRD analysis shows that the EVA powder and PVA in different curing times could make different results in the process of hydration.Key words: water-based polymer cement paste; hydration process; IR, XRD and SEM analysis; Properties and microstructure目录第一章绪论11.1 引言11.2 课题研究的目的与意义11.2.1 研究的

8、目的11.2.2 研究的意义21.3 聚合物改性水泥基材料研究进展与趋势21.4 聚合物水泥混合物结构形成过程相关理论3第二章聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试52.1 实验开展前的准备工作与实验方案的确定52.1.1 实验原料与仪器52.1.2 实验步骤62.1.3 结果与表象分析72.2 聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试原理72.2.1 PVA类型的选用与水灰比的选定82.2.2 PVA聚合物净浆的制备与抗折强度测试92.2.3 EVA聚合物净浆与普通水泥净浆的拌制与强度测试122.3 水性聚氨酯水泥浆体的拌制14第三章聚合物改性水泥净浆中聚合物改性机理探讨163.1 相应实验样

9、品的制备163.2 试样相关龄期吸水率与其饱和含水率分析173.3 反光显微镜下观察聚合物水泥基材料的微观结构213.4 红外光谱分析233.4.1 相关试样的制备与红外光谱仪的校正233.4.2 聚合物在水泥水化过程中的行为243.4.3 聚合物的加入对水泥水化进程的影响253.5 XRD相关分析273.5.1 XRD试样的制备273.5.2 XRD衍射实验与数据的处理273.6 聚合物的掺入对水泥水化热释放的影响323.6.1 水泥水化热相关概念与研究意义323.6.2 EVA乳胶粉的掺入对水泥水化热释放规律的影响333.6.3 PVA的掺入对水泥水化热释放规律的影响343.7 掺加EVA

10、的聚合物水泥试块水养后水层与试块表面析出物的分析353.7.1 红外光谱分析363.7.2 化学分析363.8 SEM对试样的相关分析363.8.1 利用SEM对试样微观结构进行观测37第四章结论与心得394.1 结论394.2 心得40参考文献41附录A43附录B47致53第一章 绪论1.1 引言水泥混凝土作为当前用量最大的土木工程材料，在为城市建设发展做出巨大贡献的同时，也暴露出其作为多孔结构非均质脆性材料的种种缺陷。如在硬化过程中存在脆性大、拉压强度比低、干缩变形大、粘结强度低与防渗耐蚀性差等缺陷，使其应用围受到了限制。用聚合物对水泥砂浆与混凝土等进行改性是一条有效途径。大量试验证明，普

11、通水泥砂浆中引入聚合物乳液、可再分散聚合物粉末等聚合物基添加剂后，会引起水泥砂浆性能一系列的变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、刚性减弱、柔性增强、抗渗性与粘结强度提高等。本文通过选取若干常见的聚合物添加到水泥中制成聚合物水泥净浆，从而初步展开聚合物改性水泥基材料的性能和机理研究。在这里，聚合物改性机理从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以与聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了讨论2。为此，分别通过反光显微镜与SEM来观测改性水泥浆体中孔洞与裂纹等的改善情况；通过XRD与IR分析以与凝结时间的测定等方法来了解聚合物的添加对水泥水化进程的影响，同时试图了解聚合物是否

12、参加了水泥水化反应；最后，通过SEM的背散射电子为信号得到原子衬度像来了解聚合物在水泥浆体中的分散情况。1.2 课题研究的目的与意义1.2.1 研究的目的聚合物的添加对于水泥混凝土相关性能的改善有着显著的效果，本次课题通过向水泥净浆中添加不同类型、不同掺量的水性聚合物制备出多组聚合物净浆试块，之后从改善试块机械性能为基准，这里采取测试试块抗折强度。针对每组试样中机械性能改善较好的一组进行深入分析，这样便可在得出每种聚合物的最佳改性掺量的同时，得出相关的改性机理。1.2.2 研究的意义在水泥混凝土的改性道路上，人们开始注意到高分子材料的大分子链段的松弛运动，使其呈现出特有的韧性和弹、粘性。因此，

13、可以将聚合物的这些优点应用到水泥混凝土与砂浆中，从而形成了有机材料和无机材料相复合的边缘学科聚合物混凝土或砂浆复合材料。通过两者的结合，研制出了一系列性能优越的聚合物水泥砂浆与混凝土制品。 本次课题通过在改善试块机械性能的前提下，选取改性良好的试块，从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以与聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了分析与讨论，进而了解聚合物改性的机理。1.3 聚合物改性水泥基材料研究进展与趋势聚合物改性水泥基材料自1923年问世以来，得到了迅速发展。20世纪80年代后，世界围对这一领域研究的兴趣与日俱增，并取得了大量的研究成果。在国外，聚合物改性混凝土(PM

