基于PAM—有机硅改性水泥土的抗渗特性研究

发布时间：2017-10-05 10:17

  本文关键词：基于PAM—有机硅改性水泥土的抗渗特性研究

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【摘要】：随着我国社会生产的发展,水泥土在市政道路、水利及护坡等防渗工程中得到广泛使用,且工程量巨大。在这些工程中使用水泥土一方面是因为水泥土属于半刚性材料,其本身具有刚性防渗材料(如防渗混凝土)强度较高的优点,同时又具有柔性防渗材料(如高分子防渗材料)可以发生较大变形的优点,另一方面水泥土施工成本低,施工方便。使用水泥土能极大地节约资源,经济效益和社会效益都极其可观,所以研究水泥土的抗渗性能是非常有必要的。当然,我们在这些防渗工程中使用成本较低的水泥土来代替原来昂贵的刚性或者柔性防水材料,首要考察的指标就是水泥土的抗渗性能怎么样,能否达到工程的要求,如果达不到要求,能有什么办法使水泥土的抗渗性能满足要求,所以改善水泥土的抗渗性能是一个亟待解决的课题。当前对水泥土抗渗方面的研究一般采用模仿水泥砂浆或混凝土的抗渗原理,添加一些单纯的化学外加剂如硫铝酸钙或添加一些物质填充水泥土颗粒间微小孔隙的办法来改善水泥土的抗渗性能。我们可以通过往水泥土中添加高分子聚合物和偶联剂从物理和化学两方面来同时改善水泥土的抗渗性能。比较常用的高分子聚合物聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性和保水性,能填充水泥土颗粒间的微小孔隙,并调节水泥土内部的水分含量,保证水泥土内部结构不会因外界湿度条件的变化而轻易发生破坏;常用的偶联剂有机硅能与水泥基发生化学反应形成网状交联结构,并在水泥土内部形成一层几个纳米厚的憎水膜,能有效的阻止外部水进入材料内部,从而提高水泥土的抗渗性能。本文的试验通过向水泥土中掺入一定量的聚丙烯酰胺和有机硅来改善其抗渗性能,采用水泥掺量为13%,水灰比为1.5,通过试验来深入和系统的研究其抗渗性能,通过得出的试验数据,利用Excel、Matlab等软件分析比较得出外加剂为聚丙烯酰胺、有机硅还是复合较优,并且较优的外加剂掺量为多少,并对最优外加剂种类及最优掺量的水泥土进行电镜扫描(SEM)试验,分析其内部结构变化。最后利用灰色系统模型对较优外加剂和最优掺量组合的28d龄期下水泥土渗透系数作为考察指标得出预测数据,通过与实测值相比较,得出模型是否满足工程精度要求。论文的主要研究内容和成果如下:(1)通过试验测得了添加不同掺量的聚丙烯酰胺(0%、1%、3%和5%)、不同掺量的有机硅(0%、1%、3%和5%)以及同时掺两种外加剂的水泥土在不同龄期(3d、7d、14d、28d)下的渗透系数,并对水泥土渗透系数进行了不同龄期下的极差分析、方差分析,认为水泥土中掺入适量的有机硅和聚丙烯酰胺能有效的改善水泥土的抗渗性能,并且添加两种外加剂的水泥土其抗渗性能好于只添加其中一种外加剂的水泥土,当龄期为3d、7d、14d时聚丙烯酰胺对水泥土抗渗性能的影响大于有机硅对水泥土抗渗性能的影响,当龄期为28d时,有机硅对水泥土抗渗性能的影响大于聚丙烯酰胺对水泥土抗渗性能的影响;(2)结合Matlab、Excel等软件分析实验结果,对实验数据进行了掺聚丙烯酰胺、掺有机硅、同时掺聚丙烯酰胺和有机硅三种情况下的回归分析,并采取固定聚丙烯酰胺掺量,分析不同有机硅掺量对水泥土抗渗性能的影响,得出:当聚丙烯酰胺掺量为0%时,对应的最优有机硅掺量为1%,当聚丙烯酰胺掺量为1%时,对应的最优有机硅掺量为5%,当聚丙烯酰胺掺量为3%时,对应的最优有机硅掺量为3%,当聚丙烯酰胺掺量为5%时,对应的最优有机硅掺量为5%;(3)对比选出的4组最优掺量,并考虑到经济性,认为最好的水泥土外加剂掺量为:聚丙烯酰胺掺量为1%时,有机硅掺量为5%时和聚丙烯酰胺掺量为3%时候,有机硅掺量为3%时两种组合,对上述两种最优的组合进行3d、7d、14d、28时的电镜扫描试验,分析其内部结构变化。(4)用灰色系统理论GM(1,3)模型对上述最优的两组试件28d的试验原始数据进行了模拟,得出的模拟值和实测值的误差范围在工程应用的范围之内,并利用模型对剩余的一部分数据进行预测并与实测值相比较,其误差在允许范围之内,为抗渗性能的预测提供了一种可以利用的方法。综上所述,在水泥土中掺入聚丙烯酰胺和有机硅能有效的改善其抗渗性能,且龄期和两种外加剂的掺量都能影响水泥土的抗渗性能,通过试验,在考虑经济性和合理性的情况下确定出了两组最优掺量,并利用灰色系统理论GM(1,3)模型对这两组最优掺量的28d试验原始数据进行模拟,其误差在允许范围之内,可以作为实际工程中的预测模型。
