温敏凝胶（PNIPAM）水泥基复合材料性能及孔结构特征研究

发布时间：2020-05-31 17:17

【摘要】：水泥基材料是一种复杂的多孔材料,其孔结构特征与力学性能和耐久性能有着密切的联系。水泥混凝土在外界环境的影响下易出现收缩开裂、冻融破坏和侵蚀损害等耐久性问题,严重影响水泥混凝土的使用安全和寿命。现已知,水泥基材料和高分子材料的复合使用是提高混凝土耐久性的一条有效途径。本文主要研究了自制温敏凝胶——聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的性能,PNIPAM对水泥基材料工作性能、力学性能、耐久性能和孔结构的影响规律,借助分形维数描述孔结构的复杂程度,并阐述了PNIPAM的温敏机理,PNIPAM对水泥材料孔结构的影响机理。研究结果表明:温敏凝胶PNIPAM的临界溶解温度(LCST)为32℃,是一种轻度交联具有可逆的温度敏感性的高分子材料,其结构兼亲水性的酰胺基—CONH—与疏水性的异丙基—CH(CH_3)_2,使其能够被水分子部分溶剂化但却不溶于水,温度高于32℃失水收缩,温度低于32℃吸水溶胀。PNIPAM的溶胀率受单体浓度、交联剂含量和胀缩循环次数的影响。单体浓度越高,溶胀率越小;交联剂越多,溶胀率往往越小;胀缩次数增加,溶胀率低。但这些因素不会改变PNIPAM凝胶的LCST。PNIPAM的加入改善了水泥基材料的工作性能、力学性能、抗开裂性能、抗硫酸盐侵蚀性和抗冻融性能。随着PNIPAM掺量的增多,水泥基材料的流动度、抗开裂性和抗冻性增加,强度和抗硫酸盐侵蚀性先增加后降低。在水泥净浆搅拌的过程中,PNIPAM会带入大量微小的孔隙,增加了PNIPAM水泥基复合材料的孔隙率,导致密度降低。水泥基材料的孔结构复杂多样,形态不一,具有明显的分形特性,不同孔径范围的孔结构分形维数是不一样的。PNIPAM与水泥水化产物形成相互贯穿的薄膜网状结构,对水泥基材料性能影响的主要原因在于孔隙率的变化和PNIPAM的温敏特性,对水泥水化过程的影响较小。综合考虑,PNIPAM最佳掺量为胶凝材料质量的1%~1.5%。
【图文】：

原理图,相转变温度,原理

长安大学硕士学位论文有序化程度较高的溶剂化层消失，使得 PNIPAM 凝胶处于收缩状态。为了研究 PNIPAM 对水泥基复合材料性能的影响，本文在水泥基材料中掺NIPAM 凝胶，通过改变 PNIPAM 凝胶的掺量，研究 PNIPAM 对水泥基材料工作性学性能、耐久性和孔结构的影响，再结合微观性能表征分析 PNIPAM 的相关作用。.2 国内外研究现状.2.1 温敏凝胶的研究现状智能凝胶是一种对温度、湿度、酸碱度、离子强度、以及渗透压等外界物理及化激响应显著的凝胶，广泛应用在化学和制药工业中[5-9]。响应现象通常表现为体积转变[10]，不同条件作用会改变 PNIPAM 的相转变温度，如图 1.1。

膜过程

、抗渗透、抗侵蚀、以及力学性能等，其中，聚合物乳液的种类和掺量，将决定其泥砂浆性能的改善程度。表 1.1 给出三种聚合物在水泥基材料中形成过程的模型[27 1.2 给出聚合物成膜过程机理。表 1.1 聚合物改善水泥基材料过程模型模型影响机理Ohama 模型阶段一：水泥凝胶逐渐形成，聚合物颗粒沉积在水泥凝胶表面；阶段水泥凝胶结构在发展，聚合物限制在毛细孔隙中，在水化凝胶和未水水泥颗粒表面形成聚合物密封层，增加混合物的粘结性，，填充较大孔阶段三：随着水化的不断进行，水泥水化产物与聚合物网格结构相互结在一起，改善水泥石的内部结构Konietzko 模型聚合物和水泥浆体都能形成空间网状结构，形成相互贯穿的网格结构uterman 和 Malorny 模型聚合物结构的形成受到聚合物膜形成时间和最低成膜温度的影响
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332;TU528

【参考文献】