摘 要

随着人类科技的进步，经济的发展，各种建筑工程也跟着大规模兴起，对于混凝土需求、使用量越来越大。但是由于水泥混凝土结构耐久性引起的各种实际工程问题越来越多，日益受到人们的关注。本文在分析不同原材料组分功能的基础上，探讨不同功能组分对水泥基材料性能的影响，研究水泥基材料抗裂防腐剂的配方设计，并根据相关标准的技术指标要求进行优化调整，力争制备符合实际工程项目要求的水泥基材料抗裂防腐剂产品。

论文主要研究了在砂浆中加入偏高岭土、硬脂酸钙、粉煤灰和乳胶粉四种外加剂后对抗折抗压强度的影响，然后进行正交实验找出最优的配比，并进行收缩实验，找出其中两组强度高的配比并进行抗渗实验和抗钢筋锈蚀实验。研究结果如下：

1.在单独添加的情况下，偏高岭土有利于提升水泥基材料的力学性能，最佳含量为8%；粉煤灰也可以提升其力学性能，最佳含量为20%；硬脂酸钙对于力学性能没有提升作用；在一定的范围内，乳胶粉对于力学性能也有着积极作用。

2.通过正交实验方案进行试验得出了对于提升抗折强度的最佳配比为偏高岭土6%，硬脂酸钙0.75%，乳胶粉1.0%，粉煤灰10%；对于提升抗压强度的最佳配比为偏高岭土10%，硬脂酸钙0%，乳胶粉0%，粉煤灰20%。

3.所得的配比方案具有良好的抗渗性能和抗钢筋锈蚀性能。

关键词：外加剂；力学性能；正交实验；抗裂；防腐

Abstract

With the advancement of human science and technology, the development of the economy, various construction projects have also followed the rise of large-scale, and the demand for concrete and the use of concrete are increasing.However, due to the increasing number of practical engineering problems caused by the durability of cement concrete structures, it has received increasing attention. Based on the analysis of the functions of different raw material components, this paper discusses the effects of different functional components on the performance of cement-based materials, and studies the formulation design of crack-proof and preservatives for cement-based materials，and according to the technical indicators of relevant standards to optimize and adjust, and strive to prepare cement-based materials anti-cracking preservative products in line with the actual project requirements.The paper mainly studied the effect of adding metakaolin, calcium stearate, fly ash and latex powder to the mortar against the compressive strength. Then orthogonal experiment was carried out to find the optimal ratio, and the shrinkage experiment was carried out. Two sets of high strength ratios were obtained and impermeability test and anti-corrosion test were carried out. The research results are as follows:

1.In the case of separate addition, metakaolin is beneficial to improve the mechanical properties of cement-based materials, the optimum content is 8%; fly ash can also improve its mechanical properties, the optimum content is 20%; calcium stearate for mechanical properties There is no lifting effect; within a certain range, latex powder also has a positive effect on mechanical properties.

2.Through the orthogonal experimental scheme, the best ratio for improving the flexural strength is 6% of metakaolin, 0.75% of calcium stearate, 1.0% of latex powder and 10% of fly ash; for improving compressive strength The optimum ratio is 10% metakaolin, 0% calcium stearate, 0% latex powder and 20% fly ash.

3.The resulting ratioing scheme has good impermeability and resistance to steel corrosion.

Key Words：Admixture；Mechanical properties；Orthogonal experiment；Crack resistance；Antiseptic

