摘 要

作为建筑材料，蒸养水泥砂浆因具有早期强度高、制备周期短的特点，被广泛应用于工程实践中。但是蒸养水泥砂浆存在后期强度不足和耐久性能较差的缺陷。本文从聚合物改性的角度，研究了EVA乳液的掺入对蒸养水泥砂浆力学性能和耐久性能的影响，比对了EVA乳液作用于蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆时改性能力的异同，并总结得到了以下的研究成果：

（1）EVA乳液对于蒸养水泥砂浆力学性能的改性作用未呈现明显的规律性， EVA乳液对于抗折强度影响较大，对于蒸养水泥砂浆的强度影响较大；

（2）EVA乳液的掺入，可以有效提高蒸养和标养水泥砂浆的抗氯离子渗透性能，且在蒸养水泥砂浆中提高作用更为明显。当EVA乳液掺入量为水泥质量的5%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的非稳态氯离子迁移系数分别降低了35.76%和0.92%；当EVA乳液掺入量为水泥质量的10%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的非稳态氯离子迁移系数分别降低了46.19%和26.38%；

（3）EVA乳液的掺入，能够起到降低蒸养和标养水泥砂浆吸水率的改性效果。当EVA乳液掺入量为水泥质量的5%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的14d单位面积吸水量分别降低了28.87%和63.21%；当EVA乳液掺入量为水泥质量的10%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的14d单位面积吸水量分别降低了55.67%和30.19%；

（4）EVA乳液的掺入，对水泥砂浆的水化有明显的影响作用。本文用化学结合水量来表征水化程度。当EVA乳液掺入量为水泥质量的5%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的灼减率分别提高了10.36%和16.67%；当EVA乳液掺入量为水泥质量的10%时，蒸养水泥砂浆和标养水泥砂浆中的灼减率分别提高了20.24%和28.24%。在灼烧过程中，EVA乳液存在自身的分解，所以对水泥水化的具体影响还需进一步讨论。

关键词：EVA乳液；蒸养水泥砂浆；力学性能；耐久性

Abstract

As a building material, steamed cement mortar is widely used in engineering practice due to its characteristics of high early strength and short preparation period. However, steam raised cement mortar has the defects of insufficient strength and poor durability in the later stage. From the perspective of polymer modification, this paper studied the influence of EVA emulsion addition on the mechanical properties and durability of steamed cement mortar, compared the modification ability of EVA emulsion on steamed cement mortar and standard cement mortar, and summarized the following research results:

(1) The modification effect of EVA emulsion on the mechanical properties of steamed cement mortar does not show obvious regularity. EVA emulsion has a great influence on the flexural strength and the strength of steamed cement mortar.

(2) The addition of EVA emulsion can effectively improve the anti-chloride ion permeability performance of steam raised and standard raised cement mortar, and the improvement effect is more obvious in steam raised cement mortar. When the content of EVA emulsion is 5% of the cement quality, the unsteady chloride ion migration coefficient of steamed cement mortar and standard cement mortar is reduced by 35.76% and 0.92% respectively. When the content of EVA emulsion is 10% of the cement quality, the unsteady chloride ion migration coefficient in steamed cement mortar and standard cement mortar decreases by 46.19% and 26.38% respectively.

(3) The addition of EVA emulsion can reduce the water absorption of steamed and standard cement mortar. When the addition amount of EVA emulsion is 5% of the quality of cement, the water absorption per unit area of 14d in steamed cement mortar and standard cement mortar decreases by 28.87% and 63.21% respectively. When the amount of EVA emulsion added is 10% of the quality of cement, the water absorption per unit area of 14d in steamed cement mortar and standard cement mortar is reduced by 55.67% and 30.19% respectively.

