摘 要

为了适应现代交通和建筑业的发展，改善普通水泥性质。在0.33水灰比下，通过分别在水泥中掺入经油酸改性后的粉煤灰和铁粉，并在成型面引入荷叶效应，在水泥养护成型后对其力学性能以及其水亲和性进行测定，由此确定不同填料对水泥凝胶成型后不同的力学增强效果和亲水性能的改变。

结果表明荷叶效应可以使水泥疏水性大幅增强，但是其效果受到水泥调制时粘度的影响；另外改性粉煤灰的加入可以进一步增强水泥成型面的疏水性。同时铁的加入可以增强水泥的强度，粉煤灰的加入则会在前期减弱水泥的强度。

关键词：改性粉煤灰 金属颗粒 水泥 荷叶效应 力学性能

Abstract

In order to adapt to the development of modern transportation and construction industry, to improve the quality of ordinary cement. By the water cement ratio of 0.33, through respectively in cement incorporation of oleic acid modified fly ash and iron powder, and on the molding surface into lotus effect, after the cement curing on the mechanical properties and the water affinity were measured, which determine the different fillers on the mechanics of cement gel forming different enhancement effect and hydrophilic properties of the change.

The results show that the effect of lotus leaf can significantly enhance the hydrophobicity of cement, but its effect is influenced by the viscosity of the cement, and the addition of modified fly ash can further enhance the hydrophobicity of cement forming surface. The addition of iron can increase the strength of cement, the addition of fly ash will weaken the strength of cement in the early period.

Keyword：Modified fly ash , Metal particles , Cement , Lotus effect, Mechanical property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 集料 1

1.2 水泥砂浆 1

1.3 陶粒混凝土 1

1.4 纸浆废液混凝土 2

1.5 橡胶混凝土 2

1.6 荷叶效应 2

1.7 接触角 3

1.8 粉煤灰 3

1.9 本课题研究目的及意义 4

第二章 集料掺入对成型水泥力学性质的影响 4

2.1 原料及实验用仪器 4

2.1.1 原料 4

2.1.2 仪器 4

2.2 实验准备内容及结果 4

2.2.1 水泥水灰比的确定 4

2.2.2 粉煤灰处理方式的确定 5

2.3 水泥集料对水泥力学强度的影响 5

2.3.1 含还原铁粉的水泥块制备 5

2.3.2 含粉煤灰的水泥块制备 6

2.3.3 水泥成型之后的性状 6

2.3.4 非标准水泥块的数据处理 7

2.3.5 水泥块抗压抗折强度测定及数据分析 7

2.4 本章小结 8

第三章 水泥疏水性能增强方式的研究 9

3.1 原料及实验用仪器 9

3.1.1 原料 9

3.1.2 实验仪器 9

3.2 粉煤灰改性材料吸附液的确定 9

3.2.1 实验步骤 9

3.2.2 水泥成型后的性状 10

3.2.3 数据处理及结论 10

3.3 荷叶效应是否可以作用于水泥表面的研究 10

3.3.1 实验步骤 10

3.3.2 水泥成型之后的表面性状 11

3.3.3 数据处理及结论 11

3.4 在荷叶效应下水泥浆粘度对疏水性能影响的实验 12

3.4.1 实验步骤 12

3.4.2 水泥成型之后的表面性状 13

3.4.3 数据处理及结论 13

3.5 水泥中掺砂量对荷叶效应的影响 15

3.5.1 实验步骤 15

3.5.2 水泥成型之后的表面性状 15

3.5.3 数据处理及结论 16

3.5.4 首次失败实验的步骤及结果 16

3.6 本章小结 16

第四章 总结 17

参 考 文 献 18

致谢 19

第一章 前言

由于目前我国近几年经济发展迅速，人均车辆持有数大幅增长，因此对公路的损耗相比之前也大幅加速。而公路路面普遍采用水泥混凝土材料，与沥青路面相比, 水泥混凝土路面具有强度高、使用寿命长、耐热性能好、不易产生弹性形变和防火性能好等优点。但是普通混凝土易吸水，水对混凝土有很大的影响，因此虽然水泥路面强度较沥青路面高但是仍然难以承受汽车高质量高频率的磨损。

• 1. 集料

集料又称骨料，可分为细骨料和粗骨料，是混凝土的主要组成材料之一。在混凝土中主要起骨架作用，同时减少水泥在硬化时体积的变化。如果将集料经某些功能材料处理后，使之功能化，不管是对集料本身还是对于混凝土都有极大的性质改变，例如在水泥本身亲水，在水泥中加入处理后的粉煤灰可以略微减弱其亲水性。

