结晶性能

结晶性能（共9篇）

结晶性能 篇1

染料工业是国民经济中的重要行业,其产品的应用主要是在纺织品、皮革、食品、涂料、油墨及橡胶等领域[1],但染料废水的排放加剧了对自然生态系统的破坏。这些染料分子或者其代谢物可能含有剧毒,有潜在的致癌性,甚至引起暴露在外的生物有机体有机突变或过敏。它们不仅污染环境而且穿过整个食物链,导致生物放大。结晶紫是一种典型的碱性阳离子染料,被广泛应用于纸张染色,短期染发,棉、毛的染色,会引发一些具有伤害性的结果,如使人心率增加、呕吐、颤抖、发绀、黄疸病,四肢麻痹和组织坏死[2],因此有必要在结晶紫通过工业排放排入废水之前将其移除。有关阳离子染料废水的脱色研究,国内外已试用多种方法,包括离子交换法、吸附法、臭氧氧化法、化学生物法等,但处理效果难以令人满意。

水凝胶是通过共价键、范德华力或氢键等作用相互交联形成三维网络结构,在水中能够溶胀但不溶解的聚合物,在组织工程、物质分离和染料吸附等领域中具有广阔的应用前景。将水凝胶用于染料废水吸附具有成本低廉、设计简单、操作简便和环境友好等优点[3,4,5,6,7]。易菊珍等[8,9,10]虽然合成并研究了腐植酸钠/聚异丙基丙烯酰胺/黏土杂化水凝胶和腐植酸钠/聚丙烯酰胺/黏土杂化水凝胶的吸水性,但并未对其染料吸附性能进行系列的比较。

本工作分别采用丙烯酰胺(Acrylamide, AM)和异丙基丙烯酰胺(Isopropylacrylamide, NIPAM)作为功能单体、以亚甲基双丙烯酰胺(Methylene-bis-acrylamide, MBA)作为化学交联剂、以无机纳米黏土硅酸镁锂(Lithium Magnesium Silicate Hydrate, LMSH)作为物理交联剂,在水溶液中合成4种不同类型的水凝胶,用其处理模拟结晶紫废水,比较了4种水凝胶上的孔洞形态和对结晶紫的吸附行为。

1 实验

1.1 原料与试剂

丙烯酰胺(AM):分析纯,天津市化学试剂研究所。N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),分析纯,用甲苯-环己烷(60∶40,体积比)混合试剂重结晶,真空干燥,东京化成。交联剂:硅酸镁锂(LMSH)[(Mg,Li)3Si4O10(OH)2·4H2O],石家庄栾城资信工贸有限公司。亚甲基双丙烯酰胺(MBA),甲醇重结晶,天津市科密欧化学试剂有限公司。引发剂:过硫酸铵(Ammonium Persulfate,APS),分析纯,天津市风船化学试剂科技有限公司。催化剂:四甲基乙二胺(Tetramethylethylenediamin,TEMED),分析纯,上海化学试剂公司。溶剂:去离子水。阳离子染料:结晶紫(Crystal Violet,CV)。

1.2 凝胶的合成

分别以丙烯酰胺(AM)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体,在化学交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和物理交联剂无机纳米黏土硅酸镁锂(LMSH)的作用下制备4种水凝胶,依次命名为AC,AP,NC和NP凝胶。A是AM的缩写,N是NIPAM的缩写,C是采用化学交联剂,P是采用物理交联剂。

表1为不同种类水凝胶配方。根据表1,称取交联剂MBA或LMSH加入去离子水中,氮气保护下磁力搅拌至均一透明溶液,然后加入单体AM或NIPAM,将环境温度降至5℃以下,30min后依次加入APS和浓度为2%的TEMED水溶液,15min后将反应混合溶液倒入模具中密封,在22℃聚合24h。

反应完毕后从模具中取出水凝胶,切成大约厚为2mm直径10mm的薄片,用去离子水浸泡7d,每12h换一次去离子水以除去未反应的单体和杂质。

1.3 结构表征和性能测试

1.3.1 紫外可见分光光度计(UV/Vis)

