添加高吸水性树脂混凝土相关性能与绿色施工应用研究

摘要

高吸水性树脂(SAP)在混凝土工程中的应用是一项重要的工程技术革新，相关研究工作在国内外均属刚刚起步，存在许多空白之处。本课题研究工作主要从从添加高吸水性树脂混凝土的相关重要性能入手，揭示高吸水性树脂混凝土的相关特性，拓展了其在绿色施工中的应用。
　　本文针对混凝土添加高吸水性树脂后，力学性能存在的抗压强度提升或降低的不确定性展开详细研究。通过SAP多级粒径、多种添加量和混凝土不同水灰比的多重组合，对混凝土抗压强度特征表现和相关影响因素进行了全面的分析和探讨。研究表明，掺量和粒径的不同，对混凝土的力学性能具有一定的影响。粒径对于混凝土强度的早期发展具有较强的影响性。当粒径相对较大时，易于提高早龄期强度;但整体来看，SAP添加量在0.2％左右、粒径为30～50目时，混凝土抗压强度综合效果最好。
　　进一步通过压汞分析(MIP)、扫描电镜(SEM)与图像分析软件(Image pro)相结合的方法，定性和定量的对高吸水性树脂混凝土的微观孔结构特征进行了相关分析与研究。分析了高吸水性树脂对混凝土内部孔隙发展的影响方式，以及其特有的气孔结构特征对混凝土相关性能的影响。研究结果显示，SAP的添加数量和SAP的粒径变化对混凝土的微观性能指标影响程度较大，气孔率、气孔平均孔径和气孔平均间距系数均有不同程度的增加。10μm～200μm和200μm～800μm级别的气孔率对SAP混凝土强度相关性较强。高水灰比和小粒径会提高10μm～200μm级别的气孔率;高水灰比和高添加量对于200μm～800μm级别气孔影响较大，应严格控制小于800μm范围内的气孔的形成。进一步确定了SAP的使用原则:低水灰比，粗粒径，低掺量。文中还通过径向基函数(RBF)神经网络定量分析了试样强度与孔结构特征之间的关系，建立了强度与孔结构特征之间的定量关系式，给出了分级孔隙率和分级气孔率的重要性排序:10μm～200μm、200μm～800μm、大于1μm、0.1～1μm、小于0.1μm、800μm～1600μm。
　　同时，本文又对添加SAP的混凝土的水化反应进行了详细的研究，通过TG-DSC热分析研究，证明了高吸水性树脂在混凝土水化反应中的积极作用，提出了全新的SAP促进水泥水化反应的解释原理。研究发现，SAP的添加量增加有利于CH生产;SAP进入混凝土凝胶体系后，不仅影响水化产物的生成量，也影响水化产物的水化过程，在SAP胶凝溶液独特的空间网状结构、亲水基团离子交换和Ca2+离子互锁的共同作用下，有效促进了水泥的水化反应。
　　进而，通过对SAP混凝土渗透性能与其微观结构相结合的研究方法，对SAP混凝土渗透性的机理进行了充分的研究。研究表明，SAP加入混凝土后，能够有效提高混凝土的抗渗性能。SAP改变了混凝土内部孔隙连通状况，通过减小毛细管的压力和改变孔隙的形式，提高了毛孔的阻力值;SAP在混凝内部形成了混凝土内部的“阈值效应”，增大了液体渗流阻力。
　　最后，本文结合绿色施工的理念，概念性的提出了添加高吸水性树脂的混凝土在绿色施工中的全新应用，并进行了初步的试验验证，把建筑材料和施工环境保护进行了有机的结合，为高吸水性树脂混凝土的应用开拓了全新的应用领域。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．高吸水性树脂混凝土概况