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1水泥基材料产生裂缝的种类与原因 2

1.2.2氯离子对水泥基材料的侵蚀机理 3

1.2.3氯离子的来源 5

1.2.4水泥基材料抗裂防腐剂概述 5

1.2.5化学掺合料对水泥基材料抗裂防腐性能的研究现状 6

1.3研究目的与研究内容 6

第2章 实验原材料和方法 7

2.1实验原材料和设备 7

2.1.1原材料 7

2.1.2实验设备 7

2.2实验方法 7

2.2.1砂浆的制备 7

2.2.2水泥胶砂的力学性能 8

2.2.3水泥胶砂的收缩性能 8

2.2.4抗钢筋锈蚀性能 9

2.2.5抗渗性能 10

第3章 外加剂对水泥基材料力学性能的影响 12

3.1偏高岭土对于水泥基材料力学性能的影响 12

3.1.1介绍 12

3.1.2实验结果和分析 12

3.2粉煤灰对于水泥基材料力学性能的影响 14

3.2.1介绍 14

3.2.2实验结果和分析 14

3.3硬脂酸钙对于水泥基材料力学性能的影响 16

3.3.1介绍 16

3.3.2实验结果和分析 16

3.4乳胶粉对于水泥基材料力学性能的影响 18

3.4.1介绍 18

3.4.2实验结果和分析 18

3.4本章小结 21

第4章 外加剂对水泥基材料性能影响的正交实验 22

4.1力学性能 22

4.2收缩性能 25

4.3抗钢筋锈蚀性能 26

4.4抗渗性能 27

4.5本章小结 27

第5章 结论与展望 29

5.1主要结论 29

5.2展望 29

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

水泥基材料是指以水泥作为胶凝材料的工程材料。混凝土和砂浆是最常见的水泥基材料。这几年来，我国水泥的产量更是占到了全球水泥总产量的60%，其中就2014这一年的水泥产量就达到了24亿吨以上^[1]。目前，混凝土的品种多种多样，有高性能混凝土、低强度混凝土、轻质混凝土、纤维增强混凝土、自密实混凝土等，我国大陆混凝土的产量巨大，约占世界的一半^[2]。曾经，人们一度以为混凝土是一种能在任何气候环境条件下工作的材料，甚至不需要定期维修，直到混凝土的耐久性问题暴露出来并被人们广泛讨论。随着科学技术的不断发展，建筑工程行业的空前发展，建筑技术的提高对于建筑材料的要求越来越严格。作为建筑工程施工中不可或缺的主要建筑材料，混凝土影响着施工质量和建筑使用寿命。若混凝土中存在着问题，将会直接使建筑的稳定性、可靠性、安全性、耐久性和使用寿命受到影响，所以说使混凝土的质量得到保障至关重要。因此，混凝土的耐久性问题已经成为当前工程技术人员所必须考虑的问题，并且也是广大材料科学研究人员应该重视的问题。

我国水泥的平均品质跟国际水泥的平均品质相比较，有着熟料含量少（约有62%），混合材掺入量较多（约34%），低强度的缺陷。我国水泥的品级结构是32.5级有74%，42.5级有21%，52.5级有5%；而发达国家的水泥品级结构是32.5级有25%，42.5级有60%，52.5级有15%，这种差别使得我国水泥1.36t才相当于国际平均品质的水泥1t^[3]。在实际工程的实践应用中，生产同强度的混凝土，其单位水泥需求量比国际的多了三分之一。如今国际上的趋势是倾向于水泥中多用混合材，少用熟料，但是前提是要保证水泥的强度和性能。因此混合材掺入到一定比例以后要必须经过深加工的处理，使他具有胶凝性能才能使用，而且混合材的使用应该适量。所以我们国家应该对这一方面引起重视，认真对待。

国内外的各种建筑工程实践表明，一些混凝土普遍存在有裂缝的问题。如何防止和减少混凝土裂缝的产生，提高混凝土的抗裂性，是混凝土建设中存在的一个至关重要的问题。某些地方的气温年变化较大、日温差大、蒸发强烈和降水量稀少，蒸发量远远大于降水量，所以更需要考虑混凝土抗裂的问题。尽管混凝土的抗压强度很高、能够很容易的形成所要类型、省钱与对于施工比较方便等一些优秀特点，但是由于在使用混凝土的时候，对于混凝土的一些性质不清楚，使得混凝土的质量有很多缺点，经常导致在工程结束的时候混凝土裂开或者更严重，这些更严重的影响主要有两点：一是影响观感，破坏了建筑的美观，二是导致混凝土的寿命变短^[4]。有严重裂缝的建筑物可能会导致人员的伤亡和金钱的损失。因此在一些工程要求和施工验收规范标准中都是不允许混凝土结构有出现明显的裂纹的。近年来关于混凝土的工作的研究及大量的工程实践证明了只能减小其产生的后果或者延缓他的产生，不能够完全阻止裂缝的产生。

