环氧树脂乳液改性水泥砂浆性功能的研究.docx

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环氧树脂乳液改性水泥砂浆性功能的研究

年月

哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计

本科毕业设计（论文）

指导教师：

王五

学号：

0123456789

专业：

建筑学

院系：

建筑学院

张三

哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计

张三

环氧树脂乳液改性水泥砂浆性能的研究

李洋

院（系）：

交通科学与工程学院专业：

道路桥梁与渡河工程

学　　号：

1123210223指导教师：

杨文萃讲师

2016年6月

毕业设计（论文）

题目环氧树脂乳液改性

水泥砂浆性能的研究

专业道路桥梁与渡河工程

学　　号1123210223

学生李洋

指导教师杨文萃讲师

答辩日期　　　

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语

姓名：

李洋学号：

1123210223专业：

道路桥梁与渡河工程

毕业设计（论文）题目：

环氧树脂乳液改性水泥砂浆性能的研究

工作起止日期：

______年____月____日起______年____月____日止

指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：

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本人已对该论文进行全程指导和严格审查，方案和数据真实、可靠，是该生的原创论文。

指导教师签字：

指导教师职称：

评阅人评阅意见：

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评阅教师签字：

_______________评阅教师职称：

______________

答辩委员会评语：

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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：

学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：

对毕业设计（论文）的特殊评语：

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答辩委员会主任（签字）：

职称：

________________

答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员（签字）：

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年月日

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书

姓名：

李洋院（系）：

交通科学与工程

专业：

道路桥梁与渡河工程班号：

1232113

任务起至日期：

年月日至年月日

毕业设计（论文）题目：

环氧树脂乳液改性水泥砂浆性能的研究

立题的目的和意义：

目前，我国正处在大规模基础建设时期，高层、大跨度建筑及桥梁、水工等混凝土工程日益增多。

但是重大的建筑工程，如地下建筑、水库、大坝、码头、高架道路、桥梁、高层建筑物等大型的混凝土工程，由于受应力、外力或地震的影响破坏产生裂缝时，可能会发生渗漏导致事故，因此必须对各类裂缝进行修补。

而在修补过程中，普通水泥灌浆材料中浆液因水灰比大，存在强度不高、浆液稳定性差、泌水严重等问题，往往满足不了实际需要。

但是环氧树脂乳液改性水泥砂浆具有优异的力学性能、化学稳定性能以及粘结性能，因此本次选择水溶性环氧树脂进行试验，测试各项技术指标。

技术要求与主要内容：

本次所选材料是水泥、砂、粉煤灰、环氧树脂乳液、减水剂和水。

参照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T5126-2001，确定基准水灰比为：

水泥：

砂：

水=600kg：

1500kg：

240kg，制备改性砂浆试件，完成以下内容：

（1）分析论证国内外环氧树脂改性水泥砂浆的研究现状，确定试验内容。

（2）测试环氧树脂乳液对改性水泥砂浆新拌性能的影响，包括流动性，密度，含气量及凝结时间等。

（3）测试环氧树脂乳液改性水泥砂浆试件的3d、7d、28d抗折及抗压强度，并测试粘结试件的28d粘结强度，分析环氧树脂乳液掺量变化对其强度及粘结性能的影响。

（4）利用快冻法测试分析环氧树脂乳液掺量对改性水泥砂浆试件抗冻性的影响。

进度安排：

3月制备改性试件，测试水泥砂浆的新拌性能，得出不同聚灰比及不同粉煤灰掺量对水泥砂浆新拌性能改善程度的影响。

进行养护，测试3d，7d的抗折抗压强度与抗拉强度。

4月测试养护28d后试件的抗折强度与抗压强度。

得出不同聚灰比及粉煤灰掺量对砂浆强度的改善程度的影响。

并制备用来测试粘结性能的试件，进行养护。

5月测试粘结试件的抗折强度与抗压强度，得出不同聚灰比及粉煤灰掺量对其粘结性能的改善程度的影响。

进行冻融试验，得出不同聚灰比及粉煤灰掺量对改性砂浆试件抗冻性的影响。

6月整理数据，得出结论，撰写论文。

同组设计者及分工：

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

摘要

水泥砂浆可用于水泥混凝土的修补，修补时要求水泥砂浆应具有较好的抗开裂性能和耐久性，而环氧树脂乳液具有很好的粘结性能与力学性能，因此本文采用环氧树脂乳液来改性水泥砂浆性能，研究了新拌水泥砂浆的性能（流动性、凝结时间、密度与含气量等）、改性水泥砂浆的强度、粘结性能及抗冻性。

