纳米聚合物对超高性能混凝土水化产物的改性研究文献综述

 2023-08-28 09:08

文献综述(或调研报告):

1、聚合物对UHPC的影响

在UHPC体系下掺加聚合物可以填充水化产物和硅灰、粉煤灰间的孔洞和裂纹,还会与各个组分之间形成空间交联结构,增加C-S-H的聚合度,极大减少整体的界面缺陷、增加结构密实度。纳米聚合物的加入还可能会在水泥浆体的熟料表面形成一层聚合物膜,或与水化产物发生反应,对超高性能混凝土的水化进程和水化结果造成影响。就目前的研究表明,纳米聚合物的添加会对超高性能混凝土的抗折强度和抗压强度产生巨大的影响,但具体的机理并不明确。

1.1. 水性环氧树脂

水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系,在室温环境下发生化学交联反应,显示出优异的性能。水性环氧树脂对混凝土体系具有引气和减水的作用,且缩短凝结时间,在一定掺量下可以增大后期的抗压强度和抗折强度;水性环氧树脂会在水泥熟料表面形成聚合物膜从而延迟水泥水化,同时环氧树脂固化后会呈网络胶状体,对水泥微观结构产生影响。

随着水性环氧树脂掺量的增加,UHPC 浆体的早期(3d)抗压强度会逐渐下降;后期(28d)抗压强度先增加后下降,水性环氧树脂掺量在 75kg/m3 时,同一龄期抗压强度达到最大值;同一龄期 的UHPC 抗折强度也呈现先增加后下降,水性环氧树脂掺量在 75kg/m3 时,抗折强度达到最大值;3d和28d的UHPC抗拉性能变化趋势和抗折强度变化趋势基本吻合,当水性环氧树脂的量超过 75kg/m3 时,UHPC 抗拉性能出现下降。

水性环氧树脂的加入,使得水化产物和硅灰、粉煤灰间界面形成了交联的产物,当水性环氧树脂掺量较低时形成棒状的产物,当水性环氧树脂掺量继续增加,交联产物由棒状转变为团状。当水性环氧掺量不超过75kg/m3时,随着掺量增加,形成了空间交联结构更加密实,缺陷更少。当水性环氧树脂的量超过75kg/m3时,过量的水性环氧树脂形成了过多的团状产物,破坏整体的均匀性和降低各个组分间的交联程度,降低了结构的密实性。图1分别为掺量为0、25kg/m3、50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3时的SEM图像。

1.2. 聚乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)

EVA改性的水泥在水中养护和空气中养护的强度发展存在较大差异,水中养护的EVA聚合物水泥试块的强度发展不如空气中养护下聚合物水泥试块。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,其强度提升不明显,且当掺量达到20%时,强度开始下降。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,该基团与浆体内的 Ca2 发生反应,生产有机盐(乙酸钙)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,这里的表现便是抗折强度下降。

EVA的加入会在水泥石的微裂纹及孔洞等处生成出大量的晶体和凝胶,以填充这些应力集中区,从而改善水泥石的微观结构。EVA的加入也会对水泥早期水化起到抑制作用,这一段时间大约持续到终凝后的数小时,这可能是因为EVA早期在水泥熟料表面形成一层聚合物膜,阻止了熟料与水接触,从而延缓了水化进程。之后,水化产物中的 Ca(OH)2与 EVA 反应生成乙酸盐并破坏了熟料周围的聚合物膜,同时,作为低级脂肪酸盐的乙酸钙对水化又起到了促进作用。图2分别为普通硅酸盐水泥14d和EVA改性水泥14d的SEM图像。

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