偏高岭土改性及其在水泥基材料中的应用研究

摘要

偏高岭土(简称MK)是一种性能优异的矿物掺合料，但其颗粒细小易团聚、需水量大，严重影响其活性发挥以及混凝土的工作性、均质性，因此仍未得到广泛应用。
　　 本文通过对偏高岭土进行表面改性，系统研究了改性产物对水泥基材料相关性能的影响及其机理，同时探索了改性偏高岭土对混凝土耐久性的影响规律，得到性能比较优异的改性偏高岭土材料。论文的主要成果如下:
　　 (1)采用两类改性剂对偏高岭土进行改性，以砂浆流动度和强度表征改性效果，结果表明，硬脂酸改性有利于砂浆试样早强，对流动度作用不大，而甲基硅油改性提高了流动度，但不利于早期强度的发展。在硅烷偶联剂改性中，环氧类偶联剂改性表现为砂浆流动度随改性剂用量增加呈现先增大后减小的趋势，而对强度作用不大。氨基类偶联剂改性的砂浆表现出较好的流动度，且等质量取代水泥8％时，7d抗压强度相对于同等掺量的偏高岭土增长了20.2％。
　　 (2)对不同改性偏高岭土掺量下水泥基材料的流变特征及其机理进行了研究。zeta电位结果表明，改性偏高岭土提高了水泥颗粒表面的电位绝对值，随其掺量增加，水泥浆体体系的粘度逐渐下降。氨基类硅烷偶联剂在水泥水化过程中会产生大量的羟基，在碱性环境下的缩聚反应产物会结合在颗粒表面构成空间位阻效应。同时，偶联剂的负电效应使得颗粒之间形成静电斥力作用。二者共同作用显著改善了水泥基材料的流变性能。
　　 (3)系统研究了改性偏高岭土对水泥基材料的凝结时间、水化热和化学结合水等水化特性的影响，通过XRD和TG等微观手段表征了不同龄期的水化产物。由于硅烷偶联剂水化产生大量的羟基，极大地延缓了水泥基材料的凝结时间(17h左右)。而改性提高了偏高岭土的活性反应，故早期(6-8h)水化温升得到提高，降低了体系的水化热，同时由于缓凝作用使得水化放热速率相对于偏高岭土水泥浆体大幅降低。改性偏高岭土活性的提高是由于偶联剂改善了偏高岭土的亲水性和工作性能，提高了与Ca(OH)2的接触率，Ca(OH)2的消耗量增加。
　　 (4)研究了改性偏高岭土对混凝土的强度、渗透性、体积稳定性和细观结构的影响。结果表明，改性偏高岭土能优化混凝土内部的孔结构，显著改善混凝土界面过渡区，提高混凝土的强度和抗渗性，减少水化过程中的干缩。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 偏高岭土的性质及其在水泥基材料中的应用研究

1．2．1 偏高岭土的基本性质

1．2．2 偏高岭土在水泥基材料中的应用研究

1．3 偏高岭土改性在水泥基材料中的研究

1．3．1 物理改性

1．3．2 化学改性

1．4 本课题的目的、意义及研究内容

1．4．1 课题的目的和意义

1．4．2 课题主要研究内容

第2章 改性偏高岭土的制备与表征

2．1 实验材料及实验设计

2．1．1 实验原材料

2．1．2 改性偏高岭土的制备

2．1．3 表征方法

2．2 表面活性剂改性偏高岭土结果与讨论

2．2．1 不同改性剂用量对砂浆性能的影响

2．2．2 不同改性时间对砂浆性能的影响

2．2．3 复合改性剂改性偏高岭土对砂浆性能的影响

2．3 硅烷偶联剂改性偏高岭土结果与讨论

2．3．1 不同改性时间和改性剂用量对砂浆性能的影响

2．3．2 复合改性剂改性偏高岭土对砂浆性能的影响

2．3．3 不同掺量矿物掺合料对砂浆性能的影响

2．4 改性偏高岭土FTIR表征

2．5 本章小结

第3章 改性偏高岭土对水泥浆体流变性能的影响研究

3．1 实验材料与表征方法

3．1．1 实验原材料

3．1．2 表征方法

3．2 改性偏高岭土对流变参数的影响

3．2．1 改性偏高岭土对水泥净浆表观粘度的影响

3．2．2 改性偏高岭土对水泥浆体触变性的影响

3．2．3 改性偏高岭土对zeta电位的影响

3．3 硅烷偶联剂(AS)水化结构表征

3．4 改性偏高岭土改善流变性能机理研究

3．5 本章小结

第4章 改性偏高岭土对水泥水化的影响研究

4．1 凝结时间分析

4．2 水化热分析

4．2．1 水化热的测定

4．2．2 测试结果分析

4．3 化学结合水分析

4．3．1 化学结合水的测定

4．3．2 测试结果分析

4．4 微观分析

4．4．1 XRD分析

4．4．2 TG分析

4．5 改性偏高岭土缓凝机理探讨

4．6 本章小结

第5章 改性偏高岭土对混凝土耐久性能的影响研究及微观分析

5．1 改性偏高岭土对混凝土坍落度及强度的影响

5．1．1 原材料及实验方法

5．1．2 实验结果分析

5．2 改性偏高岭土对混凝土抗渗性的影响

5．2．1 改性偏高岭土对电通量的影响

5．2．2 改性偏高岭土对抗氯离子渗透的影响

5．3 改性偏高岭土对体积稳定性的影晌

5．4 微观结构分析

5．4．1 改性偏高岭土对孔结构的影响

5．4．2 改性偏高岭土对界面过渡区的影响

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间相关科研成果