橡胶掺入对水泥砂浆性能影响的机理研究

摘要

橡胶水泥基材料是一种新型的绿色材料，将橡胶掺入水泥基材料不仅可以改善材料的脆性，而且是一种有效的废物回收途径。目前关于橡胶对水泥基材料性能影响的研究已经得出一些定性成果，如：橡胶掺入会降低材料的强度和弹性模量，但是可以改善水泥基材料的开裂性能。但是现有的研究对橡胶如何影响水泥基材料性能的机理分析并不明确。
　　本文选取橡胶水泥砂浆为研究对象，将微观、细观和宏观三者结合，分析不同粒径橡胶对水泥砂浆性能影响的机理。从微观层面，使用扫描电镜试验方法研究了橡胶—水泥石的界面过渡区域，使用压汞试验方法研究了橡胶水泥砂浆的孔隙结构；从细观层面，基于复合材料弹性模量预测模型，同时考虑橡胶和孔隙的作用建立了橡胶水泥砂浆弹性模量预测公式；从宏观层面，进行了橡胶水泥砂浆抗压、抗折、劈拉、弹性模量、干燥收缩和抗开裂性能等试验研究，并进行了相关理论分析。
　　本文主要的研究成果和结论如下：
　　（1）橡胶对水泥砂浆拌合物的流动性的影响主要受橡胶粒径大小的影响，橡胶水泥砂浆的流动性随着橡胶粒径的减小而降低。橡胶掺量的增加和粒径的减小会降低砂浆的密度，增加其吸水率。通过扫描电镜观察了橡胶—水泥石的界面，研究结果表明橡胶粒径对过渡区界面有较大影响。
　　（2）橡胶水泥砂浆的孔隙量随橡胶掺量的增加和粒径的减小而增加，且主要增加了孔径＜50 nm和孔径＞1000 nm的孔隙率。本文计算了橡胶水泥砂浆的孔隙分形维数D，D随着橡胶掺量的增加和粒径的减小而降低。
　　（3）橡胶水泥砂浆的抗压、抗折和劈拉强度随橡胶粒径的减小而降低，其原因主要在于小粒径橡胶向水泥砂浆中引入了更多的孔隙。本文考虑橡胶掺量和其引入的附加孔隙，根据试验值拟合了橡胶对水泥砂浆抗压、抗折和劈拉强度的折减系数。本文同时考虑橡胶掺量和粒径，基于二元复合体弹性模量计算模型从细观角度分三步推导了橡胶水泥砂浆的弹性模量计算公式，并将计算结果和试验结果对比，二者吻合良好。
　　（4）橡胶水泥砂浆的干燥收缩量随橡胶掺量的增加和橡胶粒径的减小而增加。本文基于毛细管张力理论分析了橡胶增加水泥砂浆干燥收缩量的机理，认为橡胶特别是小粒径橡胶，之所以会增加水泥砂浆的干燥收缩量有两方面的原因：一方面是橡胶增加了水泥砂浆中的微小孔隙(＜50 nm)量，导致干燥收缩应力增加；另一方面是橡胶掺入降低了水泥砂浆的弹性模量，导致其抵抗变形的能力降低。本文同时考虑橡胶掺入对砂浆弹性模量的折减作用和橡胶掺入对毛细孔数量的增加作用，拟合了橡胶对水泥砂浆干燥收缩的影响参数。
　　（5）本文同时使用圆环约束收缩试验方法和外方内圆偏心约束收缩试验方法研究了橡胶水泥砂浆的抗开裂性能。研究结果表明，干燥收缩量小的材料抗开裂性能不一定优越，橡胶掺入之所以能改善水泥砂浆的抗开裂性能，原因在于橡胶掺入对砂浆约束应力的降低作用强于其对强度的降低作用。外方内圆偏心约束收缩试验可以缩短试验周期的主要原因在于，相同条件下外方内圆偏心约束收缩试验可以诱导砂浆产生的约束应力较大。本文通过测得的试验结果计算了外方内圆偏心约束收缩试验的诱导约束增大系数。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2橡胶水泥基材料研究现状

1.3选题的目的和主要研究内容

1.4本文主要创新点

第2章 橡胶水泥砂浆配合比设计和物理性能研究

2.1试验材料

2.2试验配合比设计和砂浆制备

2.3橡胶水泥砂浆拌合物稠度试验研究

2.4橡胶水泥砂浆拌合物密度试验研究

2.5橡胶水泥砂浆硬化后的吸水率

2.6细骨料—水泥石微观结构

2.7本章小结

第3章 橡胶水泥砂浆孔结构研究

3.1引言

3.2研究方法介绍

3.3试验结果和分析

3.4本章小结

第4章 橡胶水泥砂浆力学性能研究

4.1引言

4.2橡胶水泥砂浆抗折和劈拉强度研究

4.3橡胶水泥砂浆抗压强度研究

4.4橡胶水泥砂浆弹性模量研究

4.5橡胶水泥砂浆弹性模量预测模型

4.6本章小结

第5章 橡胶水泥砂浆干燥收缩性能研究

5.1引言

5.2水泥基材料干燥收缩机理和数学模型

5.3橡胶水泥砂浆干燥收缩试验研究

5.4橡胶对水泥砂浆干燥收缩的影响系数?m

5.5本章小结

第6章 橡胶水泥砂浆抗开裂性能研究

6.1引言

6.2试件质量控制和基本力学性能检测

6.3圆环约束收缩试验

6.4外方内圆偏心约束收缩试验

6.5外方内圆偏心约束收缩试验诱导约束度增大系数KR

6.6本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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