硫铝酸盐水泥基特种预拌砂浆的研究

摘要

硫铝酸盐水泥砂浆具有早强、高强、耐腐蚀、低碱度和微膨胀等性能特点，在高耐久性要求的盐碱地区、寒冷地区及海工工程、快速修补等特殊工程中具有广阔的应用空间。但硫铝酸盐水泥凝结时间不易控制，满足施工要求所需凝结时间与获得较高早期强度、特别是小时强度的矛盾关系，其配制的水泥砂浆与改性剂相容性等问题限制了硫铝酸盐水泥砂浆的推广应用。预拌砂浆由于产品性能稳定、可控，且环保等特点使其成为砂浆发展的方向，但硫铝酸盐水泥基预拌砂浆的研究尚未见报道，本课题旨在开发一种新型、质量稳定且耐侵蚀的硫铝酸盐水泥特种预拌砂浆。
　　 课题在研究缓凝剂BR和早强剂LA对硫铝酸盐水泥的凝结时间和净浆强度发展的影响基础上，利用HPMC、淀粉醚、复合组分、胶粉和膨润土等改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆进行改性，进一步采用正交试验对硫铝酸盐水泥预拌砂浆进行改性优化。并以砂浆强度及Ca2+溶出量作为评价指标进行耐侵蚀实验，借助XRD和SEM等测试手段进行机理分析。研究结果如下:
　　 (1)以BR与LA配制的复合调凝剂可有效调控硫铝酸盐水泥的初凝时间，大幅缩短初凝终凝时间差，而且能在一定程度上促进硫铝酸盐水泥各龄期强度，并能有效避免砂浆后期强度倒缩的问题，但LA的掺量不宜超过0.10％;通过回归分析，建立了硫铝酸盐水泥凝结时间与调凝剂配比之间的数学模型;微观测试结果表明，调凝剂明显改变了硫铝酸盐水泥水化进程。
　　 (2) HPMC等改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆工作性能的影响结果表明，HPMC能显著提高硫铝酸盐水泥砂浆的保水率，明显降低砂浆的2h稠度损失率，且大幅提高砂浆的抗渗性;相比于高粘度HPMC，低粘度HPMC对砂浆的作用效果更好;10w粘度HPMC的最优掺量为水泥质量的0.10％;形貌分析发现，HPMC起到了延缓水泥早期水化进程，并明显改变了水化产物的形貌。
　　 (3)通过正交实验，并进行极差分析及回归分析，得到砂浆的工作性能与HPMC、淀粉醚、胶粉和膨润土因素掺量之间的关系式。在配比优化的基础上，加入减水剂，与萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂与改性砂浆的相容性较好，而胶粉和膨润土与减水剂的相容性较差。聚羧酸减水剂能显著改善A2B2C1D1改性砂浆的各项性能，其饱和掺量为0.15％，减水率为12.9％。
　　 (4)对于硫铝酸盐水泥普通砂浆，各侵蚀溶液中大部分砂浆的抗折强度均有不同程度地提高，而抗压强度普遍降低。随着侵蚀溶液浓度的增大，抗压强度逐渐降低。砂浆抗折抗蚀系数在0.92～1.51之间，抗压抗蚀系数在0.81～1.06之间。硫铝酸盐水泥普通砂浆中Ca2+溶出量变化规律:①同种侵蚀介质:10.0％＜3.0％＜0.3％＜0％，②相同侵蚀液浓度:H2O＞MgSO4＞MgCl2＞Na2SO4＞NaCl;28d时各侵蚀液中Ca2+浓度范围为0.02～0.08 mg/ml。XRD分析结果表明，侵蚀溶液促进硫铝酸盐水泥普通砂浆生成了更多的AFt。
　　 (5)对于硫铝酸盐水泥改性预拌砂浆，各侵蚀溶液中砂浆的抗折强度与抗压强度普遍有不同程度的升高;预拌砂浆的抗折抗蚀系数在0.90～1.66之间，抗压抗蚀系数在0.87～1.21之间;Ca2+溶出量明显低于普通砂浆，变化规律及机理与普通砂浆类似。
　　 通过本课题研究制备了可用于工程施工、凝结时间可控、工作性能较优良、抗侵蚀能力强的硫铝酸盐水泥基预拌砂浆，并采用现代测试手段对其机理进行了研究，一定程度上为硫铝酸盐水泥基特种预拌砂浆在特殊环境中的应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 砂浆的研究动态

