温敏凝胶(PNIPAM)水泥基复合材料性能及孔结构特征研究

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1、分类号:U41410710-2015131019硕士学位论文温敏凝胶（PNIPAM）水泥基复合材料性能及孔结构特征研究张婷导师姓名职称王振军教授申请学位类别硕士学科专业名称材料学论文提交日期2018年4月18日论文答辩日期2018年6月3日学位授予单位长安大学Propertiesandporestructurecharacteristicsofcement-basedcompositesincorporatingwiththermosensitivegel(PNIPAM)ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Ting

2、ZhangSupervisor：ZhenjunWangChang’anUniversity,Xi’an,China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

3、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(CH3)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

4、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%。关键词：水泥基材料，聚N-异丙基丙烯酰

5、胺，耐久性能，孔结构，分形维数IAbstractCement-basedmaterialisacomplexporousmaterial.Itsporestructureiscloselyrelatedtomechanicalpropertiesanddurability.Thedurabilityofcementconcrete,suchasshrinkagecracking,freezingthawingdamageanderosiondamage,iseasytooccurundertheinfluenceofexternalenvironment,whichseriousl

6、yaffectsthesafetyandlifeofcementconcrete.Itisnowknownthatthecombinedcement-basedmaterialsandpolymermaterialsisaneffectivewaytoimprovethedurabilityofconcrete.Inthispaper,N-isopropylacrylamide(PNIPAM)wasmade,andtheirpropertieswerestudied.TheeffectofPNIPAM-cementbasedmaterialsontheperformance,mec

7、hanicalproperties,durabilityandporestructurewasstudied.Thecomplexityofporestructurewascharacterizedbyfractaldimension.ThetemperaturesensitivemechanismofPNIPAMandtheinfluencemechanismofPNIPAMontheporestructureofcementmaterialswerealsodes