基于TEOS的表层防护剂对水泥基材料性能影响研究

摘要

混凝土是建筑行业应用很广的材料。然而，作为一种多孔材料，混凝土具有一定的渗透性，水、有害离子及气体的入侵会给混凝土造成各种各样的耐久性问题，缩短其使用寿命。混凝土的耐久性问题如若没有得到有效解决，将会带来巨大的经济损失与资源浪费，如何提高混凝土耐久性，延长其使用寿命，已经成为当下国内外的研究热点。有害物从外部侵入，对混凝土的侵蚀由表及里，对混凝土进行表层防护，提高其表层密实度，是有效提高混凝土耐久性能的关键。纳米二氧化硅(CNS)因为火山灰活性高，以及具有纳米颗粒特性，被广泛用于提高混凝土性能，有学者提出将纳米硅溶胶或其前驱体正硅酸乙酯(TEOS)涂刷在水泥基材料表层，可有效填充表层孔隙，从而提高水泥基材料的整体性能。TEOS是CNS的前驱体，通过水解缩聚可产生硅胶，将其涂刷在混凝土表面，若能在混凝土表层发生原位水解，水解产物CNS就可与水泥石内的氢氧化钙(CH)继续发生火山灰反应，生成C-S-H凝胶，密实表层结构。且TEOS是一种无色液体，具有小的单体结构及低的稠度，更有利于表面浸渍和反应的发生。本文针对基于TEOS的水泥基材料表层防护剂进行了试验，对防护剂的配合比和浸渍工艺，以及对水泥基材料的性能影响进行了研究。
　　首先，对TEOS防护剂成分配合比及浸渍工艺进行了研究，分别试验了7种不同的防护剂原料配合比和9种不同的浸渍方式对降低水泥砂浆表面吸水率的作用效果，并研究了浸渍后的密封时间对吸水率降低效果的影响;其次，选取并对比了三种配合比的TEOS防护剂对水泥基材料抗碳化性能和抗盐冻性能的影响;最后，对两种水灰比的净浆试件进行水蒸气传输试验，研究了TEOS防护剂对水泥净浆透湿性能的影响，并对浸渍了TEOS防护剂的砂浆试件横断面进行显微硬度测试和SEM检测，对比水泥砂浆浸渍到防护剂的部分与未浸渍到的部分的显微硬度、形貌和钙硅比差异，进一步从微观角度验证与解释TEOS防护剂的作用机理。
　　以上研究结果表明:几种不同配合比的TEOS防护剂均对水泥砂浆表面吸水率有一定程度的降低，降低比例约为30％-70％，其中当乙醇、水与TEOS的比例为4/1/3时效果最明显，可降低到73％;TEOS防护剂喷涂遍数对砂浆吸水率的降低影响较大，喷涂遍数越多，降低比例越大;每遍的喷涂量对吸水率影响较小，增加每次喷涂的防护剂用量，吸水率并不会随之有规律性变化;喷涂完成后对砂浆表面进行密封养护，随着密封时间的增长，砂浆吸水率的降低程度先增大后减小，在密封养护6h时达到最高值。选取的三种TEOS防护剂均对试件抗碳化和抗盐冻能力有不同程度的提高，最高的可降低碳化深度60％左右，降低盐冻时的质量损失80％以上。TEOS防护剂的渗入会提高水泥砂浆表层的显微硬度，从显微硬度及碳化试验结果来看，防护剂的有效作用深度在1-2mm，砂浆表面形成致密层，致密层整体更加密实，但均匀性不如未浸渍的部分。TEOS防护剂能够降低水泥净浆的透湿性，对水灰比为0.4的净浆试件水蒸气透过率可降低60.5％。SEM试验发现水泥砂浆浸渍了TEOS防护剂的部分更加平整密实，孔洞较少，且钙硅比更小，说明防护剂可以浸渍到水泥砂浆孔隙中并产生凝胶物质填充孔洞，密实砂浆表层，提高水泥砂浆整体质量。

目录

声明

摘要

1．1 研究的背景

1．2 研究的意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 水泥混凝土的耐久性研究现状

1．3．2 纳米材料在混凝土中的应用

1．3．3 纳米SiO2及其前驱体在混凝土中的应用研究现状

1．4 研究内容

1．5 研究技术路线

1．6 创新点

第二章 试验原材料、设备及试验方法

2．1 试验原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 集料

2．1．3 TEOS防护剂

2．2 试验设备

2．3 试验方法

2．3．1 试件制作

2．3．2 吸水率试验

2．3．3 碳化试验

2．3．4 盐冻试验

2．3．5 水蒸气传输试验

2．3．6 显微硬度测试

2．3．7 扫描电镜试验

第三章 TEOS防护剂成分配合比及浸渍工艺研究

3．1 概述

3．2 防护剂成分配合比及浸渍工艺试验设计

3．2．1 防护剂配合比

3．2．2 浸渍遍数及用量

3．2．3 试件浸渍密封时间

3．3 防护剂配合比对水泥砂浆吸水率的影响

3．3．1 乙醇用量对水泥砂浆表面吸水率降低效果的影响

3．3．2 水用量对水泥砂浆表面吸水率降低效果的影响

3．3．3 TEOS用量对水泥砂浆表面吸水率降低效果的影响

3．4 浸渍遍数及用量对砂浆吸水率的影响

3．5 浸渍密封时间对砂浆吸水率降低效果的影响

3．6 本章小结

第四章 TEOS防护剂对水泥基材料耐久性能的影响

4．1 概述

4．2 水泥砂浆碳化及盐冻试验设计

4．3 TEOS防护剂对水泥砂浆抗碳化性能的影响

4．4 TEOS防护剂对水泥砂浆抗盐冻性能的影响

4．5 现场应用

4．6 本章小结

第五章 TEOS防护剂对水泥基材料透湿性、显微硬度及微观结构的影响

5．1 概述

5．2 水泥基材料透湿性、显微硬度及SEM试验设计

5．2．1 水泥净浆透湿性

5．2．2 水泥砂浆表层显微硬度

5．2．3 水泥砂浆的微观检测

5．3 防护剂对水泥净浆透湿性的影响

5．4 水泥砂浆劈裂横断面由表及里的显微硬度变化规律

5．5 防护剂对水泥砂浆微观结构的影响

5．6 本章小结

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表文章