将溶胀平衡的4种水凝胶室温干燥至平衡状态,称其干燥后的质量(m)后放入30mL浓度为10mg/L结晶紫水溶液中进行吸附测试,每隔一段时间用北京普析通用公司的TU-1901型紫外可见分光光度计测试结晶紫溶液的吸光度并记录,得到结晶紫溶液随时间变化的吸光度曲线。根据吸光度和标准曲线计算结晶紫溶液在t时刻的浓度Ct,按式(1)计算出凝胶吸附量Qt:

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式中:V为溶液体积;m为凝胶干燥后的质量;C0和Ct分别是CV溶液的起始浓度和t时刻浓度。

1.3.2 扫描电子显微镜观察(SEM)

将溶胀平衡的水凝胶样品用滤纸拭去其表面水分,放入Alpha 1-4LD型冷冻干燥机在-60℃冷冻干燥24h除水,然后切取凝胶断面喷金,用Quanta 200型扫描电镜观察其断面孔洞尺寸和分布。

1.3.3 最大溶胀度测试

将干态凝胶样品称重后分别放在20℃去离子水中,48h后取出并用滤纸拭去表面水分,称重,按式(2)计算最大溶胀度(Maximum Swelling Ratio,MSR):

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式中:m∞为溶胀平衡后的凝胶质量;md为凝胶干态下的质量。

2 结果与讨论

2.1 结晶紫的吸收光谱

结晶紫(CV)为绿色具金属光泽晶体粉末,可溶于水,是三苯甲烷类染料,内含醌式结构,溶液呈紫色。结晶紫水溶液在400～700nm范围的吸收光谱如图1所示,图1左上角为结晶紫的结构式。可以看出,以水为参比,结晶紫水溶液在591nm处有一强吸收峰,因此在标准曲线和凝胶吸附性能研究中选择591nm为测定波长,即λmax=591nm。

2.2 不同类型水凝胶的断面形态

为防止凝胶的结构和孔洞形态发生变化,采用冷冻干燥法制样,凝胶中的冰直接被升华,以避免对凝胶结构的破坏。图2是不同类型水凝胶达到溶胀平衡后经冷冻干燥处理后的扫描电镜照片。可以看出,化学交联的AC和NC凝胶的孔壁要比物理交联的AP和NP凝胶厚,且通孔少,这种差异来源于交联剂种类和交联方法的不同。对于采用无机纳米黏土LMSH交联的AP和NP水凝胶,其聚合机理类似于Haraguchi[11]等报道的锂皂石/聚合物纳米复合水凝胶,即剥离的黏土片层以氢键、离子键或配位键与polyAM或polyNIPAM高分子链作用扮演着交联剂的角色,交联分子量Mc就等于黏土片层之间的距离Dic,交联密度v由黏土的含量来控制,自由高分子链被固定在黏土片层上。这种交联方式必然导致AP和NP凝胶孔壁薄,孔洞数量多,可容纳更多的水分子,具有更高的水溶胀度。值得注意的是,AP凝胶的孔洞结构呈现长条状排列趋势,这是因为AP凝胶溶胀度过大,其含水量已远远超过孔洞结构承载量,导致凝胶整体因失重向一个方向发生变形。

(a)AC;(b)AP;(c)NC;(d)NP (a)AC;(b)AP;(c)NC;(d)NP

2.3 不同类型水凝胶的最大溶胀度

图3是不同类型水凝胶的最大平衡溶胀度。可以看出,AP和NP水凝胶的MSR均高于AC和NC水凝胶,而又以AP水凝胶的MSR值(34.97)最高,是AC和NC水凝胶MSR值的3～5倍,是NP水凝胶MSR值的1.4倍。AP水凝胶高的MSR是因为AP凝胶具有图2所示的长条状孔洞。对于NP凝胶而言,由于孔洞数量多,因而保证了NP凝胶的MSR值位于AP之后。而化学交联的AC和NC水凝胶孔壁较厚、孔洞尺寸不均一导致MSR值较低。

2.4 不同类型水凝胶的吸附性能

称取不同浓度的结晶紫溶液,用紫外可见分光光度计测试所配置溶液在591nm处的吸光度A,以吸光度A为纵坐标,结晶紫浓度C为横坐标,绘图拟合后得到标准曲线方程,如图4所示。

标准曲线方程:A=0.005+0.23035C (3)

