聚合物改性水泥基微孔透水材料的制备试验研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ewen2005
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在城市扩张、不透水路面加剧城市内涝、热岛效应以及城市排水系统负担的背景下,透水砖作为应用较为广泛的高效路面透水材料,可一定程度上缓解上述问题。本文利用沙漠沙制备透水材料:通过调整水胶比和胶骨比,探究其对透水材料相关性能的影响规律。通过固定水胶比和胶骨比,在此基础上添加不同种类及掺量的聚合物,从透水材料力学、透水、保水和抗冻性能方面评估聚合物的影响效果,并探索聚合物对水泥浆体的改性机理。通过掺入不同粒径河砂替代沙漠沙,研究骨料粒径搭配对透水材料性能的影响。研究结果表明:(1)提高透水材料的胶骨比或水胶比(0.22~0.30),抗压强度和抗冻性能得到改善,但会降低透水系数、孔隙率和保水性能。胶骨比和水胶比均为0.26时,透水材料综合性能最佳,此时透水材料28d抗压强度为9.8 MPa,透水系数为0.02 mm/s,保水率为0.205 g/cm~3,质量损失率及强度损失率分别为1.1%、3.9%。(2)XSBRL和EVA掺量较低时会降低抗压强度,提高孔隙率和透水系数,掺量继续增大后,透水系数开始降低,抗压强度有所升高,EP低掺量下也可提高强度,降低透水系数;随XSBRL、EVA和EP掺量的增大,保水率逐步降低,抗冻性逐渐提高。XSBRL最佳掺量为5%,此时透水材料的28d抗压强度10.5 MPa,透水系数0.053 mm/s,保水率0.235 g/cm~3,质量损失率和强度损失率分别为2.1%、9.5%。EVA最佳掺量为10%,此时透水材料的28d抗压强度13.9 MPa,透水系数0.047 mm/s,保水率0.200 g/cm~3,质量损失率和强度损失率分别为2.4%、8.0%。EP最佳掺量为2%,此时透水材料的28d抗压强度17.2 MPa,透水系数0.027 mm/s,保水率0.229 g/cm~3,质量损失率和强度损失率分别为2.9%、7.7%。三种聚合物中以EVA整体改性效果最佳。(3)聚合物的加入会对材料的孔结构产生影响,XSBRL在低掺量下提高大孔作用较强,高掺量时增大小孔效果较强;EVA的影响效果基本与XSBRL相反;EP会大幅度增加大孔的占比,对浆体孔隙率影响程度比XSBRL、EVA大。(4)聚合物会不同程度地抑制水泥早期水化进程,其对水化的影响作用可分为物理作用和化学作用。物理作用主要是聚合物的吸附和成膜,聚合物逐渐失水固化成膜后吸附在未水化颗粒表面,降低未水化相与自由水的接触程度,从而降低水化放热总量、水泥熟料的水化量以及水化产物含量。化学作用主要是聚合物中的活性基团可能与体系中Ca2+发生反应。XSBRL中的羧基会与Ca2+反应生成甲酸钙,EVA中的酯基在碱性条件下水解后,与Ca2+生成乙酸钙,EP中的羟基、环氧基和醚键等极性基团与Ca2+生成较为复杂的络合物,聚合物的物理和化学作用共同影响水泥的水化反应,改性水泥浆体的微观结构。(5)掺入聚合物会影响水泥浆体的微观形貌,首先由于聚合物的引气作用,使得水泥浆体产生更大更多的孔洞,整个水化产物结构变得松散,相比于20%XSBRL、20%EVA改性,5%EP改性水泥浆体的结构更加疏松,其次由于聚合物抑制水化以及与Ca2+的反应,使得六方片状Ca(OH)2晶体量减少。在20%XSBRL和20%EVA改性水泥浆体中观察到了较为连续完整的聚合物膜包裹在Ca(OH)2晶体等水化产物表面,提高了浆体的粘聚性,而在5%EP改性水泥浆体中由于整体结构缺陷较大,存在的裂缝阻碍了聚合物成膜的连续性。聚合物的改性作用以改善骨料与胶凝材料粘结性能为主。(6)随着河砂的替代率越来越大,透水材料的抗压强度和抗冻性能先增大后降低,孔隙率、透水系数、保水率先降低后增大。随着河砂的粒径越来越大,抗压强度和抗冻性能逐渐提升,孔隙率、透水系数、保水率逐渐降低。以0.3~0.6 mm河砂替代30%沙漠沙为最佳改善方案,此时透水材料28d抗压强度为10.7 MPa,透水系数0.03 mm/s,保水率0.236 g/cm~3,质量损失率、强度损失率分别为3%、9.3%。
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