干混粘结材料结构调控及性能优化的理论和技术

本项目系统研究干混粘结材料水化硬化过程中聚合物对水分迁移及溶液离子的相互影响规律，以及其本身的溶解分散、吸附和成膜过程；综合利用现代测试技术，借助水泥化学和动力学、界面物理和界面化学等知识，研究不同服役环境下粘结材料的（孔）溶液离子浓度、流变参数、水化程度、水化动力学、水化产物、水泥颗粒表面状态、微观结构、孔结构和界面结构以及聚合物的吸附、成膜及膜态变化等，同时同步研究粘结材料性能尤其是粘结性能的变化规律及影响因素；明确粘结材料的结构演变形成过程及影响因素、性能变化影响因素和作用规律，揭示粘结材料结构演变和性能发展之间的关系，建立模型，提出结构调控和性能优化的理论和技术。项目的研究在于解决干混粘结材料性能优化和经济成本降低相协调的关键技术问题和基础理论，为粘结材料性能优化和新型粘结材料开发设计提供依据和奠定理论基础，具有较高的科学意义和重要实际价值。

本项目目标在于通过干混粘结材料中聚合物的溶解分散/吸附机制、成膜机制及其对结构演变和性能的影响规律；干混粘结材料的结构演变和调控理论及技术；干混粘结材料的性能优化和调控理论及技术的研究，获得干混粘结材料的结构和性能的调控理论、机制和优化技术措施。.研究发现，纤维素醚和乳胶粉对新拌水泥砂浆流变参数、气泡结构和流变性能具有重要影响，且二者影响具有互补性和竞争性。灰砂比也显著影响到流变性，但小于纤维素醚和乳胶粉的影响。干混粘结材料组成材料、养护制度和养护温度对其物理力学性能也具有重要影响，但影响差别很大。纤维素醚和乳胶粉会对水泥水化放热进程影响很大。纤维素醚的影响远大于乳胶粉。纤维素醚和乳胶粉能够降低水化硬化不同阶段的孔溶液pH值，二者复掺的影响更为显著，且乳胶粉的影响作用远大于纤维素醚。干混粘结材料水化硬化过程中，其内部溶液特征离子浓度变化规律明显不同。纤维素醚和乳胶粉对特征离子浓度具有显著而又不同的影响。这与纤维素醚和乳胶粉在其中的溶解、吸附和成膜过程密切相关。纤维素醚会降低上述离子从粘结材料内部向表面的迁移。乳胶粉会促进粘结材料内部碱性离子的迁移，提高孔隙水运输碱性离子的能力，这与其对孔结构演变的影响规律具有一致性。水化早期乳胶粉会分散吸附在水泥熟料矿物表面，且呈现出单层吸附的特点，随着水化时间延长，水分减少，其颗粒逐渐溶解、分散、成膜，常温湿度情况下，乳胶粉会在水化12h左右开始逐渐成膜，聚合物膜的形态从片状逐渐交织成网络结构，这与乳胶粉的掺量密切相关。纤维素醚和乳胶粉复掺、引气剂、憎水剂和缓凝剂等组成材料和养护制度影响到水化产物生成速率、生成量和形貌以及水化产物演变规律。乳胶粉及其掺量能显著改变其孔结构，使得孔体积和孔隙率明显增多，并使得孔径更均一、均匀。憎水剂、缓凝剂和引气剂等不同添加剂，对孔结构和微观结构具有显著不同的影响。干混粘结材料上述宏观性能的变化与其孔隙结构具有直接而密切的关系。.在本项目的资助下，项目研究成果已发表学术论文18篇，其中SCI/EI收录11篇；申请国家发明专利7项，已授权3项。