混凝土重要的性能指标是混凝土的耐久性。影响混凝土耐久性的四大主因有腐蚀破坏、冻融循环、碱硅酸反应和钢筋锈蚀。在现代化飞速发展的今天，钢筋混凝土结构不仅是如今，在未来同样也是最常用的结构形式。普通钢筋混凝土结构使用过程中普遍存在着使用年限达不到预期和耐久性能差等一些问题，这使得钢筋混凝土在一些恶劣自然环境难以使用，特别是在一些沿海地区、盐碱地和盐湖地区。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构最严重的劣化过程。碱性环境下导致钢的表面形成钝化层，防止钢的进一步腐蚀，然后有两种情况可以破坏混凝土的钝化环境，一中是氯离子侵蚀，一种是碳化^[5]：碳化是大气中二氧化碳与混凝土中碱性氢氧化物反应的结果，它中和了孔隙中水的碱，破坏了钢的钝化环境；氯离子攻击是指氯离子作为腐蚀的催化剂，有助于分解钢表面的氧化层，使得腐蚀过程快速进行。氯离子侵蚀是导致钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因之一。氯离子侵蚀对水利工程、建筑结构和地下工程等一些结构构成了巨大的威胁。钢筋混凝土结构中往往会产生钢筋锈蚀，其主要原因是氯离子的侵蚀。混凝土经受氯离子侵蚀，不仅会导致钢筋的钝化层遭到破坏和锈蚀，同时混凝土基体内在缺陷（如气孔、微细裂缝和原生的孔隙等）发生增多和扩展，使微裂缝、孔隙等成为氯离子扩散的快速通道，是氯离子的移动变快，即扩散变快^[6]。本文对于水泥基材料的防腐主要研究抗氯离子侵蚀，即抗钢筋锈蚀。

通常来讲，对于提高混凝土强度，减缓混凝土受氯离子侵蚀可以通过合理设计配合比和控制水灰比并振捣使混凝土充分密实成型，但是这些方法并不能真正提高混凝土抗裂防腐的性能^[7]。使用特种水泥是一种较为直接的方法，但这个方法所需的费用高、产量小和工艺复杂，很难投入到实际的应用当中去。还有一些方法是向里面添加一些矿物掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰。

本文主要研究掺入偏高岭土、硬脂酸钙、乳胶粉、粉煤灰能不能对抗裂防腐起到应有的作用。并且我们本次实验所使用的材料没有毒害且容易获得，不会危害到人们的身体健康，且可以使建筑工程、土建工程更加安全，使用期限更久，减少耗资，使维修费用减少，带来了较为可观的经济效益，对环境的影响也尽可能的降低。希望这选题的研究可以给社会带来一点贡献。

1.2国内外研究现状

1.2.1水泥基材料产生裂缝的种类与原因

（1）干缩裂缝

在混凝土浇筑过后差不多一个星期或者混凝土经过养护一段时间之后就可能会产生干缩裂缝。当水泥砂浆中的水分蒸发了以后就会产生干缩，而且这种是不能够逆转的收缩。混凝土的干缩主要和外加剂的用量、集料的用量和性质、水泥的用量、水泥的成分、混凝土的水灰比等有关^[8]。

1. 塑性收缩裂缝

混凝土在凝结之前由于一些原因导致了水的流失，由此产生了表面收缩，这就叫塑性收缩。在风很大的时候或者天气很热的时候就会产生这种裂缝。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前强度很小或者几乎没有强度，或者混凝土刚刚终凝且强度较小时，受大风或高温的影响时，混凝土表面失水过于快速，导致体积收缩，混凝土强度不够就产生了裂缝。

1. 沉陷裂缝

沉陷裂缝是因为结构基础土壤的密度分布不一样，又不够密实，或浸水或回填土不实而造成不均匀沉降所致；或者是因为模版刚度不足，模版支撑间距太大或者支撑下面没拧紧等导致的，尤其是在冬季，模版支撑在冻土上，冻土融化后产生不均匀沉降，导致混凝土结构产生裂缝。

1. 温度裂缝

在一些日夜温差大的地方跟一些比较大体积的混凝土的表面经常出现温度裂缝。裂缝的宽度大小不同，受温度变化的影响更大，夏季较为窄，冬季较为宽。这种裂缝的发生会导致钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，以及混凝土的抗疲劳、抗渗和抗冻融等等一些能力的降低。