(4) The addition of EVA emulsion has an obvious influence on the hydration of cement mortar. In this paper, the degree of hydration was characterized by chemical combination of water. When the content of EVA emulsion is 5% of the quality of cement, the burning reduction rate of steamed cement mortar and standard cement mortar increases by 10.36% and 16.67% respectively. When EVA emulsion content is 10% of the quality of cement, the burning reduction rate in steamed cement mortar and standard cement mortar increases by 20.24% and 28.24% respectively. During the burning process, EVA emulsion has its own decomposition, so the specific impact on cement hydration needs to be further discussed.

Key Words：EVA emulsion; Steaming cement mortar; Mechanical properties; The durable performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

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 聚合物改性水泥基材料的研究进展 2

1.2.2 改性方法在蒸养混凝土中的应用研究 3

1.3 本文的研究工作 4

第2章 实验原材料与试验方法 5

2.1 实验原材料 5

2.2 实验仪器及设备 5

2.3 试验方法 5

2.3.1 试件的成型方法 5

2.3.2 试件的养护制度 6

2.3.3 试件的力学性能试验方法 6

2.3.4 试件的氯离子渗透系数试验方法 7

2.3.5 试件的吸水率试验方法 8

第3章 EVA乳液对水泥砂浆的性能的影响 10

3.1 EVA乳液对水泥砂浆的力学性能的影响 10

3.2 EVA乳液对水泥砂浆的抗氯离子渗透性能的影响 14

3.3 EVA乳液对水泥砂浆的吸水率的影响 16

3.4 EVA乳液对水泥砂浆的水化程度的影响 18

第4章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

水泥混凝土是一类工程复合材料的统称，以水泥、砂、石、水为主要成分^[1]。自问世以来，水泥混凝土一直都以结构材料的身份充当着建筑工程领域中的重要角色，得到极为广泛的应用^[2]。

蒸养混凝土，是利用蒸汽对水泥混凝土的凝结放热与热量传递机理^[3]，相较于常温标养混凝土而言的一种水泥混凝土制品。

由于蒸养混凝土具有早期强度高、模板周转快^[4]、预应力张拉强度达标早^[5]、生产周期短、生产效率高等的特点，其广泛应用于铁路、桥梁等大体积混凝土工程。目前，轨枕、轨道板和预应力桥梁等我国铁路交通工程普遍采用蒸养混凝土试件^[6]。

但是，通过蒸汽养护工艺制备的水泥混凝土制品，在具体应用中表现出服役寿命短、维护频次高的缺点^[7]。国内外众多工程实践已充分表明，蒸养混凝土试件在具体服役过程中表现出来的使用寿命、耐久性能等特性，与服役前的预估设计大相径庭，其脆性大、在腐蚀环境中易开裂、耐久性不良^[8]。据统计，在各国铁路交通工程桥梁建设实践中，以蒸养混凝土为试件的轨枕，其平均实际服役寿命还不达设计寿命的一半^[9]，即已发生明显的钢筋锈蚀破坏，不得不进行重新维护和施工，耗费大量的人力、物力和财力。

对蒸养水泥混凝土的缺陷的理论研究表明：蒸汽养护的方法，会对水泥混凝土后期的强度及耐久性能产生一定的负面效应^[10]。该负面效应产生的主要原因是：相比于普通养护制度，蒸汽养护的方法下，环境的温度较高，高温下虽然加快了水泥混凝土的水化速率，促进更多水化产物的生成^[11]，但是，大量生成的水化产物无法均匀分布于水泥混凝土内部。一方面，水化产物的非均匀分布导致水泥混凝土内部结构的不同，致使水泥混凝土有的部位发生相对肿胀变形、而有的部位则发生相对收缩变形^[12]，从而导致水泥混凝土各部位应力大小产生差异，最终影响强度；另一方面，水化产物的非均匀分布，也会对水泥混凝土结构的密实度产生影响，尤其是毛细孔的增多和孔隙结构的粗化^[13]，这就为氯离子渗透进入水泥混凝土内部结构、导致钢筋水泥混凝土过快过早过易地产生钢筋锈蚀破坏提供了条件；此外，蒸汽养护制度还会导致热损伤效应的产生^[14]，导致水泥混凝土表层部分的孔隙率增大。