14、C)已应用到建筑领域的各个方面。目前，在这一领域比较先进的国家有美国、日本、前联和德国等。我国PMC的研究从20世纪50年代开始，80年代正式应用。目前，我国PMC的研究主要集中在聚合物共混物改性砂浆，聚合物化学组成对PMC 性能的影响，以与聚合物和外加剂共同改性的研究等。我国在PMC方面的研究开发虽然起步较晚，但正向世界先进水平迈进1。 随着科学技术的发展, 人们对水泥聚合物复合材料的要求越来越高。日本、美国、德国等工业发达国家对水泥聚合物复合材料做了大量的研究工作, 在新型水泥聚合物复合材料的研制中, 都确定了自己新的研究方向, 使其具有更优良的动力学性能、良好的阻尼性能等。聚合物改性水泥

15、复合材料的发展速度很快,目前研究主要表现在以下几个方面。( 1) 废物的利用把聚合物固体废料用于砂浆的改性; 用废橡胶粉末用作聚合物砂浆和混凝土的填充材料; 将回收的聚酯瓶子裂解后重新制成不饱和聚酯, 用于水泥砂浆和混凝土的改性等。( 2) 多种方式复合改性以多种聚合物复合, 包括乳液共混、水溶性聚合物共混、乳液与水溶性聚合物复合改性、乳液与超细矿物粉末掺合料、水玻璃复合材料、聚合物纤维等各种复合材料共同改性等。( 3) 节能和环境友好聚合物改性复合材料如冷混合沥青混凝土用于道路工程; 聚合物改性砂浆用作钢筋混凝土结构的永久模板, 则可以更好地防止氯离子渗透和更好地抗碳化作用, 从而提高钢筋混

16、凝土结构的耐久性。( 4) 功能性聚合物改性复合材料如具有自修复功能的环氧树脂改性砂浆, 产生裂缝的环氧树脂改性砂浆经过一段时间后强度重新恢复; 智能混凝土结构材料, 利用碳纤维和聚合物改性混凝土, 使其具备感应多种信号的能力, 可以在智能建筑的多项自动控制和监视方面获得应用1。1.4 聚合物水泥混合物结构形成过程相关理论在对聚合物改性胶结料的部结构形成过程方面, 对不同的聚合物品种有着不同的解释。比较成熟的有Ohama聚合物成网模型和Konietzko双重网模型1。Ohama认为, 聚合物改性砂浆结构模型的形成分为三个阶段。第一阶段: 当聚合物在水泥混凝土搅拌过程中掺入混凝土后, 聚合物颗粒

17、均匀分布在水泥浆体中, 形成聚合物水泥浆体。在这一体系中, 随着水泥的水化, 水泥凝胶逐渐形成, 并且液相中的Ca(OH)2达到饱和状态。同时, 聚合物颗粒沉积在水泥凝胶( 凝胶可包含着未水化水泥) 颗粒的表面。这一过程类似于水相中的Ca (OH)2与矿料表面的硅酸盐反应形成一层硅酸盐凝胶的过程。第二阶段: 随着水分的减少, 水泥凝胶结构在发展, 聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中, 随着水化的进一步进行, 毛细孔隙中的水量在减少, 聚合物颗粒絮凝在一起。水泥水化凝胶( 包括未水化水泥颗粒) 的表面形成聚合物密封层, 聚合物密封层也粘结了骨料颗粒的表面与水泥水化凝胶与水泥颗粒混合物的表面。因此,混合

18、物中的较大孔隙被有粘结性的聚合物所填充。由于水泥浆体中孔隙的尺寸在几个埃到几千个埃之间,而聚合物颗粒尺寸一般在5005000 埃之间, 所以这种认为聚合物颗粒主要填充在水泥浆体孔隙中的理论是可以接受的。当聚合物是聚酯类和环氧类等具有反应活性的乳液时, 在这阶段在聚合物颗粒与矿物的硅酸盐表面还可能发生化学反应。第三阶段: 由于水化过程的不断进行, 凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化过程的化学结合水中去, 最终聚合物颗粒完全融化在一起形成连续的聚合物网结构。聚合物网结构把水泥水化物联结在一起, 即水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起, 因而改善了水泥石的结构形态。但是Konietzk