1．2．高吸水性树脂简介

1．2．1．高吸水性树脂的分类

1．2．2．高吸水性树脂的应用领域

1．2．3．高吸水性树脂的性能

1．3． 添加高吸水性树脂混凝土相关研究现状

1．3．1．SAP对混凝土流变性能的影响与研究

1．3．2．SAP作为水泥砂浆与混凝土内养护剂的研究

1．3．3．SAP对水化程度的影响与研究

1．3．4．SAP对混凝土微观结构的影响与研究

1．3．5．SAP引发混凝土加气的影响与研究

1．3．6．SAP对混凝土抗冻融性的影响与研究

1．3．7．SAP对混凝土抗渗性的影响与研究．

1．3．8．SAP对提高混凝土抗腐蚀性的影响与研究

1．3．9．SAP对混凝土力学性能的影响与研究

1．4．本文的研究的内容与目的

1．4．1．问题的提出

1．4．2．本文的研究目的与内容

1．4．3．本文的研究方法

第二章 添加SAP混凝土抗压强度试验研究

2．1．试验方案的确定

2．2．试验操作方法

2．3．试验结果

2．4．不同配合比，相同粒径，不同添加量对抗压强度的影响

2．4．1．P1配合比

2．4．2．P2配合比

2．5．不同配合比，相同添加量，不同粒径对强度的影响

2．6．多因素方差分析

2．6．1．多因素方差分析概述

2．6．2．各龄期的显著性分析

2．7．回归分析

2．8．本章小结

第三章 添加SAP混凝土微观孔结构特征研究

3．1．试验方案

3．2．基于压汞实验的孔结构特征及其与强度的关系

3．2．1．压汞实验基本原理

3．2．2．比孔容积和孔隙率的测定

3．2．3．孔径分布的测定

3．3．基于体视学下气孔结构显微定量分析与研究

3．3．1．测试方法

3．3．2．气孔结构参数提取

3．3．3．讨论与分析

3．4．基于径向基函数神经网络的混凝土强度预测研究

3．4．1．径向基函数(RBF)神经网络概述

3．4．2．分级气孔率和分级孔隙率与混凝土强度的RBF神经网络

3．4．3．孔结构特征参数与与混凝土强度的RBF神经网络

3．5．小结

第四章 添加SAP混凝土水化过程研究

4．1．概述

4．1．1．硅酸盐水泥的水化机理

4．1．2．水化产物(CH和C—S—H)对于混凝土的影响

4．2．水化程度的确定方法

4．3．TG-DSC简介

4．3．1．TG热重分析

4．3．2．DSC——示差扫描量热法

4．4．试验实施

4．4．1．试样设备与方案

4．4．2．试样制备

4．4．3．计算依据

4．5．试验结果TG—DTG曲线

4．5．1．参照组试样

4．5．2．P2-50-0．2％试样组

4．5．3．P2-50-0．4％试样组

4．5．4．P2-50-0．6％试样组

4．5．5．P2-100-0．2％试样组

4．5．6．P2-100-0．4％试样组

4．5．7．P2-100-0．6％试样组

4．5．8．饱和吸水P2-50-0 2％试样组

4．5．9．饱和吸水P2-100-0．2％试样组

4．6．数据分析

4．6．1．WⅠ阶段重量损失对比分析

4．6．2．WⅡ阶段重量损失对比分析

4．6．3．WⅢ阶段重量损失对比分析

4．6．4．总体分析

4．6．5．饱和吸水状态分析

4．7．小结

第五章 添加SAP混凝土渗透性研究

5．1．混凝土的渗透机理概述

5．1．1．混凝土渗透性的基本概念

5．1．2．渗透理论理论模型

5．2． 影响混凝土渗透性的因素

5．2．1．骨料

5．2．2．水灰比

5．2．3．掺合料

5．2．4．引气

5．2．5．龄期

5．2．6．养护及环境条件

5．2．7．孔结构

5．3． 试验方法

5．3．1．渗透系数法

5．3．2．水压力法

5．3．3．透气法

5．3．4．氯离子扩散系数法

5．4．高吸水性树脂混凝土抗渗性试验

5．4．1．试验方案

5．4．2．设备装置

5．4．3．试样拌合

5．4．4．混凝土试件的成型与养护

5．4．5．试验步骤

5．5．SAP添加量对混凝土渗透性的影响

5．6．基于孔结构的SAP混凝土渗流理论及颗粒作用研究

5．6．1．渗透系数与混凝土渗水速率和渗透深度的关系

5．6．2．渗透系数与混凝土孔隙率的关系

5．6．3．孔隙率对渗透性的影响

5．6．4．平均孔径对渗透性的影响

5．6．5．各试样临界孔径

5．6．6．SAP混凝土微观结构对渗透的影响

5．7．小结

第六章 SAP混凝土工程应用与拓展研究

6．1．复合高吸水性树脂混凝土

6．1．1．内养护混凝土

6．1．2．抗冻融性混凝土

6．1．3．化学物质可控制释放剂

6．1．4．新型防水材料

6．1．5．混凝土表面养护

6．1．6．防火

6．2．工程应用实例

6．2．1．凯泽斯劳滕德世界杯纪念物

6．2．2．墙面喷射混凝土板

6．3． 基于我国绿色施工要求下sAP混凝土创新性应用

6．3．1．问题的提出

6．3．2． “保湿抑尘”概念的提出

6．4． “保湿抑尘”应用的分析与验证

6．4．1．粉尘运动机理

6．4．2．湿润状态下粉尘颗粒粘附动力

6．5． 环境舱实证模拟研究

6．5．1．环境舱设计原则

6．5．2．小型环境舱结构

6．5．3．保湿性试验

6．5．4．抗蒸发性试验

6．5．5．抑尘效果试验

6．6． 小结

第七章 结论、创新与展望

7．1．结论

7．2． 创新点

7．3． 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