1. 由化学反应引起的裂缝

碱性离子一般都会在混凝土的搅拌等一些物理过程而产生，这些离子跟一些活性骨料发生化学反应且吸收周围环境的水而导致体积增大，造成混凝土膨胀开裂、酥松。这种裂缝通常出现在混凝土结构使用期间，要是出现了就很难挽救回来，因此我们一般在施工的时候使用一些方法来防止它的产生。

1.2.2氯离子对水泥基材料的侵蚀机理

作为广泛存在于自然界的氯的-1价离子氯离子，是生物体内含量最为丰富的阴离子，通过离子通道或者跨膜转运来参与机体的各种生物功能^[9]。氯离子进入到混凝土内部的方法各种各样，有电化学迁移、扩散、毛细管作用和渗透等一些方式，这些方式就会破坏钝化膜，这钝化膜是在碱性的环境下形成的，形成电化学腐蚀的条件，发生电化学反应：

在铁自身不消耗的情况下促进铁的阳极氧化反应，因此若是氯离子的反应对钢筋的锈蚀一发生，就能够一直持续下去，钢筋中的铁会一直被反复的消耗，这对混凝土的伤害无疑是最大的，这就是所谓的钢筋锈蚀，使得混凝土产生裂缝和使混凝土的力学性能降低，引起混凝土的剥落。

1. 混凝土结构中的钢筋表面产生的钝化膜被穿透

钢筋表面要形成钝化膜的条件是需要在碱性环境下，而这个碱性环境由水泥在水化过程中会产生大量可溶性较小的碱性形成，在混凝土结构中形成pH值为12~13的高碱环境，与氧气反应，于是在钢筋的表面就形成了一层致密的氧化物钝化膜。经过许多的实验可以表明，钝化膜中的硅氧共价键可以能够极大的延缓氯离子对于钢筋的侵蚀作用。这种钝化膜只能在高碱环境下才能稳定存在，大量研究证明，在pH值小于11.5时，这个氧化层钝化膜就不能够稳定存在；在pH值小于9.8时，生成的钝化膜开始受到破坏或者不能生成钝化膜^[10]。当pH小的时候，此时氯离子就可以穿过钝化膜，到达钢筋表面并吸附到局部的钝化膜表面。有些实验证明了，pH值的大小会受到氯离子的影响，当有氯离子的时候，pH值就会下降，甚至会下降到4以下，于是钢筋表面的氧化层钝化膜就会受到破坏，这种破坏会持续下去，造成更严重的破坏^[11]。

1. 电池作用

钢筋表面的氧化层钝化膜受到破坏并不是一次性全部被腐蚀的，而是先局部，然后再从局部扩散到整体。当局部被破坏之后，铁基体会显露出来，这样就会与未被破坏的钝化膜形成电位差。未被破坏的大部分钝化膜作为阴极，然后被暴露出来的铁集体作为阳极。阳极遭受腐蚀，也就是铁集体遭受腐蚀。刚开始由于未被腐蚀的部分较大，即阴极的部分较大，所以一开始这种反应会很快，即铁集体会被腐蚀得很快^[12]。

1. 催化剂作用

铁集体作为阳极参与到腐蚀反应当中，在腐蚀反应当中会产生2价铁离子，当铁离子不能够被及时地消耗掉，这些铁离子就会被不断地累积起来，就会导致反应速度变慢。同样的，若是铁离子能够被及时地消耗掉或及时地处理掉，那就能促进反应的进行。当铁离子同时与氢氧根离子和氯离子同时反应时就会生成绿锈，即,绿锈又会分解成褐绣（即)，这样就可以把腐蚀反应中生成的铁离子消耗掉，促进反应的进行。从整个反应来看，氯离子并没有被消耗，但有参与到反应当中，所以说氯离子只是起到了催化剂的作用，催化着铁离子被消耗，使腐蚀反应加快进行，使得钢筋锈蚀更加严重^[13]。

1. 增加电荷量

阴阳极的反应过程当中，环境中的电荷量要是足够大，导电性能就会很好，因为电阻会变小。一个氯离子带一个负电荷，产生的影响很小甚至于没有，但是要是氯离子的量足够多的时候，就会产生明显的影响，使阴阳极之间的电阻变小，使得导电性能变好，使反应速度加快，腐蚀反应变快，导致钢筋锈蚀更加严重，使钢筋的使用寿命减少。

1.2.3氯离子的来源

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：