19、o发现, 并不是所有的聚合物都能在水泥混凝土体系中形成Ohama的结构。Konietzko的结构模型分为四个阶段。第一阶段是聚合物均匀分散在水泥混凝土体系中。随着水泥颗粒的水化, 体系中一部分水被水泥水化所结合。第二阶段由于体系中水分减少, 聚合物开始堆积在一起, 水泥进一步水化。第三阶段为聚合物成膜阶段, 聚集在一起的聚合物越来越多,水分进一步减少, 聚合物就会融合在一起聚合成膜。这时聚合物就会产生一定的结构强度。第四阶段为聚合物膜在水泥混凝土中形成空间连续的网状结构, 这时水泥硬化浆体也会在聚合物网中形成连续的网状结构。最后这两种结构相互交织形成双重网状结构一起把混凝土中的骨料包裹在中间,

20、 这就是Konietzko 著名的双重网结构。聚合物水泥混合物结构形成过程相关理论的提出对理解聚合物改性水泥浆体起到了至关重要的作用，在本次实验的过程中也结合此理论并进行了相关分析与应用。第二章 聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试2.1 实验开展前的准备工作与实验方案的确定首先研究了同一水性聚合物不同掺量对净浆性能的影响，找到相应规律，进而对另外两种聚合物做了同样的测试来寻找其对净浆改性的影响规律。以灰浆凝结时间为例，灰浆凝结时间是确定水泥和聚合物是否相容的依据。水泥凝结时间长短决定聚合物聚结程度，从而决定聚合物改性效果。通过灰浆凝结时间的测定，可以选择恰当的聚合物和水泥品种，实现共聚共凝

21、的最佳效果。2.1.1 实验原料与仪器表2.1 实验试剂和原料名称生产厂家EVA乳胶粉基准水泥去离子水皖维集团兴发水泥建筑工业学院化学实验中心表2.2 所用实验仪器的名称、型号（规格）和生产厂家名称型号（规格）数量生产厂家电子天平电热干燥箱量筒烧杯金属棒水泥净浆搅拌机计时器新标准水泥标准稠度凝结时间测定仪0.01gDHG-9101.ISA100ml400mlNJ-160AGB/T 1346-2001一台一台一支若干若干一台一个一台民桥精密科学仪器三发科学仪器市锡仪建材仪器厂路达实验仪器2.1.2 实验步骤 首先是进行水泥净浆的试拌，为此需要确定拌制时的水灰比（w/c）。在这里，结合伍洪标老师编

22、写的无机非金属材料实验中的“标准稠度用水量”一文中的水灰比。同时，进行一系列的净浆试拌实验，最终选用的水灰比为0.3，之后进行水泥净浆试拌，结果显示，普通水泥净浆出现一定的泌水现象，但影响不大。于是，在之后的掺有EVA的聚合物净浆拌制中均采取此水灰比。在普通水泥净浆与E-5、E-10、E-15三组聚合物净浆的拌制过程中，考虑到EVA具有一定的引气作用，为此拌制时将搅拌机设置为“手动-慢速”，搅拌时间为180s，在拌制100s后停机并用刮刀将未拌制到的与附于锅壁和搅拌器上的浆体刮至锅再搅拌80s。各原料的用量，在满足测定凝结时间所需用量的前提下，尽量减少水泥的用量：普通水泥净浆（OPC）： C:

23、W=500:150 E-5： C:W:P=500:150:25 E-10： C:W:P=450:135:45 E-15： C:W:P=400:120:60对于此次的凝结时间测定，虽然水灰比略大于标准稠度时的水灰比，但凝结时间的测定标准仍执行标准稠度时的“GB/T 13462001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法”18，最后得出的数据如下表所示：表2.3 各组试样凝结时间试样编号初凝时间（min）终凝时间（min）OPC225300E-5 266 420E-10353471E-15370605注：1.正文与表中的OPC表示普通水泥净浆试样；2. 正文与表中的“E”表示型号为“WWJF

24、-8010”的EVA乳胶粉，而“5”则表示EVA掺量占水泥质量的5%，其它掺有EVA的聚合物净浆标注与其一样；3. 正文中分别用C、W与P来表示水泥、水与所加的聚合物三者的用量，单位为：g。2.1.3 结果与表象分析 从上面的凝结时间中可以清楚的看出，EVA的掺入对水泥水化起到了显著的缓凝作用，且随着EVA掺量的增加，缓凝的作用也越加明显。这与我的同学王龙龙所做的“EVA掺入后对水泥水化热释放规律”的结论如出一辙。即EVA的掺入可以延迟放热峰的到来，同时降低了峰值，让水泥水化热释放变得缓和，而水泥水化热的直接来源便是水泥水化所产生的，故此，两个结论相互吻合。 同时，在拌制掺有EVA的聚合物净浆

