本文關鍵詞：基于PAM—有機硅改性水泥土的抗?jié)B特性研究

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【摘要】：隨著我國社會生產的發(fā)展,水泥土在市政道路、水利及護坡等防滲工程中得到廣泛使用,且工程量巨大。在這些工程中使用水泥土一方面是因為水泥土屬于半剛性材料,其本身具有剛性防滲材料(如防滲混凝土)強度較高的優(yōu)點,同時又具有柔性防滲材料(如高分子防滲材料)可以發(fā)生較大變形的優(yōu)點,另一方面水泥土施工成本低,施工方便。使用水泥土能極大地節(jié)約資源,經濟效益和社會效益都極其可觀,所以研究水泥土的抗?jié)B性能是非常有必要的。當然,我們在這些防滲工程中使用成本較低的水泥土來代替原來昂貴的剛性或者柔性防水材料,首要考察的指標就是水泥土的抗?jié)B性能怎么樣,能否達到工程的要求,如果達不到要求,能有什么辦法使水泥土的抗?jié)B性能滿足要求,所以改善水泥土的抗?jié)B性能是一個亟待解決的課題。當前對水泥土抗?jié)B方面的研究一般采用模仿水泥砂漿或混凝土的抗?jié)B原理,添加一些單純的化學外加劑如硫鋁酸鈣或添加一些物質填充水泥土顆粒間微小孔隙的辦法來改善水泥土的抗?jié)B性能。我們可以通過往水泥土中添加高分子聚合物和偶聯劑從物理和化學兩方面來同時改善水泥土的抗?jié)B性能。比較常用的高分子聚合物聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性和保水性,能填充水泥土顆粒間的微小孔隙,并調節(jié)水泥土內部的水分含量,保證水泥土內部結構不會因外界濕度條件的變化而輕易發(fā)生破壞;常用的偶聯劑有機硅能與水泥基發(fā)生化學反應形成網狀交聯結構,并在水泥土內部形成一層幾個納米厚的憎水膜,能有效的阻止外部水進入材料內部,從而提高水泥土的抗?jié)B性能。本文的試驗通過向水泥土中摻入一定量的聚丙烯酰胺和有機硅來改善其抗?jié)B性能,采用水泥摻量為13%,水灰比為1.5,通過試驗來深入和系統的研究其抗?jié)B性能,通過得出的試驗數據,利用Excel、Matlab等軟件分析比較得出外加劑為聚丙烯酰胺、有機硅還是復合較優(yōu),并且較優(yōu)的外加劑摻量為多少,并對最優(yōu)外加劑種類及最優(yōu)摻量的水泥土進行電鏡掃描(SEM)試驗,分析其內部結構變化。最后利用灰色系統模型對較優(yōu)外加劑和最優(yōu)摻量組合的28d齡期下水泥土滲透系數作為考察指標得出預測數據,通過與實測值相比較,得出模型是否滿足工程精度要求。論文的主要研究內容和成果如下:(1)通過試驗測得了添加不同摻量的聚丙烯酰胺(0%、1%、3%和5%)、不同摻量的有機硅(0%、1%、3%和5%)以及同時摻兩種外加劑的水泥土在不同齡期(3d、7d、14d、28d)下的滲透系數,并對水泥土滲透系數進行了不同齡期下的極差分析、方差分析,認為水泥土中摻入適量的有機硅和聚丙烯酰胺能有效的改善水泥土的抗?jié)B性能,并且添加兩種外加劑的水泥土其抗?jié)B性能好于只添加其中一種外加劑的水泥土,當齡期為3d、7d、14d時聚丙烯酰胺對水泥土抗?jié)B性能的影響大于有機硅對水泥土抗?jié)B性能的影響,當齡期為28d時,有機硅對水泥土抗?jié)B性能的影響大于聚丙烯酰胺對水泥土抗?jié)B性能的影響;(2)結合Matlab、Excel等軟件分析實驗結果,對實驗數據進行了摻聚丙烯酰胺、摻有機硅、同時摻聚丙烯酰胺和有機硅三種情況下的回歸分析,并采取固定聚丙烯酰胺摻量,分析不同有機硅摻量對水泥土抗?jié)B性能的影響,得出:當聚丙烯酰胺摻量為0%時,對應的最優(yōu)有機硅摻量為1%,當聚丙烯酰胺摻量為1%時,對應的最優(yōu)有機硅摻量為5%,當聚丙烯酰胺摻量為3%時,對應的最優(yōu)有機硅摻量為3%,當聚丙烯酰胺摻量為5%時,對應的最優(yōu)有機硅摻量為5%;(3)對比選出的4組最優(yōu)摻量,并考慮到經濟性,認為最好的水泥土外加劑摻量為:聚丙烯酰胺摻量為1%時,有機硅摻量為5%時和聚丙烯酰胺摻量為3%時候,有機硅摻量為3%時兩種組合,對上述兩種最優(yōu)的組合進行3d、7d、14d、28時的電鏡掃描試驗,分析其內部結構變化。(4)用灰色系統理論GM(1,3)模型對上述最優(yōu)的兩組試件28d的試驗原始數據進行了模擬,得出的模擬值和實測值的誤差范圍在工程應用的范圍之內,并利用模型對剩余的一部分數據進行預測并與實測值相比較,其誤差在允許范圍之內,為抗?jié)B性能的預測提供了一種可以利用的方法。綜上所述,在水泥土中摻入聚丙烯酰胺和有機硅能有效的改善其抗?jié)B性能,且齡期和兩種外加劑的摻量都能影響水泥土的抗?jié)B性能,通過試驗,在考慮經濟性和合理性的情況下確定出了兩組最優(yōu)摻量,并利用灰色系統理論GM(1,3)模型對這兩組最優(yōu)摻量的28d試驗原始數據進行模擬,其誤差在允許范圍之內,可以作為實際工程中的預測模型。
