早強(qiáng)延遲膨脹型水泥注漿材料的制備與性能分析.pdf

1、混凝土早強(qiáng)劑和膨脹劑作為提高水泥混凝土使用性能的外加劑被廣泛的應(yīng)用在各種橋梁、隧道、水利水電、能源、大型工業(yè)及民用構(gòu)、建筑物等土木工程施工過程中。
　　傳統(tǒng)早強(qiáng)劑高堿高摻等不利因素在實(shí)際使用過程中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性損害較大，因此在實(shí)際使用中受到諸多限制。另外，在封閉條件下使用混凝土?xí)r，由于存在化學(xué)收縮和干燥收縮等現(xiàn)象，容易導(dǎo)致封閉部分出現(xiàn)“月牙形”孔隙，降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。混凝土膨脹劑的出現(xiàn)為混凝土后期收縮而導(dǎo)致的開裂

2、等影響施工質(zhì)量的缺陷提供了解決方案，極大地減輕了其帶來的不利影響。但是由于傳統(tǒng)膨脹劑過早的參與水化反應(yīng)，不僅會(huì)明顯降低混凝土的早期強(qiáng)度，而且容易導(dǎo)致前期無效膨脹，造成膨脹能損失。此外，由于水泥水化反應(yīng)而消耗的水分難以從外部得到補(bǔ)充，因而在水化反應(yīng)后期，殘存在硬化后的混凝土空隙中的膨脹劑由于缺乏反應(yīng)所需的水分而難以持續(xù)產(chǎn)生膨脹作用，無法對(duì)密閉空間內(nèi)的混凝土產(chǎn)生后期補(bǔ)償收縮作用（即延遲膨脹作用），造成后期膨脹力不足。
　　本論文以O(shè)P

3、C體系為研究對(duì)象，針對(duì)其在實(shí)際施工使用過程中存在的早期強(qiáng)度較低、水泥自身由于自收縮作用導(dǎo)致的封閉部分容易出現(xiàn)“月牙形”孔隙等缺陷，對(duì)復(fù)合早強(qiáng)劑及改性微膠囊膨脹劑的復(fù)配性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。分別通過遞進(jìn)復(fù)配法和單因素分析法考察并確定了復(fù)合早強(qiáng)劑組分及微膠囊膨脹劑組分的最優(yōu)配方和聚合配比，并對(duì)其多能效復(fù)合性能進(jìn)行了進(jìn)一步研究，通過實(shí)驗(yàn)和微觀表征等分析手段對(duì)其早強(qiáng)-延遲膨脹機(jī)理進(jìn)行了探討，并得出以下結(jié)論:
　　在水灰比0.4(w/c

4、=0.4)、養(yǎng)護(hù)溫度20℃、養(yǎng)護(hù)濕度97％的條件下，研究了C11·A7CaF2、Ca(SCN)2及有TEA早強(qiáng)組分分別對(duì)水泥試塊早期物理性能及抗壓強(qiáng)度的影響，并通過遞進(jìn)復(fù)配的分析方法得到復(fù)合早強(qiáng)劑的最優(yōu)配方。其中，各組分比例分別為:C11A7·CaF24％+Ca(SCN)20.1％+TEA0.02％+PC0.1％。實(shí)驗(yàn)得到的早強(qiáng)劑對(duì)水泥早期抗壓性能的提升效果明顯，且流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間完全滿足國家相關(guān)規(guī)定。試塊水化反應(yīng)1d后的抗壓強(qiáng)度達(dá)到1

5、4.5MPa，分別比基準(zhǔn)組提高了98.6％，比對(duì)照組提高了35.5％。利用微觀表征手段對(duì)試塊進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，復(fù)合早強(qiáng)劑能夠在水泥水化反應(yīng)過程中提供大量Ca2+并與液相中的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。促進(jìn)水泥熟料的水化反應(yīng)速率，生成鋁膠、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的C3AH6并增加AFt、C-S-H的產(chǎn)物數(shù)量，降低了水化反應(yīng)誘導(dǎo)期的持續(xù)時(shí)間和水泥石中累積孔體積，提高了試塊的整體強(qiáng)度和致密度。
　　通過使用St為硬單體，BA為軟單體，AIBN為引發(fā)劑，I

6、PA為分散溶劑，利用溶液聚合法在HCSA膨脹劑表面聚合成St-BA共聚物，形成以HCSA膨脹劑無機(jī)顆粒為囊芯，以St-BA共聚物為囊壁的微膠囊。以普通硅酸鹽水泥膨脹性為考核指標(biāo)，通過單因素考察法的實(shí)驗(yàn)并借助XRD、DTG、SEM等分析方法對(duì)微膠囊膨脹劑及其膨脹效能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，反應(yīng)溫度的升高和反應(yīng)時(shí)間的增加對(duì)聚合物包覆效率的提升是有利的。但是反應(yīng)溫度過高會(huì)影響引發(fā)劑活性，導(dǎo)致包覆率下降，單體配比和引發(fā)劑用量的變化會(huì)引起聚合物

7、分子大小的變化，從而影響聚合物的包覆效率。在反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)時(shí)間5h、BA和St單體配比為2∶1、單體和IPA體積比1∶2、AIBN用量2％的條件下，制成的聚合物包覆性能最好。在HCSA摻入質(zhì)量比為10％的情況下，試塊膨脹延遲約為2h，最大自由膨脹率為3.39％，30h后膨脹率趨于穩(wěn)定，約為0.67％，分別比未包覆膨脹劑提高了12.6％和63.4％，提高了HCSA的有效膨脹效能。
　　將最優(yōu)復(fù)合早強(qiáng)劑與最優(yōu)微膠囊膨脹劑進(jìn)行復(fù)配

8、，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1d后，對(duì)其多能效復(fù)合性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與研究。當(dāng)各組分配比為C11A7·CaF24％+Ca(SCN)20.1％+TEA0.02％+PC0.1％+微膠囊膨脹劑10％時(shí)，得到的早強(qiáng)延遲膨脹型水泥注漿材料的早強(qiáng)性能與早期膨脹性能最為優(yōu)異。其中，1d強(qiáng)度達(dá)到16.4MPa，是基準(zhǔn)組的2.25倍;流動(dòng)度為201mm;初凝時(shí)間為331min，終凝時(shí)間為376min，完全滿足施工使用要求。此外，在摻入早強(qiáng)膨脹延遲型水泥注漿材料后，