25、时也观察到了拌制过程中的一些表象。如掺有EVA的聚合物净浆具有一定的保水性，而减水的效果并不明显。这里与一些文献中所说的聚合物具有减水性有一定的出入，这也许是聚合物的状态不同，因为文献上大多用的是聚合物乳液。在保水性方面即表现在，将净浆振实后聚合物净浆无泌水现象，而同水灰比条件下的普通水泥净浆拌制好后存在一定的泌水现象。同时，在将净浆倒入凝结时间测定的模具中时，对于普通水泥净浆，在倒入时浆体呈分段落入，而聚合物净浆则表现出很好的连续性，浆体的黏度适当，这可能与一些文献中报道的EVA聚合物净浆具有良好的粘结性相吻合19。在观察做完凝结时间的试块表面时发现，掺有EVA的试块有较多的气孔，而普通水泥

26、试块则表面平整，同时，随着EVA的掺入量增加，气孔的孔径有减小趋势。这与之前提到的引气效果相符合，而孔径的减小可能是EVA掺量的增加使得浆体的黏度降低，大气泡相对容易溢出的结果。同时，可以看到掺有EVA的试块表面有泛白的现象，同时，在一些气孔的壁上也有泛白的迹象。这可能是由于水分流失过快以与EVA分布不均所导致，这为后期的养护措施与搅拌方式的改进提供了依据。2.2 聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试原理 之前的EVA聚合物水泥净浆的拌制与其凝结时间的测定工作已经完成，至此，已感性的了解了EVA加入到水泥中对浆体的相关物性的影响。之后，在此基础上完成相关聚合物净浆的制备。从试样抗折强度的改善

27、状况考虑，从每种聚合物浆体中选取改性较好的一组进行后期的深入分析，从而在找出各种聚合物适宜掺量的基础上也得出了聚合物的相关改性机理。这里，具体安排如下： 设计配合比并拌制净浆室温成型(24h)标准养护(7d)抗折强度测试找出改性较好的一组试样得出聚合物适宜掺量并选定后期分析的试样。这里的力学性能测试仅考虑试块的抗折强度测试，试块规格为：20*20*80，单位，mm。为此，强度测试公式为：Rf=M/W=（F/2*L/2）/bh2/6=3FL/2bh2式中：b试样宽度，mm；F破坏荷载，KN；h试样厚度，mm；L试样长度mm；M与W分别表示弯矩和界面距量。 图 2.1 简支梁法测抗折表2.4 抗折

28、强度测定的仪器与模具等材料名称型号或规格生产厂家电子万能实验机RG2000-20A瑞格尔仪器六连模具20*20*80（mm）自制嘉宝保鲜膜PE材质太仓申达塑料制品2.2.1 PVA类型的选用与水灰比的选定 从网上查到的PVA百科中得知，PVA在热水中溶解度较好，为此，在老师提供的三种PVA中选取一组水溶性较好的作为拌制PVA聚合物净浆的原料。为此，选用了掺量占水泥质量为15%的一组进行PVA溶解试验。这里考虑到PVA溶于水中后的溶液的黏度很大，拌制净浆时和易性差，在经过多次实验探索后，决定在此后的实验中水灰比采用W/C=0.4。这里的PVA类型分别为04-99、26-99与05-88三种，它们

29、与水的用量为W/P=40g：15g，即这里假定水泥用量为100g。将三种PVA置于装有相当量水的烧杯中后称取它们的总重并用双层的保鲜膜盖住，最后用皮筋将杯口封好。这样，放在实验室浸泡24h后放在加热套中加热，温度定为80，观察杯中PVA的溶解情况。加热一段时间后，一号PVA（04-99）中的PVA部分溶解，且剩余物不与杯底粘附，而二号PVA（26-99）产生的则是吸胀效果，PVA吸收大量自由水后体积膨胀并作为一整块粘附在烧杯壁。最后的三号PVA（05-88）在加热了大约半小时后就已经基本溶解，将其冷却至室温后将保鲜膜上的水尽可能的弄入杯中，之后取下保鲜膜并对溶解了PVA的烧杯进行称重，与之前记