综上所述，高温水化环境致使蒸养水泥混凝土微观结构孔隙率大、后期强度不足，进一步导致抗氯离子渗透性能的倒缩，由此，较之标养水泥混凝土，蒸养水泥混凝土更易表现出钢筋锈蚀的缺陷。因此，如何提高蒸养水泥混凝土的耐久性能，一直是蒸养水泥混凝土研究领域的热点。核心问题很清楚，就是要通过一定的技术手段，阻隔氯离子渗透水泥混凝土制品的过程。目前，改善蒸养水泥混凝土耐久性能的思路主要有三种：

（1）固化控制氯离子传输。固化控制氯离子传输的方法依赖于铝酸三钙的矿相，但由于铝酸三钙的矿相含量较少，因而此方法有着一定的局限性。

（2）表面涂装防水有机材料。表面涂装防水有机材料应用原理简单、短期效果明显，但长期效果有待商榷。最关键的一点是，有机高分子材料易磨损、易分解的特点，始终是这一思路贯彻应用的掣肘。

（3）紧密堆积控制氯离子传输。紧密堆积控制氯离子传输的技术关键，则在于水泥浆体表面的膜的形成。本研究即立足于此。

聚合物乳液，是纳米或微米级聚合物粒子，均匀稳定地分布于介质中的一种分散液^[15]。聚合物乳液的掺入，使分散在介质中的聚合物粒子在水泥浆体的水化过程中，经历逐渐浓缩、密实堆积、团聚变形、合并融合成膜等过程，最终形成具有一定连续性和致密度的聚合物膜^[16]，从而分布于水泥浆体表面，通过紧密堆积的方式，关闭了氯离子向混凝土内部渗透传输的入口，以此改善蒸养水泥混凝土微观结构孔隙率大、后期强度不足的缺点，提高其耐久性能。

因此，本文拟探讨聚合物对蒸养混凝土和标养混凝土耐久性能的影响，以及聚合物在改性蒸养混凝土和标养混凝土时的成膜机理，以期获得改进蒸养混凝土的强度性能和抗氯离子渗透性能的经验和方法，为蒸养混凝土试件在工程上的更好应用提供一种新的理论指导和科学借鉴。

1.2 国内外研究现状

关于聚合物对水泥混凝土力学性能和耐久性能的改性作用的研究是当今世界混凝土研究领域中的热点方向；同时，各类改性方法在蒸养混凝土中的应用的研究同样硕果颇丰。

1.2.1 聚合物改性水泥基材料的研究进展

不仅聚合物的种类繁多，水泥基材料同样来源广泛，这就为不同种聚合物对同种水泥基材料的改性作用研究、同种聚合物对不同种水泥基材料的改性作用研究、同种聚合物对同种水泥基材料的不同性能的改性作用研究以及同种聚合物的不同掺量对同种水泥基材料的同一性能的改性作用研究等，提供了丰富的实验材料来源，为聚合物改性水泥基材料这一领域的研究能够取得长足的发展奠定了基础。

不同种聚合物，对于水泥基材料的各类性能有不同的改性效果；对于水泥基材料的同类性能，也可能起到不同幅度的改性能力。目前，国内对这一方向的研究颇有进展。丙烯酸盐、丁苯乳胶、苯丙乳液、环氧树脂、混合乳液是5类在水利水电工程建设中应用广泛的聚合物^[17]，对于土木工程路面以及水利工程混凝大坝建设具有重要的研究意义。试验中将普通混凝土与改性混凝土进行对比后发现：在不同的养护龄期下，这5类聚合物的改性作用主要体现在抗压强度上，而对于抗折强度的影响则表现一般；此外，不同的聚合物对混凝土的改性能力也表现出了差异，在这5类聚合物中，以环氧树脂与混合乳液改性效果为最佳。