【关键词】：水泥土 聚丙烯酰胺 有机硅 抗渗特性
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题依据及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国内研究现状12-14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.3 水泥土应用情况15-16
• 1.4 主要研究内容和技术路线16-17
• 1.4.1 主要研究内容16-17
• 1.4.2 技术路线17
• 1.5 本章小结17-19
• 第2章 水泥土的渗透及改性19-26
• 2.1 渗透理论19-21
• 2.1.1 土的渗透性19
• 2.1.2 达西定律19-20
• 2.1.3 渗透系数的测定20-21
• 2.1.4 土渗透性的影响因素21
• 2.2 水泥土中水泥和外加剂作用过程21-25
• 2.2.1 水泥水化过程21-23
• 2.2.2 有机硅和水泥土作用过程23-24
• 2.2.3 聚丙烯酰胺和水泥土作用过程24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 水泥土渗透试验26-35
• 3.1 抗渗性水泥土原材料的组成26-27
• 3.1.1 水泥26
• 3.1.2 粘土26
• 3.1.3 聚丙烯酰胺和有机硅26-27
• 3.2 试验目的与方案27-28
• 3.2.1 试验目的27
• 3.2.2 试验方案27-28
• 3.3 试验仪器设备28-29
• 3.4 试验步骤29-34
• 3.4.1 确定粘土的天然含水率29
• 3.4.2 粘土的风干与研磨29
• 3.4.3 确定粘土的风干含水率29
• 3.4.4 确定配合比29-31
• 3.4.5 试件的制作、养护及封样31-33
• 3.4.6 水泥土渗透试验33
• 3.4.7 渗透试验注意事项33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 水泥土渗透试验结果与SEM分析35-71
• 4.1 渗透试验结果极差和方差分析及回归模型35-54
• 4.1.1 3d渗透试验结果分析35-39
• 4.1.2 7d渗透试验结果分析39-44
• 4.1.3 14d渗透试验结果分析44-49
• 4.1.4 28d渗透试验结果分析49-54
• 4.2 渗透系数与聚丙烯酰胺和有机硅掺量的回归模型54-65
• 4.2.1 渗透系数与有机硅掺量的回归模型54-58
• 4.2.2 渗透系数与聚丙烯酰胺掺量的回归模型58-62
• 4.2.3 外加剂组合及掺量的优选62-65
• 4.3 SEM结果及分析65-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 灰色系统理论模型及对水泥土抗渗性的预测71-82
• 5.1 灰色系统理论71-74
• 5.1.1 基本概念71-72
• 5.1.2 基本原理72-73
• 5.1.3 主要内容73
• 5.1.4 水泥土抗渗性能的灰色系统特征73-74
• 5.2 GM模型的建立74-77
• 5.2.1 建立GM（1,1）模型74-75
• 5.2.2 检验GM（1,1）模型75-76
• 5.2.3 GM（1,1）模型的适用范围76
• 5.2.4 建立GM（1,N）模型的步骤76-77
• 5.3 GM（1,3）模型在水泥土抗渗性中的应用77-80
• 5.3.1 建立GM(1,3)模型77-79
• 5.3.2 GM(1,3)模型对水泥土渗透系数的预测及误差分析79-80
• 5.4 本章小结80-82
• 结论与建议82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读学位期间取得学术成果88

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本文编号：976231