30、录的质量对比发现质量损失很小。这样，再加入100g水泥并用金属棒搅拌均匀。发现净浆还是可以拌制的。到此，PVA的选取已经确定，即选用型号为“05-88”的PVA。2.2.2 PVA聚合物净浆的制备与抗折强度测试前期做了P3-5、P3-10、P3-15与P3-20聚合物净浆的制备，之后在做完它们的抗折强度测试后发现P-15与P-20的强度与同样水灰比下的OPC试样相比较改善很大，甚至超过了100%。为探索是否还有强度提升空间，又进行了P3-25的拌制。在满足成型所需用量的前提下，各原料的用量如下：P3-5 C：W：P=150：60：7.5P3-10 C：W：P=150：60：15P3-15 C：

31、W：P=140：56：21P3-20 C：W：P=125：50：25P3-25 C：W：P=120：48：30 拌制时，考虑到用量、PVA的溶解方式与PVA净浆的稠度。为此，采用在烧杯中利用金属棒搅拌均匀后直接注模。在成型时，事先用保鲜膜贴附模具的底面与壁，这样，在注浆成型后将露出的多余保鲜膜再盖住试样上表面，最后用湿布盖在试样上面。这样做的目的既减少了养护过程中的水分流失，同时也避免了同一模具中不同组的试块之间相互污染。待养护24h后，用铲刀铲除试样表面的多余部分，之后取出试块擦净表面后立即编号称重并记录下后放入水中养护。养护7d后取出用湿布擦干表面后立即称重并记录。之后放入烘箱在105下烘

32、干至恒重，12h即可。之后再称重并记录。将试块放入干燥瓶中等待之后的集中测试强度。 针对五种掺量下的聚合物净浆试块抗折强度数据将列表如下页，同时将各组数据的平均值作图，以表示出随着聚合物掺量的增加试样改性的趋势，这里的平均值取法先将三个数据取平均值，之后比较三个数据中的最值与平均值偏差，偏差在10%以则保留该值，某最值超出10%则舍去该值后再取一次，若两个最值均超出，则改组数据作废。注：正文中的的“P3-15”表示三号PVA，即“05-88”型，“15”表示PVA掺量占水泥质量的15%，其它掺量的PVA聚合物水泥砂浆表示方法类同。表 2.5 五种掺量的PVA聚合物净浆抗折强度数据P3-5F（N

33、）425.40385.93384.30Rf（MPa）4.03.63.6P3-10F（N）524.25455.30391.20Rf（MPa）4.94.33.7P3-15F（N）1072.30796.651524.55Rf（MPa）10.07.514.3P3-20F（N）1907.181648.001620.55Rf（MPa）17.915.515.2P3-25F（N）2165.432324.351851.65Rf（MPa）20.321.817.4图2.2 不同掺量下PVA改性水泥试块抗折强度注：1.在PVA掺量达到占水泥质量的25%时，浆体的和易性已经很差，试样的成型很困难。为此，之后没有进行更高

34、掺量的试验了；2.这里的P3-10与P3-15两组数据的平均值与两最值偏差均大于10%，但并不影响其强度变化趋势，故此仍采用其作为变化的趋势;3.本次毕业论文的抗折实验中，均采取同一仪器，压头的行车速度为15mm/min。 由上图可以明显看出随着PVA掺量的增加，聚合物改性试块的抗折强度快速提升，当聚合物掺量占水泥质量的25%时，抗折强度更是达到21MPa，强度提升幅度相比于同水灰比下的OPC试块提升了184%。针对改性效果显著的试样，它们在拆模时的铲平过程中就已表现出很强的铲除阻力，且铲除物不像OPC试样、E-15、E-20与E-25的铲除物等，其铲除物呈一整体，表现出聚合物与水泥间很好的相

35、容性。同时，对于OPC、PVA与EVA聚合物试块的抗折强度，由于它们的尺寸太小，对于抗压强度的测试无法准确的测试，但是在一些实验过程中可以感性的认识到改性聚合物抗折强度与抗剪切强度等的改善状况。比如上面所阐述的PVA聚合物试块铲除表面时铲除阻力较大，同时，在做完水化热释放规律后，为取出保护温度计的金属套，要将整块的硬化浆体敲碎。在这里，对于OPC试块，用铁锤一次即可敲碎，表现出了水泥试块特有的脆性，而PVA聚合物试块在用铁锤用力敲击数十次后仍无法敲碎，水泥块的表面只是因压力作用而有所凹陷。最后借助鸭嘴锤的尖端，才可将试块敲裂开。最后，我们可以通过下面的图片直观的感觉到普通净浆与改性净浆间的差别

