摘 要

现代基础建设对水泥基材料的性能要求越来越高,同时，水泥基材料的自身缺陷与现代基础建设需要的高性能材料之间的矛盾也日益突出，传统的水泥混凝土材料不能满足社会和经济对强度的需要。高强度的混凝土应运而生。但是高强度的混凝土更容易出现由于脆性而开裂的现象。传统的改善方式诸如掺入纤维和添加聚合物，虽可以改善韧性，但是会破坏混凝土的其他性能，并且不能从根本上改善韧性。本课题研究苝四甲酸酐对C-S-H凝胶的微结构的影响，致力于探究出一种更为稳定的增强混凝土韧性的方法。

在钙硅比为0.6，1.0，1.7三种C-S-H凝胶体系中，掺入苝四甲酸酐，利用XRD,SEM-EDS,NMR等测试手段研究了PAT对于上述三种C-S-H凝胶的影响。在不同的C-S-H凝胶体系中，PAT可以改变C-S-H凝胶的微结构，其中，PAT对于钙硅比为1.0的C-S-H凝胶的微结构的影响最为明显。本文着重介绍PAT对于钙硅比为1.0的C-S-H凝胶微结构的影响。

关键词：溶液反应法；C-S-H凝胶；苝四甲酸酐；微结构

Abstract

To modern infrastructure , the reqirement of cement-based materials is higher and higher. At the same time, the contradiction between defects of cement-based materials and high-performance materials which modern infrastructure needs is also increasingly prominent. Traditional cement concrete materials do not meet social and economic needs of the strength. Concrete of high strength came into being .But high-intensity concrete is more likely to crack because of brittleness. The traditional methods to improve toughness,such as adding polymer and mixing with fiber ,improve toughness, but damage the other performance of concrete.Indeedly, these methods can't fundamentally improve the toughness. The goal of this experiment is to see how PAT impacts on the microstructure of the c-s-h gel. We are working on a more stable method to improve the toughness of concrete.

Revealed the mechanism of 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic acid anhydride in the c-s-h gel by XRD,SEM-EDS,NMR and other testing methods. In different c-s-h gel systems, the microstructure of the c-s-h gel can be altered by PAT. The effect of PAT on the microstructure of the c-s-h gel(the ratio is 1.0) is most pronounced. This paper expatiates the effect of PAT on the microstructure of the c-s-h microstructure of calcium silicon ratio of 1.0.

Keywords: solution deposit; c-s-h gel; 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic acid anhydride; microstructure

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 水化硅酸钙及其结构 2

1.2.2 研究存在的问题 3

1.3 本文的研究工作 4

1.3.1 研究目标 4

1.3.2 研究内容 4

1.3.3 研究路线 5

第2章 原材料与实验方法 6

2.1 原材料 6

2.2 实验的测试仪器与设备 6

2.3 实验方法 6

2.3.1 合成实验 6

2.3.2 扫描电镜测试 7

2.3.3 X射线衍射仪 7

2.3.4 核磁共振测试仪 7

第3章 掺PAT的C-S-H凝胶的微结构 9

3.1 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.0）的微结构 9

3.1.1 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.0）的样品配比 9

3.1.2掺PAT的C-S-H凝胶(Ca/Si=1.0)的XRD图谱 10

3.1.3 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.0）的微观形貌 12

3.1.4 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.0）的²⁹Si核磁数据 14

3.1.5 掺PAT的C-S-H凝胶(Ca/Si=1.0）的背散射图像 16

3.2 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=0.6）的微结构 17

3.2.1 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=0.6）的样品配比 17

3.2.2 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=0.6）的XRD图谱 18

3.2.3 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=0.6）的微观形貌 20

3.2.4 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=0.6）的²⁹Si核磁数据 20

3.2.5 掺PAT的C-S-H凝胶(Ca/Si=0.6）的背散射图像 22

3.3 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.7）的微结构 23

3.3.1 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.7）的样品配比 23

3.3.2 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.7）的XRD图谱 24

3.3.3 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.7）的微观形貌 25

3.3.4 掺PAT的C-S-H凝胶（Ca/Si=1.7）的²⁹Si核磁数据 27

3.3.5 掺PAT的C-S-H凝胶(Ca/Si=1.7）的背散射图像 29

3.4 本章小结 30

第4章 结论与展望 32

4.1 结论 32

4.2展望 32

参考文献 33

致 谢 35

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

水泥及混凝土是基础建设的主要原材料之一，在国民经济中占有突出地位。它们促进了社会文明和科技进步,是各种基础建设的主要材料。随着社会发展和科技进步，人们对水泥基材料的研究获得了重大成果，为本学科的发展奠定了基础。而现代基础建设对水泥基材料的性能要求也越来越高，同时，水泥基材料的自身缺陷与现代基础建设需要的高性能材料之间的矛盾也日益突出，水泥基材料中的传统的水泥混凝土材料正面临着巨大挑战。人们对材料的研究从以前的硬度、强度、外观比重等宏观性质的认识发展到微观改性层面。并且材料的研究测试方法更加的丰富。近年来，人们通过工艺方法合成复合材料，这种复合材料既保留了各组分原有的优良特性，又相互弥补不足。复合材料自问世以来，金属基，高分子基材料以其优异的性能而广受喜爱，陶瓷基材料的研究上也有所进展。但是目前对于水泥基复合材料的研究进展缓慢^[1]。然而，现代基础建设对水泥基材料的性能要求越来越高,传统的水泥混凝土材料不能满足社会和经济对强度的需要。于是，高强度的水泥混凝土应运而生。但是高强度的混凝土由于脆性而开裂的现象日益严重^[2]。传统的改善方式诸如掺入纤维和添加聚合物，虽可以改善韧性，但是会破坏混凝土的其他性能，并且不能从根本上改善韧性^[3]。许多工作者在努力地探究更为稳定的混凝土增韧的方法。

1979年,英国帝国大学与牛津大学合作,率先开发出了一种新型的高强水泥（MDF水泥）。MDF水泥是在水泥中加入聚合物合成的，其抗折强度和抗压强度均有明显提高。同时在电学、声学、磁学方面也有新型水泥制品问世，这类材料被称为高性能水泥基复合材料。高性能水泥基材料性能优良，品种繁多。在另外的领域，有机物硅酸盐纳米复合材料的研究也迅猛发展，人们在纳米尺度上尤为重视以水化硅酸钙为基体的有机物纳米复合材料的研究。