集料颗粒大于4.75mm的是细集料（天然砂等），大于4.75mm的是粗集料（碎石等）^[1]。集料添加入混凝土中可以有效降低成本，还可以定向改变混凝土的各项性质，以此适应不同场合的需要。本实验所有水泥中的添加料均为细集料。

• 1. 水泥砂浆

水泥砂浆由水泥，细骨料和水，并根据需要加入其它集料现场配成的砂浆。一般情况下所说的1:3水泥砂浆即为1单位重量的水泥与3单位重量砂与适量水混合后拌成的。

水泥砂浆主要用途是建筑地基和墙体的砌筑，用于块状材料的粘合剂；其次是用于室内外抹灰。一般在水泥砂浆使用时都要掺入一下添加剂用来改善砂浆的粘度；如果在其中加入石子，就被称为混凝土。

• 1. 陶粒混凝土

以陶粒代替石子作为混凝土的集料制成的混凝土被称为“陶粒混凝土”，它是由水泥凝胶和轻集料（陶瓷粒）配置而成的。这种轻集料混凝土较普通混凝土有更强的耐热和防火性能，但是力学性能较差^[2]。

陶粒混凝土是以陶粒作为混凝土的粗集料，砂石作为细集料的轻集料混凝土，其28天强度大于40MPa，可用于房屋建筑，桥梁，窑炉基础等。相比普通混凝土,它可以在拥有同等强度的前提下减轻自身重量，有效地减少了基础的荷载，而且有很高的耐久力。同时陶粒混凝土的热损失少，可以减少墙体的厚度，间接地增加了室内的可用面积，并且由于其保温性能好，可以在同等墙体厚度的情况下增强保温性能^[3]。

• 1. 纸浆废液混凝土

纸浆废液是造纸厂排出的废液，分为酸性和碱性两种。其中碱性废液主要含木质素衍生物，有机酸盐，游离氢氧化钠级硫化钠等。碱性废液在混凝土中起表面活性剂的作用，可以使水泥浆的粘度下降，提高水泥的流动性。废纸浆掺入混凝土后，水泥水化的速度加快，水化程度提高，可以保证在混凝土工作性能相同的情况下，明显地减少水的用量，降低混凝土在调制时的水灰比，从而加强水泥的强度。由于废纸浆的掺入，水泥的水灰比下降，混凝土的孔隙率也因此下降，提升了混凝土的结构强度并且使混凝土不容易渗水^[4]。同时由于纸浆废液是造纸厂排出的废液，来源广泛，价格低廉，因此将纸浆废液应用于混凝土中有改善混凝土功能，提高强度，降低成本和节能减排等多项益处。

• 1. 橡胶混凝土

橡胶混凝土（又称橡胶微粒砂浆）也是一种细集料混凝土，是把汽车废弃轮胎经过机械粉碎，研磨至1-2mm的颗粒后洗净，筛选出复合标准的橡胶颗粒作为集料加入混凝土中^[5]。同大多数细集料一样，橡胶加入混凝土中也可改变强混凝土的力学性能，即抗压和抗折强度；而且由于橡胶来源主要是废弃的汽车轮胎，有利于固体废物再利用，加之成型之后的水泥很强的抗裂性能^[6]，使橡胶细集料砂浆受到了广泛关注。美国众多学者已经得出了不同橡胶细集料掺入量对混凝土强度的变化规律^[7]，并且针对橡胶微粒与水泥浆的粘结造成强度降低的问题提出了解决方法^[8]。天津大学刘春生等的研究表明，虽然橡胶细集料砂浆相比普通砂浆有较大的极限拉应变值，但是随橡胶含量升高，水泥砂浆的抗压和抗折强度降低。为提高其工作性能，在其中加入粉煤灰可以使抗压强度达到38.9MPa（该实验使用42.5普通硅酸盐水泥）。

• 1. 荷叶效应

由于荷叶本身超疏水的性质，水滴能在荷叶表面自由地滚落，同时可以带走其表面的灰尘和杂质，这种特性称为荷叶的自洁效应。W.Barthlott等^[9]通过对荷叶表面结构的观察和分析，发现荷叶表面的纳米级结构是导致其超疏水性能的关键。这一发现对于仿生学有重要意义：通过模仿荷叶表面的疏水结构，就可以在低成本的前提下制备出人造的疏水表面，并使用于例如衣物防污，建筑表面防水防尘等。