36、： 图 2.3 PVA改性水泥净浆的铲除物与保鲜膜包裹养护图示（上左），OPC试块铲除物特征（上右），鸭嘴锤的尖端插入到P3-20试块部后，试块仍未裂开（下）。2.2.3 EVA聚合物净浆与普通水泥净浆的拌制与强度测试为了保证各组实验的可比性，这里的两组浆体的拌制采取W/C=0.4的水灰比来拌制。拌制的方法也与PVA净浆的拌制一样，即在烧杯中，通过手动搅拌浆体。针对EVA聚合物净浆的拌制，先将EVA粉末和相当量的水泥一起放入烧杯中，用金属棒先将其干拌至混合物颜色均匀不变，之后再加水搅拌。在成型等操作过程中也同样使用PVA聚合物净浆时所采用的方法。对于拆模时、水中养护至7d后取出时与终止水化时三

37、个时刻的试块质量均与时记录下。 对于掺有EVA聚合物的试样在此次毕设实验过程中一共进行了两次，两次的主要不同是试样成型后一组在水中进行湿养护，而另一组则是在有多层保鲜膜的包裹下干燥养护，之后比较两种养护制度下试样的抗折强度，从而了解养护制度对于聚合物试样强度发展的影响。OPC试样与EVA掺量不同的聚合物水泥试样水养7d后进行的抗折数据与变化趋势如下面所给出，从变化趋势中我们可以看出，虽然随着EVA掺量的增加，聚合物改性水泥试块的强度有所增加，但相对于空白的OPC试样，在水中养护的聚合物试样强度发展不理想。为此，在毕业论文相关实验即将完成之际，为完善实验结果同时探索聚合物水泥浆体养护制度对强度发

38、展的影响，将剩下的一些EVA乳胶粉拌制了E-10、E-15与E-20三组试样，与之前试样不同的只是养护制度不同，即在此用保鲜膜包裹后放置实验室中干燥养护到7d。两种养护制度下的各不同掺量聚合物水泥试块的相关机械性能参数如下：表2.6 水中养护7d的OPC试样与EVA聚合物水泥试样的抗折参数试样编号参 数数 据OPCF（N）819.85744.23800.38Rf（MPa）7.77.07.5E-5F（N）608.15570.63599.69Rf（MPa）5.75.45.6E-10F（N）645.90624.35636.39Rf（MPa）6.15.86.0E-15F（N）642.85645.356

39、47.58Rf（MPa）6.06.16.1表2.7空气中养护7d的EVA聚合物水泥试样的抗折参数试样编号参数数 据E-10F（N）966.50897.531014.73Rf（MPa）9.18.49.5E-15F（N）941.851096.88959.13Rf（MPa）8.810.39.0E-20F（N）972.13988.60987.40Rf（MPa）9.19.39.3图 2.4 上表四组试样抗折强度变化趋势上面的抗折强度数据显示，水中养护的EVA聚合物水泥试块的强度发展状况不如空气中养护下聚合物水泥试块。而空气养护中的三组试样E-10、E-15与E-20，其平均抗折强度分别为8.99MPa、

40、8.91MPa与9.21MPa，可以看出空气养护下的不同掺量的聚合物水泥试块强度随着聚合物掺量的增加，其强度的提升不明显，且当掺量达到20%时，强度开始下降。在对不同掺量EVA聚合物水泥试块的水养护过程中发现，当EVA掺量大于等于10%时，待第七天取出试块时，试块表面析出了许多颗粒状的小晶体，而水层则有一层透明的物质膜。这些物质可能是析出的Ca(OH)2，也可能是其他物质，具体的将在后面的给出分析。 水中养护的改性效果不如空气养护的结论符合相关文献介绍：水泥与聚乙烯醋酸乙烯酯聚合物之间发生了化学反应。聚乙烯醋酸乙烯酯在碱的水解下释放出乙酸盐基团，该基团与浆体的Ca2+发生反应，生产有机盐（乙酸

41、钙）和聚乙烯醇。乙酸钙是一种强吸湿性的盐，而聚乙烯醇则是水溶性的，因此聚乙烯醋酸乙烯酯改性水泥砂浆浸泡在水中时，其性能会显著下降19。这里的表现便是抗折强度下降。2.3 水性聚氨酯水泥浆体的拌制首先要进行水性聚氨酯固含量的测定，为此需准备如下用品：表2.8 固含量测定所需药品与仪器名称规格或数量生产厂家水性聚氨酯表面皿烘干箱胶头滴管电子天平适量一个一个一支一个，精度0.01g 建筑工业学院化学实验中心三发科学仪器实验步骤：将洁净的表面皿放入烘箱中烘干后用胶头滴管取m0=2.00g的聚氨酯于表面皿上，记下滴有聚氨脂的表面皿质量后放入烘箱中烘干至恒重后记下质量。这样便可知道烘干后表面皿上的残余物质