结果表明新拌砂浆的流动性变好，即环氧树脂乳液具有减水效果。

环氧树脂乳液的掺入使改性水泥砂浆的密度降低，凝结时间延缓。

改性砂浆的3d、7d及28d的抗折强度和抗压强度较基准砂浆降低，在6%聚灰比时，强度提高，出现极大值。

粘结性能测试结果表明环氧树脂乳液能提升改性水泥砂浆与老砂浆的界面粘结抗折强度。

环氧树脂乳液使改性水泥砂浆的抗冻性提高，但双掺环氧树脂乳液及粉煤灰时，抗冻性下降明显。

关键词：

环氧树脂乳液；改性水泥砂浆；流动性；强度；抗冻性

Abstract

Cementmortarcanbeusedfortherepairofcementconcrete,repairrequirementsofcementmortarshallbewithgoodanticrackingperformanceanddurability,andepoxyresinemulsionhasgoodbondingproperties.Therefore,theepoxyresinemulsionmodifiedcementmortarperformancestudy（flowability,settingtimepropertiesoffreshcementmortar,densityandcontent）,thestrengthofthecementmortar,bondingandfrostresistance.

Theresultsshowedthatepoxyresinemulsionhadawater-reduceeffect,astheflowabilityoffreshmortarwiththeemulsionincreased.Addtionofepoxyresinemulsiondecreasedthedensityoffreshmortaranddelayedthesettingtime.Cmparingwiththereferencemortar,thecompressivestrengthandflexuralstrengthofmodifiedmortarat3days,7daysand28daysdecreased,andthehigheststrengthwasatthecontentof6%epoxyresinemulsion.Itisfoundthattheepoxyresinemulsioncouldimprovethebondontheinterfacebetweenthemodifiedmortarandoldmortar.However,Theepoxyresinemulsionimprovedthefrostresistanceofthemodifiedcementmortar,butthefrostresistancedecreasedobviouslywhentheepoxyresinemulsionandflyashweremixed..

Keywords:

EpoxyResinEmulsion;modifiedmortar;flowability;strength;frsotresistance

目录

摘要……………………………………………………………………………….Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………….....Ⅱ

第1章绪论…………………………………………………………………………..1

1.1课题来源及研究的目的和意义……………………………………………….1

1.2国内外研究现状及分析……………………………………………………….2

1.2.1国内外发展历史…………………………………………………………..2

1.2.2聚合物改性砂浆的性能…………………………………………………..3

1.2.3水性环氧乳液改性水泥砂浆的研究……………………………………..4

1.3主要研究内容…………………………………………………………………..5

第2章试验材料与试验方法…………………………………………………….…7

2.1试验材料……………………………………………………………………….7

2.2试验方法……………………………………………………………….............8

第3章环氧树脂乳液对新拌改性水泥砂浆性能的影响.…………………………11

3.1单掺环氧乳液新拌水泥砂浆的流动性………………………………………..11

3.2单掺环氧乳液新拌水泥砂浆的凝结时间……………………………………..12

3.3单掺环氧乳液新拌水泥砂浆的密度及含气量………………………………..13

3.4双掺环氧乳液与粉煤灰新拌水泥砂浆的性能………………………………..15

3.5本章小结………………………………………………………………………16

第4章环氧树脂乳液对改性水泥砂浆的强度、粘结性能及抗冻性的影响……17

4.1改性水泥砂浆的强度………………………………………………………….17

4.2改性水泥砂浆的粘结强度…………………………………………………….19

4.3改性水泥砂浆的抗冻性………………………………………………….……20

4.4本章小结………………………………………………………………………..23

结论…………………………………………………………………………………..24

参考文献………………………………………………………………………….…25

原创性声明…………………………………………………………………………27

致谢…………………………………………………………………………………..28附录1…………………………………………………………………………………29

附录2…………………………………………………………………………………38

第1章绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

自硅酸盐水泥被发明以来，水泥就一直是最重要的建筑工程材料之一。

并且由于它属于水硬性无机胶凝材料，具有较高的抗压强度和弹性模量，因此可用来配制成多品种、多强度等级的混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土构件及结构，还可用于配制各种砂浆以及用作灌浆材料等，因此被广泛应用于地上、水中及地下工程。