【關鍵詞】：水泥土 聚丙烯酰胺 有機硅 抗?jié)B特性
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU43
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 選題依據及研究意義11-12
• 1.2 國內外研究現狀12-15
• 1.2.1 國內研究現狀12-14
• 1.2.2 國外研究現狀14-15
• 1.3 水泥土應用情況15-16
• 1.4 主要研究內容和技術路線16-17
• 1.4.1 主要研究內容16-17
• 1.4.2 技術路線17
• 1.5 本章小結17-19
• 第2章 水泥土的滲透及改性19-26
• 2.1 滲透理論19-21
• 2.1.1 土的滲透性19
• 2.1.2 達西定律19-20
• 2.1.3 滲透系數的測定20-21
• 2.1.4 土滲透性的影響因素21
• 2.2 水泥土中水泥和外加劑作用過程21-25
• 2.2.1 水泥水化過程21-23
• 2.2.2 有機硅和水泥土作用過程23-24
• 2.2.3 聚丙烯酰胺和水泥土作用過程24-25
• 2.3 本章小結25-26
• 第3章 水泥土滲透試驗26-35
• 3.1 抗?jié)B性水泥土原材料的組成26-27
• 3.1.1 水泥26
• 3.1.2 粘土26
• 3.1.3 聚丙烯酰胺和有機硅26-27
• 3.2 試驗目的與方案27-28
• 3.2.1 試驗目的27
• 3.2.2 試驗方案27-28
• 3.3 試驗儀器設備28-29
• 3.4 試驗步驟29-34
• 3.4.1 確定粘土的天然含水率29
• 3.4.2 粘土的風干與研磨29
• 3.4.3 確定粘土的風干含水率29
• 3.4.4 確定配合比29-31
• 3.4.5 試件的制作、養(yǎng)護及封樣31-33
• 3.4.6 水泥土滲透試驗33
• 3.4.7 滲透試驗注意事項33-34
• 3.5 本章小結34-35
• 第4章 水泥土滲透試驗結果與SEM分析35-71
• 4.1 滲透試驗結果極差和方差分析及回歸模型35-54
• 4.1.1 3d滲透試驗結果分析35-39
• 4.1.2 7d滲透試驗結果分析39-44
• 4.1.3 14d滲透試驗結果分析44-49
• 4.1.4 28d滲透試驗結果分析49-54
• 4.2 滲透系數與聚丙烯酰胺和有機硅摻量的回歸模型54-65
• 4.2.1 滲透系數與有機硅摻量的回歸模型54-58
• 4.2.2 滲透系數與聚丙烯酰胺摻量的回歸模型58-62
• 4.2.3 外加劑組合及摻量的優(yōu)選62-65
• 4.3 SEM結果及分析65-70
• 4.4 本章小結70-71
• 第5章 灰色系統理論模型及對水泥土抗?jié)B性的預測71-82
• 5.1 灰色系統理論71-74
• 5.1.1 基本概念71-72
• 5.1.2 基本原理72-73
• 5.1.3 主要內容73
• 5.1.4 水泥土抗?jié)B性能的灰色系統特征73-74
• 5.2 GM模型的建立74-77
• 5.2.1 建立GM（1,1）模型74-75
• 5.2.2 檢驗GM（1,1）模型75-76
• 5.2.3 GM（1,1）模型的適用范圍76
• 5.2.4 建立GM（1,N）模型的步驟76-77
• 5.3 GM（1,3）模型在水泥土抗?jié)B性中的應用77-80
• 5.3.1 建立GM(1,3)模型77-79
• 5.3.2 GM(1,3)模型對水泥土滲透系數的預測及誤差分析79-80
• 5.4 本章小結80-82
• 結論與建議82-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-88
• 攻讀學位期間取得學術成果88

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本文編號：976231