42、量m，于是固含量为w=m/m0。表2.9 固含量的计算表面皿重（g）所加Pu量（g）加热后恒重时质量（g）固含量（%）43.092.0043.8943.8940首先进行占水泥质量5%的聚氨脂净浆的拌制，以此了解聚氨酯的加入对水泥净浆水化硬化的影响。质量的取出以聚氨脂的固含量为准，乳液中的其他成分算入水中。这样，想将聚氨脂加入到水中溶解，之后进行试拌并将净浆放入小纸杯中观察，发现泌水现象严重，这和较大的水灰比有关，同时也应该和其他文献所报道的减水效果有关。待24h后用手去感觉浆体硬化程度，发现浆体未硬化，即表明聚氨酯对净浆起到明显的缓凝效果，这样的情况一直持续了三四天。这表明此种聚氨酯对水泥的正

43、常水化硬化起到了很大的阻碍作用，这与该聚氨酯的合成者胡国金学长所发表的“水溶性聚氨酯水泥砂浆的制备与水泥水化研究”一文中所述10。 至此，由于所用的水性聚氨酯缓凝作用过于强烈，即该水性聚氨脂与水泥浆体的相容性差。故此舍弃该聚氨酯进行后期的试验。聚氨酯对水泥浆体的影响可从右图得到相应的启示：图 2.5 所用水性聚氨脂与水泥浆体不相容第三章 聚合物改性水泥净浆中聚合物改性机理探讨针对前期已完成的相关实验，以试块抗折强度的改善状况为依据来选择后期进行深入分析的试样。这里我们选择的是OPC试样作为空白对照组，而E-15与P3-20这两种聚合物水泥浆体则与空白组对照从而进行相关实验。利用这些试样来探讨聚

44、合物改性机理的相关方面容：聚合物水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以与聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面。针对每个方面，采用相应的分析检测方法进行测试分析。在相关实验展开之前，先要进行相关试样的制备，具体实验事项如下：3.1 相应实验样品的制备 为了解聚合物水泥基材料的微观结构，首先是反光显微镜试样的制备，在此仅做了三种试样分别在水中和空气中养护14d时的试样，同样，实验3.2部分的相关吸水率与饱和含水量也一定程度表明了试样部的孔隙状况等。对于聚合物对水泥水化的影响方面，主要是从聚合物加入后水泥水化产物在水化前期和后期的产物量上的差别来分析。这里的前期指的是空气养护1d与2d的试样

45、，而后期指的是分别在水中和空气中养护14d的试样。采用的方法是IR分析法与XRD分析法，前者解决聚合物在水泥浆体中的相关行为等问题，而后者则是对某些物质进行定性定量分析，从而了解水泥水化进程。最后，针对聚合物与无机胶凝相间的相互作用关系，采用的是三组试样分别于两种养护制度下养护14d的共六个试样，可采取先用反光显微镜粗略观察聚合物对水泥石微观结构的改善，之后利用SEM以背散射电子为信号，来获得试样的原子序数衬度像，从而了解聚合物在水泥石中的分散状况。对试样的处理先是为每组试样制备两个试块，标号后在相应养护制度下养护到相应龄期后，通过105烘干的方式终止水化进程，之后为了反光显微镜试样与SEM试

46、样，凿取适宜大小的试块制样，而对于IR与XRD分析的试样，在去除试样表面1-2mm的表层后，用小锤敲碎后再用研钵研细，之后过80um的超细筛后即可。对于试样的分割如下页图示：图 3.1 试块的分割（左图）与试样在空气中养护的保护措施（右图）注：考虑到在满足分析的条件下减少试样个数，为此减少了水化3d试样的制备3.2 试样相关龄期吸水率与其饱和含水率分析 在实验过程中记录了试样拆模时、水中养护7d取出后用湿布擦干表面后以与水化7d后试样在105下烘干以终止水化时三个时刻时的质量，之后设法通过这三个质量值来了解不同类型与不同掺量聚合物加入水泥中后对浆体孔隙率等的影响。实验数据如下表所列：表3.1