目前，我国正处于大规模基础建设时期，高层、大跨度建筑及桥梁、水工等混凝土工程日益增多。

但是重大的建筑工程，如地下建筑、水库、大坝、码头、高架道路、桥梁、高层建筑物等大型的混凝土工程，由于受应力、外力或地震的影响破坏产生裂缝时，可能会发生渗漏导致事故，因此必须对各类裂缝进行修补[1]。

混凝土构筑结构功能下降，不仅影响人们正常的使用，且带来巨大的经济损失。

一些发达国家的建筑工程总投资资金中40%用于构筑物的修补和加固，剩余不足总投资资金中60%才用在新的建筑工程上[2]。

据调查，我国已建大型水电站存在侵蚀破坏的占七成[3,4]。

产生这些不良影响的原因是在硅酸盐水泥硬化成水泥石后，其中存在有易被腐蚀的成分氢氧化钙和水化铝酸钙，水泥石本身也不密实，有很多毛细孔通道，使得混凝土和砂浆渗透性较大，使用性能下降。

同时，侵蚀性介质容易进入其内部，以致由其配制的混凝土或砂浆易受到腐蚀，导致材料耐久性下降。

另一方面，由于混凝土或砂浆中的水泥浆与石子以及砂子之间存在含着微裂缝的界面区（或称过渡区），因此在受弯或受拉荷载的作用下，界面区的裂缝在非常低的应力下就会迅速扩展，导致材料呈脆性破坏，即表现为抗弯（拉）强度较低及变形性差的弱点。

而在修补过程中，普通水泥灌浆材料中浆液因水灰比大，而存在强度不高、浆液稳定性差、泌水严重等问题，往往满足不了实际需要。

随着化学工业的发展，人们已逐渐认识到，高分子聚合物区别于低分子化合物的主要特征在于，高分子材料的大分子链段的松弛运动，使其呈现出特有的韧性和弹、粘性[5]。

所以，以水为溶剂的水性环氧树脂改性技术愈来愈受重视。

环氧树脂乳液与水泥水化产物之间形成互相交联的三维网络结构，使得改性砂浆具有保水性，填充了砂浆孔隙，硬化以后的砂浆在力学性能上得到很大的改善。

从而使环氧树脂乳液改性水泥砂浆作为一种性能优异的灌浆材料，得以广泛应用[6]。

本文采用水性环氧树脂配制树脂改性水泥砂浆，研究环氧树脂掺量对砂浆流动性、强度、粘结强度和抗冻性的影响，获得适合于寒冷地区且修补层较薄的修补材料。

1.2国内外研究现状及分析

1.2.1国内外发展历史

由水泥、水、骨料、具有胶结性质的聚合物以及外加剂为原材料混合而成的材料，经凝结硬化形成新的整体材料称为聚合物改性水泥基复合材料（Polymer-modifiedcementitiousmixtures）。

但是据参考文献，我国习惯上称呼为聚合物改性混凝土，其确切名称应该是聚合物改性水泥基复合材料[7]。

普通的水泥基复合材料（如普通混凝土或水泥砂浆）是非均质、多相无机脆性材料，而且这种多孔材料在外界侵蚀性介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等的侵蚀作用下，会加速破坏，使用寿命大大缩短。

加入聚合物材料后，水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰比（固体聚合物的质量与水泥质量之比）、聚合物的品种和性能等有很大关系。

最初应用于混凝土的聚合物是天然的聚合物，如岩石中的地沥青，主要用来胶结砖、防水坝体等。

在波特兰水泥混凝土中最早使用聚合物乳液是1909年美国的专利（L.H.Backland）。

1922年法国的M.E.Varegyas也申请了专利。

1923年，英国人Cresson获得的专利中，天然胶乳被用作改性道路材料，其中水泥作为填料使用。

1932年，Bond提出了用合成橡胶胶乳改性水泥基材料的专利；1939年Rodwell提出了合成树脂乳液生产聚合物改性水泥基材料的专利。

在20世纪40～50年代，陆续出现了多种合成聚合物胶乳进行改性的专利，并把橡胶改性水泥砂浆应用到船舶、桥梁的地面和道路的地板涂层，作为防腐和粘结材料。

60年代以后，除将合成胶乳用于对水泥混凝土进行改性外，人们开始研究把多种聚合物，例如聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚氯乙烯等用于水泥砂浆及混凝土改性。