根据式(3),可求出凝胶吸附结晶紫后结晶紫水溶液在不同时间的浓度,并根据式(1)计算出凝胶吸附量Qt。

图5为AP,AC,NP和NC凝胶在室温下对结晶紫的吸附动力学曲线,本实验所用的结晶紫水溶液的浓度为10mg/L。可以看出,使用MBA作为化学交联制备的polyAM(图中标为AC)和polyNIPAM(图中标为NC)水凝胶的吸附量很小,在600min即达到吸附平衡,最大吸附量也不到0.8mg/g。而使用无机纳米黏土硅酸镁锂(LMSH)作为物理交联剂制备的两种凝胶(图中标为AP与NP)均具有非常好的吸附效果,达到吸附平衡后,最大吸附量均超过5mg/g,是AC和NC凝胶的5～8倍。

上述结果表明,采用无机纳米黏土硅酸镁锂(LMSH)制备的水凝胶对结晶紫的吸附效果优于采用亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制备的水凝胶。这是由于MBA交联的水凝胶和单体(AM或NIPAM)反应速率不一致,而造成凝胶交联点不均一,孔洞尺寸分布较宽,交联网络紧密,在水溶液中溶胀速率慢,溶胀体积小,因此CV分子很难进入AC或NC水凝胶的三维网络结构中,其吸附量也非常低。而采用LMSH制备的NP或AP水凝胶因孔洞数目多、孔壁薄,溶胀速率快,因而CV分子可以更快地进入NP或AP凝胶网络中,导致具有较高的吸附量。有关LMSH的分散特点和所制备水凝胶的性质,文献[12]中进行了详细的探讨和分析。

此外,比较AP和NP水凝胶的CV吸附曲线,可以看出AP水凝胶的吸附量最高,吸附速率最快,并且能快速达到吸附平衡。这是因为AM相比于NIPAM,没有疏水性的异丙基基团,表现出更高的亲水性,特别是其所具有的长条状孔洞结构,导致AP凝胶溶胀速率更快,吸附量更大。然而需要指出的是,由于AP水凝胶溶胀度太大,导致强度太低取用不便,特别是放入结晶紫溶液中达到溶胀平衡后,基本无法取出。因此,虽然AP水凝胶具有最高的吸附量和最快的吸附速率,但实际应用困难。

不同交联剂制备的polyNIPAM水凝胶(NP和NC)及吸附结晶紫后的外观如图6所示。可见,LMSH交联的NP水凝胶透明度高,溶胀度大,吸附效果好;而MBA交联的NC水凝胶透明度低,溶胀度低,吸附效果差。此外,以MBA作为化学交联剂制备的NC(含AC)凝胶由于宏观力学性能低,脆性大,操作中易发生断裂,也不利于实际应用。

(a)NP吸附前;(b)NC吸附前;(c)NP吸附后;(d)NC吸附后(a)NP hydrogel before removing crystal violet;(b)NC hydrogel before removing crystal violet;(c)NP hydrogel after removing crystal violet;(d)NC hydrogel after removing crystal violet

3 结论

(1) 以无机纳米黏土硅酸镁锂(LMSH)作为交联剂制备的水凝胶孔壁薄,孔洞数量多,其最大溶胀度是以亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为交联剂制备的水凝胶的最大溶胀度的3～5倍。

(2)使用MBA作为交联剂制备的聚丙烯酰胺(polyAM)和聚异丙基丙烯酰胺(polyNIPAM)水凝胶对结晶紫的吸附量小于0.8mg/g。

(3)使用LMSH作为交联剂制备的polyAM和polyNIPAM水凝胶均具有非常良好的吸附性能,是MBA交联水凝胶吸附量的5～8倍,并且能快速达到吸附平衡。

(4)由于LMSH交联polyAM水凝胶溶胀度太高,强度过低,不方便取用,因而LMSH交联的polyNIPAM水凝胶是最佳的结晶紫吸附剂。

参考文献

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结晶性能 篇2

β晶型成核剂对聚丙烯力学及结晶性能的影响

研究了N,N′-二环己胺基对苯二酰胺作为β成核剂对聚丙烯(PP)力学性能及结晶性能的影响. 结果表明,成核剂具有使聚丙烯增韧的`优异性能,当添加质量分数为0.3%时,其抗冲击强度由原来的36.06 J/m2提高到65.79 J/m2. DSC研究表明,添加β成核剂可以诱导PP中β晶生成. 考察了冷却速率对结晶温度的影响,当冷却速率为10 ℃/min时,结晶温度从118.38 ℃提高到124.53 ℃,表明该成核剂的加入使结晶向高温方向偏移,结晶速度加快.