有研究表明，以B-EP-4型环氧树脂和AB-HGA型环氧固化剂按照2:1.5的质量比例掺配而成的聚合物改性剂，在掺量分别为0、5%、10%、15%、20% 时对混凝土试件的力学性能和耐久性能的影响的表现出不同的效果^[18]。无论聚合物改性剂的掺量如何，水泥混凝土的抗压强度没有发生明显的变化，但其抗拉强度及抗折强度表现为提高，弹性模量表现为下降，力学性能得到改善；此外，聚合物改性剂明显改善了水泥混凝土的耐久性能，抗冻等级增强、质量损失降低，且当聚合物改性剂的掺量为15％～20％ 时，对水泥混凝土的耐久性能改性效果最好。

1.2.2 改性方法在蒸养混凝土中的应用研究

相较于常温标养混凝土而言，由于蒸养混凝土具有早期强度高的优越性能，使其得以在混凝土工程实践中具有生产周期短、生产效率高的优势。但是，通过蒸汽养护方式制备的水泥混凝土试件，后期强度不足、实际寿命缩短。这一局限性极大地限制了蒸养混凝土的应用。于是，研究蒸养混凝土的改性方法成为混凝土领域的热点问题。

目前，改性方法在蒸养混凝土中的应用主要立足于三个理论层面：蒸养制度的完善、矿物掺合料的使用和后续养护的优化。

国内外研究结果表明，完善蒸养制度的关键环节在于合理调整静养时间、升温速率、降温速率、恒温时间及恒温时长等蒸养制度的工艺参数。科学研究就矿物掺合料的使用对蒸养混凝土的改性作用的探索已有一定的进展，却鲜有定论。主要原因在于，受矿物掺合料自身的细度、活性、养护温度、孔溶液pH值、湿度等相关特性的影响，矿物掺合料对蒸养混凝土性能改善效果的作用机理较为复杂，难以得出公众一致认可的结论。目前，后续养护制度一般采用水养的方式进行，这是为了提高蒸养混凝土抗压强度及抗拉强度，降低其吸水率，提高其抗冻性^[19]。

1.3 本文的研究工作

由于单一的水泥砂浆或混凝土试件存在易开裂、耐水性差、耐酸性差等缺点，水泥混凝土的推广应用受到一定程度地限制。自上世纪20年代以来，科学家及工程师们就已经着手聚合物对于水泥混凝土的改性研究。经过长期的理论准备和实践积累，人们在聚合物改性水泥混凝土的研究上硕果颇丰，发现聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、丁苯及甲苯乳液、EVA乳液等有较好的改性效果^[20]。

EVA乳液是聚合物乳液的一种，它具有柔韧性、耐酸碱性、耐紫外线老化性、混溶性、成膜性等特点。EVA乳液的掺入可以影响水泥水化的过程，进而在水泥基材料中形成较稳定的化学键。EVA乳液在水泥混凝土中所起的作用主要表现为以下三个方面：

（1）分散作用。表面活性成分的存在，使得EVA乳液能够分散水泥基材料中的颗粒，起到水泥砂浆所需用水量降低的效果，从而改善水泥基材料的工作性；

（2）桥键作用。在EVA乳液中，存在着较多的活性基团，在EVA乳液参与水化的过程中，这些活性基团与水泥基材料中的Ca² 、A1³ 、Fe³ 等多价金属离子发生聚合反应，形成具有一定强度和化学稳定性的桥键，进而调控水泥混凝土硬化浆体中内应力的分布的，使水泥基材料的内部组织结构得到改善，达到减少微裂缝产生的效果；

（3）填充作用。随着EVA乳液的掺入，在水泥基材料中会凝结形成具有一定柔韧性和致密度的薄膜，形成的薄膜包裹住水泥基材料的骨架，通过紧密堆积的方式，关闭了氯离子向水泥基材料内部渗透传输的入口，从而切断了材料与外界进行物质交换的通道。

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：