47、掺入不同类型与不同掺量聚合物后的试样在三个时刻下的相关数据试样编号m0（g）m1（g）m2（g）m1（g）W（%）m2（g）（%）OPC161.2562.3750.141.121.8312.2319.61261.1862.2849.741.101.8012.5420.13361.6962.8550.241.161.8812.6120.06E-5160.4862.3150.131.833.0212.1819.55260.1862.0649.961.883.1212.1019.50360.5662.4050.161.843.0412.2419.61E-10154.8856.7344.431.853

48、.3712.3021.68254.9056.7444.571.843.3512.1721.45355.0656.8644.701.803.2712.1621.38续表3.1试样编号m0（g）m1（g）m2（g）m1（g）W（%）m2（g）（%）E-15153.6655.6843.862.023.7611.8221.23253.4255.3243.741.903.5611.5820.93353.9955.8344.022.043.7911.8121.15E-20150.1652.5041.552.344.6610.9520.86250.3052.6241.592.324.6111.0320.96

49、350.2652.5641.572.304.5810.9920.91P3-5156.5157.7744.361.262.2313.4123.21256.5057.7644.341.262.2313.4223.23356.2557.5844.211.332.3613.3723.22P3-10152.0953.2740.661.182.2612.6123.67251.9853.1840.561.202.3112.6223.73350.8652.0539.681.192.3412.3723.76P3-15150.2252.8539.162.635.2413.6925.90251.0753.7340.

50、052.665.2113.6825.46350.6953.3439.682.655.2313.7925.85P3-20149.8353.1339.103.306.6214.0326.41249.7853.0839.123.306.6313.9626.30350.1553.5039.393.356.6814.1126.37P3-25151.8755.6541.693.787.2913.9625.08252.3756.3041.933.937.5014.3725.52352.6256.4442.113.827.2614.3325.39注：1. m1= m1- m0；饱和吸水率：W=m1/ m02.

51、 m2= m1- m2；饱和含水率：=m2/ m1针对上页表格给出的饱和吸水率与含水率，为了更加直观的表明它们各自间的区别，特给出图示如下：图3.2 不同类型与不同掺量聚合物水泥试块饱和吸水率（上图）与含水率（下图）状况比较 下面针对上面的关于不同掺量与不同类型的聚合物水泥试块的吸水率与饱和含水率做出如下初步分析： 首先，掺入两种聚合物的水泥试块其吸水率均有所上升，其中掺入EVA的聚合物试块变化幅度平缓，而增加的原因则是EVA在拌合净浆过程中的引气作用，导致浆体中的气孔变多，从而使得水分有更多的储存处。而对于PVA加入到水泥中的试块，在掺量小于10%时，其吸水率很低，甚至低于同掺量下的EVA聚

52、合物水泥试块，这可能是PVA的加入量不够，使得PVA未能很好的在浆体中分散开，更多的水泥浆体阻止了自由水的渗入。而待PVA掺量大于10%时，吸水率迅速提升，这可能因为随着PVA的加入，浆体的稠度较大，和易性差，使得拌制过程中引入的空气进入浆体后难以溢出并最终形成气泡，为试样的吸水提供条件。PVA聚合物水泥试块吸水率的大幅跳跃与试块抗折强度大幅跳跃相符合，这与前面谈到的PVA在水泥中的分散状况问题相符。 其次，对于两种聚合物水泥试块的含水率问题，同等掺量的两种聚合物浆体中PVA聚合物浆体的含水率明显高于EVA水泥浆体。产生这一结果的直接原因便是PVA良好的保水性，再次，对于后期两组聚合物试块的含

53、水率出现了一定程度的下降，这可能是由于聚合物掺量较大，对于水泥石的结构产生了相应的影响，具体的原因还有待分析，当然，也有可能是实验的误差造成。同时，待EVA掺量超过10%时试块在水中养护一段时间后，在水的表层产生透明物质，而在试块表面则出现了许多颗粒状的小晶体，这可能也会对试块的性能产生一定的影响，而对于这些物质的鉴定会在3.7节给出。3.3 反光显微镜下观察聚合物水泥基材料的微观结构硅酸盐水泥与水拌合后，熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成五种水化产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体。其中，水化硅酸钙凝胶约占50%，氢氧化钙晶体约占20%。通过反光显微镜可以粗略观察其表象。为了解聚合物加入到水泥浆体中后对水泥水化产物中晶体生长状况与水泥石微结构改善情况等的影响，特此进行了各组试样分别于空气和水中养护14d后在400倍放大倍率下的岩相图，了解了晶体的生长情况。表3.2 反光显微镜试样制备所需仪器名称型号或规格生产厂家相关参数透反射偏反光显微镜XPV-400E长方光学仪器1.放大倍数：40X 100X、400X、600X2.系统