作 者：刘晓霞 张普玉 LIU Xiao-Xia ZHANG Pu-Yu  作者单位：河南大学精细化学与工程研究所,开封,475001 刊 名：应用化学  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY 年，卷(期)：2006 23(11) 分类号：O631.1 TQ314.2 关键词：聚丙烯   β成核剂   酰胺   结晶  

结晶性能 篇3

关键词：聚酰胺树脂,层析,分离,微观形态,结晶

聚酰胺 (简称PA) 的最大应用领域是制造具有一定强度和模量的结构材料, 如各种PA纤维及其制品, 各种PA工程塑料及其制品, 等等。但PA另外还有一种用途, 那就是用作分离材料, 又称之为层析材料。[1,2]

用作层析材料的PA, 一般是由己内酰胺聚合而成的PA6或由己二酸和己二胺聚合而成的PA66。PA树脂能分离物质的机理, 是由于PA分子中含有丰富的酰胺基团, 这种酰胺基团可与酚类、酸类、醇类、硝基化合物等形成氢键。当被分离物质流经PA树脂分离柱时, 能形成氢键的物质被PA树脂吸附, 从而与不能形成氢键的物质分离。再通过一种溶剂分子取代被吸附的酚性等化合物, 就可从PA柱上洗脱被吸附的化合物, 完成物质分离过程[3,4,5,6]。层析PA典型的应用例子, 是从天然植物中分离有效药用成分, 如从茶叶中分离茶多酚和从葛根中分离黄酮类化合物[7,8]。

中国石化集团巴陵石油化工有限责任公司近年生产了可用于层析分离的PA树脂, 经用户使用, 层析分离效果很好。本实验着重分析和研究其作为一种高分子材料的颗粒微观形态、结晶和熔融性能等基本特性, 并与市售普通层析PA树脂和工程塑料级PA树脂进行比较, 为进一步研究和开发此类功能性高分子材料提供基础数据。

1 实验部分

1.1 主要原料

层析PA树脂PA-1, 30～60目微细颗粒, 中国石化集团巴陵石化公司产品;层析PA树脂PA-2, 60～80目微细颗粒, 中国石化集团巴陵石化公司产品;层析PA树脂PA-3, 60～80目微细颗粒, 国药集团化学试剂有限公司产品, 市售;工程塑料级PA6 (KyCon) , 普通粒料, Du Pont公司产品;工程塑料级PA6 (Ultramit 6A) , 普通粒料, BASF公司产品。

1.2 性能测试

1.2.1 微观颗粒形态观察

少量经干燥处理的层析PA树脂微细颗粒, 均匀分布于载玻片上, 采用瑞士WILD公司的M3C型多用途光学显微镜进行反射光下显微观察和拍摄, 其中, 用德国SCHOTT公司KL1500 eletronic表面反射主光源, KL1500 LCD为辅助透光光源。成象系统为PixeLINK PL-A662型专用数码相机。

1.2.2 偏光显微镜观察

少量经干燥处理的层析PA树脂微细颗粒, 均匀分布于载玻片上, 在德国Leitz Wetzlar公司产RTHOLUX II POL-MK偏光显微镜观察并拍摄样品球晶照片。拍摄放大倍率均为40倍。

1.2.3 差示扫描量热法 (DSC) 分析

使用美国产METTLER TOLEDO 822型DSC分析仪, 按如下程序测试:由室温以10℃/min升温至300℃, 在300℃停留3min, 以消除热历史。接着以10℃/min降温至20℃, 在20℃停留3min, 测试并记录结晶曲线。再10℃/min升温至300℃, 测试并记录熔融曲线。整个测试过程N2保护。

2 结果与讨论

2.1 层析PA颗粒的微观形态

采用表面反射光学显微镜和偏光显微镜两种方法, 观察巴陵石油化工有限责任公司的两种多孔状层析PA树脂PA-1 (30～60目) 和PA-2 (60～80目) 的微观颗粒形态结构, 并与市售普通层析PA树脂PA-3 (30～60目) 作微观颗粒形态对比。

