论文总字数：18463字

摘 要

本文利用油酸包裹粉煤灰，使粉煤灰和油酸的疏水基团-CH₃复合制备改性粉煤灰，再与高铁低钙水泥混合制备抗渗性能优良的改性水泥基材料。论文主要研究了不同油酸掺量和不同蒸汽养护制度对高铁低钙水泥基材料力学性能和抗渗性能的影响。

研究结果表明，随着油酸掺量的提高，高铁低钙水泥基材料的抗压强度不断降低，但是其抗渗透性能有了明显的提升。这是由于粉煤灰被油酸改性后，严重影响了粉煤灰的火山灰效应，使高铁低钙水泥基材料的抗压强度下降，而粉煤灰在经过油酸分子修饰后，改性粉煤灰在高铁低钙水泥基材料中的分散非常均匀，使得水泥基材料的结构致密，因此提高了高铁低钙水泥基材料的抗渗性能。通过蒸汽养护的方式能够明显的改善高铁低钙水泥基材料的力学性能和抗渗性能。这是由于蒸汽养护制度加速了水泥基材料内部熟料矿物与水发生的水化反应进程，加速了粉煤灰中活性SiO₂、Al₂O₃与高铁低钙水泥基材料中的氢氧化钙进行的二次火山灰反应，使水泥基材料结构致密，因此提高了高铁低钙水泥基材料的力学性能和抗渗性能。

关键词：高铁低钙水泥；油酸；改性粉煤灰；抗压强度；蒸汽养护；抗渗性

Abstract

In this paper, oleic acid is used to coat fly ash, and fly ash and hydrophobic group of oleic acid-CH3 are combined to prepare modified fly ash, and then mixed with high ferrite low calcium cement to prepare modified cement-based materials with excellent impermeability. The thesis mainly studies the influence of different oleic acid content and different steam curing systems on the mechanical properties and impermeability of high ferrite low calcium cement-based materials.

The research results show that with the increase of oleic acid content, the compressive strength of high ferrite low calcium cement-based materials continues to decrease, but its permeability resistance has been significantly improved. This is because the fly ash is modified by oleic acid, which seriously affects the volcanic ash effect of the fly ash and reduces the compressive strength of the high ferrite low calcium cement-based materials. The dispersion of fly ash in the high ferrite low calcium cement-based materials is very uniform, which makes the structure of the cement-based material dense, thus improving the impermeability of the high ferrite low calcium cement-based materials. The steam curing method can obviously improve the mechanical properties and impermeability of high ferrite low calcium cement-based materials. This is because the steam curing system accelerates the hydration reaction process of clinker minerals and water inside the cement-based material, and accelerates the secondary ash reaction of active SiO₂, Al₂O₃ in fly ash and calcium hydroxide in high ferrite low calcium cement-based materials, making the structure of cement-based materials dense, so the mechanical properties and impermeability of high ferrite low calcium cement-based materials are improved.

Key Words：high ferrite low calcium cement; oleic acid; modified fly ash; compressive strength; steam curing; impermeability

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 水泥基材料的内部基体防水抗渗研究现状 2

1.2.2 水泥基材料的表面防水处理 3

1.3 粉煤灰的应用 3

1.4 存在问题 4

1.5 研究目的及研究内容 4

1.5.1 研究目的 4

1.5.2 研究内容 5

第2章 原材料和试验方法 6

2.1 实验原料 6

2.2 油酸改性粉煤灰的制备 6

2.3 水泥基材料的制备 6

2.4 实验方案的设计 7

2.5 测试方法 7

2.5.1 扫描电子显微镜分析（SEM） 7

2.5.2 接触角测试 8

2.5.3 力学性能测试 8

2.5.4 混凝土抗氯离子性能RCM法实验方法 8

第3章 低掺量改性粉煤灰与蒸养制度对高铁低钙水泥基材料抗压强度的影响 9

3.1 实验方案 9

3.2 粉煤灰掺量对高铁低钙水泥基材料抗压强度的影响 9

3.3 油酸掺量对高铁低钙水泥基材料抗压强度的影响 10

3.4 蒸养制度对高铁低钙水泥基材料抗压强度的影响 11

第4章 低掺量改性粉煤灰与蒸养制度对高铁低钙水泥基材料抗渗性能的影响 12

4.1 实验方案 12

4.2 接触角分析 12

4.3 抗氯离子渗透性能分析 13

4.3.1 油酸掺量对高铁低钙水泥基材料抗氯离子渗透性能的影响 13

4.3.2 蒸汽养护制度对高铁低钙水泥基材料抗氯离子渗透性能的影响 14

第5章 结论与展望 15

5.1 结论 15

5.2 展望 15

参考文献 17

致谢 19

附录1 20

附录2 20

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

海洋基础设施建设一直都是我们国家的经济建设重点，随着我国“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”这一重大发展战略决策的深入实施，对海洋工程相关基础设施建设的需求必然将会增加，因此我国将很快进入海洋基础建设的快速发展的新时期。由于海水中可以对钢筋混凝土产生侵蚀性的离子非常多，主要包括Cl^-、Mg² 、SO₄^2-等，以及海洋微生物对海洋工程建筑结构的严重附着,水泥基材料在海洋工程建筑中的应用将会受到复杂的海洋生态环境的侵蚀,这大大缩短了海工工程建筑的使用寿命,并严重制约了当前我国海洋工程建设的发展。“五倍定律”^[1]常被用来说明混凝土腐蚀的严重性，在进行建筑结构的设计时，如果为了节约成本而不注重钢筋混凝土受环境影响所造成的侵蚀问题，那么日后将会花费巨额的费用用于对建筑工程结构的维护、加固和维修。因此，研究如何有效提高水泥基材料的抗侵蚀性能是一个非常重要的技术问题。

混凝土在进行混合配制时，内部各组分会发生各种各样的物理化学反应，会在混凝土内部产生各种孔隙和裂缝，使混凝土产生结构上的缺陷，而水分就会随着混凝土结构的孔隙和裂缝侵入到混凝土内部^[2,3]。传统上，采用低水灰比可以通过有效增加钢筋混凝土的密度和密实度来减少其孔隙和裂缝^[4]，添加矿物掺和料也同样可以用来减少孔隙和裂缝^[5]。然而，提高水泥基材料的密度和密实度并不能彻底消除水分的自然入侵，因为水泥本质上是一种亲水材料，它允许携带有害离子的水通过混凝土的裂缝渗透进来。

采用由聚合物材料和刚性材料组成的防水混凝土可以缓解水的侵入^[6,7]。聚合物材料经聚合固化后形成疏水层，能够封闭混凝土表面的孔隙和裂缝。传统的刚性材料包括水泥、砂子和石头，它们可以在混凝土表面形成致密层，并有助于增强混凝土的防水性能。采用这种方法所制成的防水混凝土早已投入市场，并能有效地抑制水的侵入。然而，它往往容易受到外部的损害，因此其耐久性有限。

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