發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 09:54

【摘要】：作為普通波特蘭水泥最主要的水化產(chǎn)物,水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠的微結(jié)構(gòu)與性能很大程度上決定著被廣泛使用的水泥基材料的服役效果與壽命。水化硅酸鈣凝膠在微納尺度的結(jié)構(gòu)至今仍未被完全解析,而現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展又亟需低能耗與高性能兼?zhèn)涞耐聊竟こ滩牧稀Ｒ虼?本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的手段,首先表征了水化硅酸鈣凝膠在微納尺度上的基本結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能,繼而從增強(qiáng)其耐久性角度出發(fā),探究了氯離子在其孔溶液中的傳輸與吸附行為,從增強(qiáng)其力學(xué)性能角度出發(fā),研究了其與聚合物的界面交互作用與連結(jié),最后解析了無機(jī)C-S-H凝膠/有機(jī)聚合物復(fù)合體系的微結(jié)構(gòu)特性與性能提升機(jī)理,主要結(jié)論歸納如下:1)C-S-H凝膠擁有鮮明的多尺度特性:其微觀尺度上的形貌和力學(xué)特性分別由鈣硅比與顆粒堆積密度決定;納觀尺度上,其結(jié)晶性較差,原子排列短程有序,長程無序,層間結(jié)構(gòu)明顯;分子尺度上,其由交替排布的鈣硅層構(gòu)成,鄰層間分布著水分子及其解離形成的鈣、硅羥基官能團(tuán)。在單軸拉伸過程中,若強(qiáng)度較低的(6?離子鍵被拉長以承擔(dān)應(yīng)變,則C-S-H發(fā)生脆性斷裂;若Si-O-Si共價(jià)鍵參與反應(yīng),則C-S-H呈現(xiàn)較強(qiáng)的延展性。2)C-S-H凝膠表面的鈣離子聚集程度對于其氯離子吸附性能影響顯著。當(dāng)C-SH凝膠表面鈣硅比較高時(shí),通道區(qū)內(nèi)的非橋接氧原子數(shù)目及有效空間均得以增大,通過靜電作用吸引了更多的來自溶液中的鈣離子,而被牢固束縛在界面處的鈣離子繼而通過形成離子團(tuán)簇的方式吸引了更多的氯離子聚集在表面,越接近通道區(qū),氯離子的擴(kuò)散系數(shù)越低。3)在C-S-H凝膠/聚合物界面,聚合物官能團(tuán)的極性以及聚合物大分子的擴(kuò)散與聚合特性決定了其與C-S-H基體間的親和力。聚丙烯酸(PAA)由于其官能團(tuán)羧基的高極性而緊密吸附在C-S-H凝膠表面,聚乙烯醇(PVA)中的羥基官能團(tuán)極性雖高,但由于PVA分子間較大的聚合傾向,使之無法穩(wěn)定地吸附在C-S-H凝膠表面。聚乙二醇(PEG)的官能團(tuán)C-O-C極性最差,因而PEG分子鏈多呈平直態(tài)自由擴(kuò)散。4)分子模擬證明,聚合物的插層可顯著提升C-S-H基體的延展性;在實(shí)際C-SH/聚合物復(fù)合體系中,PAA和PVA的存在擾亂了C-S-H凝膠中鈣硅層的有序堆積,改變了硅鏈的平均長度,可推測其多吸附在C-S-H凝膠表面或?qū)娱g的缺陷處;而PEG分子的插層概率則較低,其更可能存在于C-S-H凝膠顆粒之間的孔隙中,但由于C-S-H凝膠較小的顆粒尺寸以及與PEG分子特殊的位向關(guān)系,基體的抗壓剛度的得以提高,徐變模量也維持在較高水平。綜上所述,本文通過在微觀、介觀以及納觀尺度上對水化硅酸鈣凝膠微結(jié)構(gòu)與性能的研究,解析了C-S-H凝膠的氯離子吸附機(jī)理、C-S-H凝膠/聚合物的界面連結(jié)機(jī)理、C-S-H凝膠/聚合物復(fù)合體系的性能提升機(jī)理,可分別為海洋工程混凝土配合比的設(shè)計(jì)、外加劑分子官能團(tuán)的選擇、高性能水泥基復(fù)合材料的制備等提供理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O648.17
【圖文】：

破壞、失效甚至崩塌。在此過程中，氯離子在混凝土中尤其是 C-S-H 凝膠孔溶液中的傳輸過程顯著影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的耐久性，因此，本文第二部分研究了氯離子在 C-S-H 凝膠孔溶液中的傳輸與吸附性能�；炷猎诔惺芾�、彎曲荷載時(shí)易發(fā)生脆性破壞，而眾多研究6 10表明，通過有機(jī)聚合物的摻加，無機(jī)水泥基材料的韌性有效提升；另一方面，水化硅酸鈣凝膠作為波特蘭水泥的主要水化產(chǎn)物，決定著硬化水泥漿體的力學(xué)性能。因此，為探索聚合物材料的微觀增韌機(jī)理，從根本上解決水泥混凝土的脆性問題，對于C-S-H 凝膠/聚合物二元體系的研究尤為必要。由于兩種材料均具有鮮明的納觀尺度特性，本文第三、四部分的研究主要針對 C-S-H 凝膠/聚合物納觀復(fù)合體系，包括兩方面內(nèi)容，首先討論了含有不同官能團(tuán)的聚合物與 C-S-H 凝膠表面的親和性及其界面交互作用，繼而深入解析了 C-S-H 凝膠/聚合物復(fù)合體系中微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能提升之間的關(guān)系。

東南大學(xué)博士學(xué)位論文釋壓力荷載下的徐變現(xiàn)象、C-S-H 凝膠納米孔中水分流失所導(dǎo)致的干燥。同時(shí)，對比上述的“F-S”模型，“Munich”模型未能提及 C-S-H 凝膠中布。

修正“F-S”模型

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 易偉建;農(nóng)金龍;黃政宇;彭勃;;聚合物乳液改性砂漿的長期粘結(jié)性能[J];硅酸鹽通報(bào);2011年04期

2 梅迎軍;李志勇;王培銘;梁乃興;;SBR乳液對水泥砂漿長期收縮性能影響及機(jī)理分析[J];土木建筑與環(huán)境工程;2009年03期

3 楊正宏;尹義林;曲生華;丁艷;;道路用聚合物改性水泥砂漿修補(bǔ)材料的研制[J];新型建筑材料;2006年02期

本文編號：2753302