【摘 要】
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在混凝土水化硬化过程中,因混凝土收缩所导致的开裂问题无法避免。在混凝土开裂后,氯离子等有害离子会沿着裂缝进入内部,造成钢筋锈蚀,导致混凝土耐久性下降、服役寿命缩短。因此,研究抑制混凝土的收缩开裂就具有十分重要的意义。最新研究表明,硅烷作为一种优异的混凝土防水材料,在抑制水泥基材料收缩开裂方面同样展现出优良的效果。本文根据前期研究,在异丁基三乙氧基硅烷（IBTS）基础上,通过溶胶合成法复合正硅酸四乙
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在混凝土水化硬化过程中,因混凝土收缩所导致的开裂问题无法避免。在混凝土开裂后,氯离子等有害离子会沿着裂缝进入内部,造成钢筋锈蚀,导致混凝土耐久性下降、服役寿命缩短。因此,研究抑制混凝土的收缩开裂就具有十分重要的意义。最新研究表明,硅烷作为一种优异的混凝土防水材料,在抑制水泥基材料收缩开裂方面同样展现出优良的效果。本文根据前期研究,在异丁基三乙氧基硅烷（IBTS）基础上,通过溶胶合成法复合正硅酸四乙酯（TEOS）和氧化石墨烯（GO）,制备出TEOS/IBTS复合乳液、GO/IBTS复合乳液和TEOS/GO/IBTS复合乳液。将三种硅烷复合乳液通过表面涂覆或内掺方式施加于水泥基材料中,研究了硅烷复合乳液对水泥基材料收缩和开裂的抑制效果,并通过一系列微观测试技术,分析了硅烷复合乳液抑制混凝土开裂的作用机理。1.三种硅烷复合乳液对水泥基材料力学性能的试验结果表明,硅烷复合乳液对水泥基材料力学性能的作用随掺量和龄期的变化而变化。适宜的掺量能够提升水泥基材料的抗折、抗压强度。2.三种硅烷复合乳液对水泥基材料收缩开裂的研究结果表明,水泥基材料干燥收缩变形主要集中在前60天,60天后其收缩趋于稳定;水泥基材料收缩率随水灰比提高而增大,担当水灰比过小时,会产生较大自收缩。内掺或表面涂覆硅烷复合乳液可以延缓水泥基材料的收缩趋势,减小基体的收缩开裂,提高水泥基材料抗裂等级。随着内掺量（或涂覆量）的增加,硅烷复合乳液的抗收缩开裂效果增强。在内掺组中,TEOS/GO/IBTS复合乳液抑制混凝土收缩开裂的效果优于TEOS/IBTS复合乳液和GO/IBTS复合乳液。而在表面涂覆组中,GO/IBTS复合乳液对混凝土收缩开裂的抑制效果优于TEOS/IBTS复合乳液和TEOS/GO/IBTS复合乳液;并发现表面涂覆的硅烷复合乳液是通过抑制水泥基材料的水分散失来抑制水泥基材料的干燥收缩。3.通过早期水化热测试和综合热分析手段,研究内掺硅烷复合乳液对水泥水化行为的影响。早期水化热测试结果表明,内掺硅烷复合乳液会延缓水泥早期（24小时内）水化速率,延迟水化放热峰的出现,并使水化放热峰值降低。综合热分析结果则表明适宜掺量的硅烷复合乳液促进水泥后期（3天、7天和28天）水化进程。但当硅烷复合乳液掺量为4%时,水泥水化程度显著降低,此结果与力学性能试验结果相符。三种硅烷复合乳液中,TEOS/GO/IBTS复合乳液对水泥水化进程促进作用最强、最稳定。4.孔结构测试结果表明,内掺硅烷复合乳液砂浆的累计孔隙体积均小于未内掺砂浆。内掺TEOS/GO/IBTS复合乳液的砂浆中值孔径、平均孔径和孔隙率最小。通过红外光谱、X-衍射、扫描电镜等微观试验,证明内掺硅烷复合乳液能够与水泥基材料良好的结合,并对水泥水化产物的结构进行优化,使得水泥基材料的力学性能得到增强,最终提高硅烷复合乳液水泥基材料的抗收缩开裂性能。
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