1．3 环境对硫铝酸盐水泥的侵蚀

1．4 研究内容

第二章 实验原材料、设备和方法

2．1 原材料

2．2 主要实验仪器和设备

2．3 硫铝酸盐水泥砂浆抗侵蚀的试验方法及评价指标

2．4 试验参照标准

第三章 调凝剂对硫铝酸盐水泥性能的影响

3．1 调凝剂对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响

3．1．1 调凝剂对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响

3．1．2 调凝剂影响硫铝酸盐水泥凝结时间机理分析

3．1．3 调凝剂对硫铝酸盐水泥凝结时间影响规律数学模型

3．2 调凝剂对硫铝酸盐水泥净浆强度的影响

3．2．1 单掺BR对硫铝酸盐水泥净浆强度的影响

3．2．2 单掺LA对硫铝酸盐水泥净浆强度的影响

3．2．3 BR与LA复合对硫铝酸盐水泥净浆强度的影响

3．3 水化热分析

3．4 XRD分析

3．5 小结

第四章 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆工作性能的影响

4．1 调凝剂对硫铝酸盐水泥砂浆凝结时间的影响

4．2 改性剂与硫铝酸盐水泥砂浆相容性研究

4．2．1 HPMC与硫铝酸盐水泥砂浆相容性研究

4．2．2 淀粉醚与硫铝酸盐水泥砂浆相容性研究

4．2．3 复合组分与硫铝酸盐水泥砂浆相容性研究

4．3 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆工作性能的影响

4．3．1 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆流动度的影响

4．3．2 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆保水性的影响

4．3．3 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆稠度的影响

4．3．4 改性剂对硫铝酸盐水泥砂浆2h稠度损失率的影响

4．3．5 HPMC粘度及种类对硫铝酸盐水泥砂浆工作性能的影响

4．3．6 HPMC种类对硫铝酸盐水泥砂浆收缩率的影响

4．3．7 HPMC对硫铝酸盐水泥渗透性的影响

4．3．8 HPMC对硫铝酸盐水泥砂浆微观形貌的影响

4．4 小结

第五章 硫铝酸盐水泥预拌砂浆的改性优化

5．1 试验方法

5．2 试验结果

5．3 数据分析

5．3．1 流动度

5．3．2 保水率

5．3．3 稠度

5．3．4 2h稠度损失率

5．3．5 新拌砂浆密度

5．3．6 各龄期强度

5．3．7 配比优化

5．4 减水剂对改性硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

5．4．1 A2B2C3D3改性砂浆减水剂掺量及水灰比的确定

5．4．2 减水剂对A2B2C3D3改性砂浆性能的影响

5．4．3 A2B2C1D1改性砂浆减水剂掺量及水灰比的确定

5．4．4 聚羧酸减水剂对A2B2C1D1改性砂浆性能的影响

5．5 小结

第六章 硫铝酸盐水泥普通砂浆抗侵蚀性能

6．1 侵蚀环境对硫铝酸盐水泥普通砂浆强度的影响

6．1．1 侵蚀溶液浓度对硫铝酸盐水泥普通砂浆强度的影响

6．1．2 侵蚀介质种类对硫铝酸盐水泥普通砂浆强度的影响

6．2 抗蚀系数分析

6．2．1 抗折抗蚀系数

6．2．2 抗压抗蚀系数

6．3 侵蚀溶液中Ca2+浓度

6．3．1 侵蚀溶液浓度对侵蚀溶液中Ca2+浓度的影响

6．3．2 侵蚀介质种类对侵蚀溶液中Ca2+浓度的影响

6．4 XRD分析

6．5 小结

第七章 改性后硫铝酸盐水泥预拌砂浆抗侵蚀性能

7．1 侵蚀环境对硫铝酸盐水泥预拌砂浆强度的影响

7．1．1 侵蚀溶液浓度对硫铝酸盐水泥预拌砂浆强度的影响

7．1．2 侵蚀介质种类对硫铝酸盐水泥预拌砂浆强度的影响

7．2 抗蚀系数分析

7．2．1 抗折抗蚀系数

7．2．2 抗压抗蚀系数

7．3 侵蚀溶液中Ca2+浓度

7．3．1 侵蚀溶液中Ca2+浓度的测定

7．3．2 侵蚀溶液浓度对侵蚀溶液中Ca2+浓度的影响

7．3．3 侵蚀介质种类对侵蚀溶液中Ca2+浓度的影响

7．4 XRD分析

7．5 小结

第八章 结论与展望

参考文献

致谢

附录