70年代以后，人们又开始研究应用不同形态的聚合物，例如应用聚合物单体、树脂、胶乳、聚合物粉末等对水泥砂浆及混凝土改性。

自1971年美国混凝土学会（ACI）成立了548聚合物混凝土委员会以后，从1979年开始，每隔三年左右即组织召开一次聚合物混凝土的国际学术讨论会，80年代至今，世界范围对这一领域研究开发的兴趣与日俱增，并有了大量的科研成果。

1981年PIC（PolymerinConcrete）国际委员会成立，负责定期召开国际会议，并定期交流聚合物混凝土方面的信息[8]

在国内，从20世纪60年代开始，我国开始研究聚合物改性水泥混凝土。

由于受当时化工技术的限制，聚合物的生产成本较高，并且其质量不能全部满足要求。

因此，我国的研究进程一直非常缓慢。

但到了80年代，随着化学工业的迅猛发展，关于聚合物领域的研究越来越多，尤其对丙烯酸酯改性水泥砂浆进行了系统的研究，使其成为一种新型的耐腐、耐冻、抗渗的修补材料，成功的被应用于众多工程之中。

我国从理论上对聚合物与水泥及其水化产物之间的改性机理有了更加深入的研究。

而到了90年代，我国已具有专供改性水泥基材料使用的商品化聚合物。

目前，随着经济水平的提高，聚合物改性水泥砂浆用于提高路面使用性能是必然的发展方向，值得深入研究。

中国每年有大量桥面需要用改性水泥基材料铺设和修补[9]。

国际上，美国是世界上最早研究聚合物改性水泥基材料的国家之一，聚合物改性水泥砂浆以及混凝土早就成为一种普遍存在的建筑工程材料。

每年用聚合物改性混凝土来修补的道路及桥梁大约有120万平方米，每年采用了聚合物改性混凝土和砂浆的新旧结构达到6万多平方米[10]。

而在日本20世纪70年代，聚合物改性水泥砂浆就成为主要的建筑工程修补材料。

其原材料一般是环氧树脂、乙烯聚酯树脂、不饱和聚酯材料和丙稀酸树脂。

聚合物改性水泥砂浆主要用作加固及修补。

日本在聚合物改性水泥砂浆的研究方面发展十分迅速，粘结材料方面研制了新型液体树脂，如高分子量甲基丙稀酸、甲基丙稀酸、低聚合度的丙稀酸单体以及尿醛等。

在聚合物改性水泥砂浆的配比方面，其设计配合比伴随着树脂的不同，出现相应的配比体系。

例如，不饱和液体树脂砂浆配比设计体系、掺轻集料砂浆配比设计体系和聚丙基丙稀酸甲醋砂浆配比设计体系[11,12]。

目前，伴随着经济水平的提高，聚合物改性水泥基材料在构筑物的修补与加固方面的应用技术基本成熟，而且改性水泥砂浆具有优异性，因此在一些要求较高的建筑工程中，比如码头、桥面、停车场、建筑防水、粘结材料以及防腐等工程领域都有所应用。

1.2.2聚合物改性砂浆的性能

一般来说，聚合物改性砂浆和混凝土的抗拉强度和抗折强度比水泥砂浆和混凝土有明显提高，而抗压强度则没有明显改善，甚至有所降低。

改性砂浆在各种基材上的粘结都比普通水泥砂浆好，而且在相同流动度条件下，其韧性比普通水泥砂浆要好得多，断裂能是水泥砂浆的二倍以上。

聚合物改性砂浆的耐磨性也随聚灰比提高而增加。

但其弹性模量会因聚合物的加入而减小，变形能力则更大。

此外，聚合物改性砂浆和混凝土具有良好的不透水性、抗氯离子渗透性、抗碳化性和抗冻性，并且其耐候性、耐油性和耐油脂性也较普通砂浆大大提高，但不耐有机溶剂。

一般地，水泥改性用的环氧树脂因为能在水中分散，或者溶于水后能在室温条件下和高碱性环境中进行聚合反应而固