【摘 要】
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本文主要研究聚合物改性水泥基复合材料中聚合物的固化动力学及部分材料性能,具体进行了以下研究工作。首先确定聚合物在水泥基体中的反应形式,然后对聚合物在水泥基体环境中的固化程度进行定量表征,最后拟合出聚合物在水泥基体系中的固化反应动力学方程。此外,研究结合了聚合物改性水泥基复合材料的早期水化特性及宏观力学性能两方面信息对该材料的实际工程应用提出实质建议。论文的主要研究成果如下:(1)通过聚合物在水泥基
【基金项目】
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国家自然科学基金资助(基于水泥基凝胶体系柔性化的钢桥面铺装材料的研发及其改性机理研究,批准号为:51578290
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本文主要研究聚合物改性水泥基复合材料中聚合物的固化动力学及部分材料性能,具体进行了以下研究工作。首先确定聚合物在水泥基体中的反应形式,然后对聚合物在水泥基体环境中的固化程度进行定量表征,最后拟合出聚合物在水泥基体系中的固化反应动力学方程。此外,研究结合了聚合物改性水泥基复合材料的早期水化特性及宏观力学性能两方面信息对该材料的实际工程应用提出实质建议。论文的主要研究成果如下:(1)通过聚合物在水泥基环境中官能团和分子量等信息确定聚合物在水泥基体中的反应形式。具体采用红外吸收光谱(IR)、拉曼光谱(Raman)研究聚合物的官能团信息,利用凝胶渗透色谱法(GPC)分析聚合物的分子量信息。研究结果表明,聚合物中的环氧官能团在水泥基体的碱性环境内被激发开环并攻击下一个环氧官能团引发聚合反应。(2)论文创新采用水泥孔隙溶液模拟水泥基体环境,通过红外吸收光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)对水泥孔隙溶液中不同反应阶段的聚合物固化程度进行定量测试,获得了聚合物在水泥基环境中的固化反应动力学信息。研究结果表明,等温条件下聚合物在水泥基环境中的固化反应速率表现为先增加后减少的典型自催化反应形式。(3)采用自催化反应模型中的“S-B模型”构建聚合物在水泥基环境中的反应速率方程。利用数值优化仿真软件1st Opt对红外吸收光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)获得的聚合物固化反应动力学信息进行非线性拟合,得到了聚合物的固化动力学参数。(4)采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES)对水泥孔隙溶液进行元素分析,观察了聚合物对水泥熟料早期水化行为的影响。研究结果表明,聚合物不改变水泥熟料早期溶解及结晶的行为,但会减缓水泥熟料在加速期和减速期的水化速率。(5)采用电子万能试验机对不同养护条件下聚合物改性水泥基复合材料的抗压和抗折强度进行测试。研究结果表明:在标准养护条件下,聚合物降低了水泥基材料的抗压强度但提供了更高的抗折强度和柔韧性。在60℃高温养护条件下,聚合物不仅降低了水泥基材料的抗压强度而且对抗折强度的提高不再明显。而当养护温度到达80℃时,聚合物改性水泥基复合材料可以实现不牺牲抗压强度的同时,显著提升材料的抗折强度。因此在实际工程应用中,建议采用80℃以上的温度制备聚合物改性水泥基复合材料作为混凝土预制件。
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