2.1.1 表面反射光学显微镜观察

图1和图2分别是PA-1 (30～60目) 和PA-2 (60～80目) 的表面反射光学显微镜照片。由图可以看出, 两种层析PA树脂颗粒的外观相似, 大小均匀, 形状规整。由于都是多孔结构, 表面看起来同样非常粗糙。两种树脂之间的不同之处只是粒径大小不同而已。

图3是市售的普通层析PA树脂PA-3的表面反射光学显微镜照片。由于该树脂粒径同样是30～60目, 可以与图1中的PA树脂PA-1作对比。对比发现, PA-3的大小均匀度和形状规整度皆不如PA-1好。此外, PA-3的表面粗糙度不如PA-1大, 说明在内部微观结构上, PA-3树脂颗粒不如PA-1树脂颗粒的多孔结构丰富。另外, 图3上还显示有一些纤维状物质, 说明市售普通层析PA树脂PA-3含有一定杂质, 纯净度不如PA-1和PA-2树脂高。

2.1.2 透射偏光显微镜观察

图4是PA-1、PA-2和PA-3 3种层析PA树脂的偏光显微镜照片。由照片可见, 3种层析PA树脂在双偏振光下均有明暗相间的透光效应。研究中特别进行了有偏振光和无偏振光的光学响应试验, 发现无偏振光时3种PA树脂样品都不透光, 在单偏振光下略透光, 而在双偏振光下具有最明显的透光效果, 由此说明3种PA树脂都是结晶性聚合物。

进一步对照图4 (a) 、 (b) 和 (c) 还可以发现, PA-1颗粒在偏振光下透光明暗均匀, 而PA-3颗粒在偏振光下透光明暗很不均匀, 有明显的一片黑或一片白的现象。上述结果进一步说明, PA-3的微孔结构的均匀度大大低于PA-1, 不排除PA-3颗粒中部分区域是实心结构, 这种实心结构将大大影响其作为层析分离 (吸附) 的效果。

(a-PA-1;b-PA-2;c-PA-3)

2.2 层析PA的结晶和熔融性能比较

2.2.1 层析PA之间的结晶性能比较

对层析PA树脂进行DSC分析的目的, 是进一步表征它们的结晶和熔融特性。选择PA-1和PA-3进行结晶和熔融特性比较。图5是PA-1和PA-3两种PA树脂试样经过熔融并消除热历史后的降温结晶DSC曲线, 表1是上述过程所对应的结晶参数。由图5曲线和表1参数可以发现, 在降温结晶过程中, PA-3的结晶初始温度和结晶峰温度高于PA-1, PA-3的结晶焓 (66.74 J/g) 大大高于PA-1 (12.38 J/g) , 说明PA-1在结晶过程中晶核生成和晶体生长都比PA-3困难, 整个结晶过程比PA-3延迟发生。由于结晶过程延迟发生, 因此, 在DSC分析测试条件下, PA-1的结晶过程来不及完全发生, 或者所发生的结晶程度远远低于PA-1。

图6是PA-1和PA-3试样经消除热历史, 并在图5所进行的相同条件结晶之后的升温熔融DSC曲线, 表2是上述过程所对应的熔融参数。发现在升温熔融过程中, PA-1和PA-3在208℃附近各有一个熔融峰 (PA-1略低于PA-3) , 说明两种层析PA的熔点相近。再看两者的熔融焓, 发现结晶过程中结晶焓明显较低的PA-1, 此时熔融焓已与PA-3接近, 说明PA-1在结晶后期, 即在低温停留过程以及在升温初始阶段, 继续发生着结晶过程, 使结晶得以进一步完善。

从图6熔融初期曲线还可以发现, PA-1在120℃附近有一个低温熔融峰, 而PA-3没有这一低温熔融峰。推测PA-1在低温阶段逐步完善的结晶具有一定的松散度, 这部分结晶的熔点较低。而PA-3不存在低温熔融峰, 说明它能在降温过程的高温区完成结晶, 结晶结构紧密、完善。这种松散的结晶结构, 很可能成为这类层析PA树脂具有丰富微孔结构的重要原因, 有助于提高其吸附和分离功能。

总的来看, PA-1和PA-3两种层析PA的结晶性能差异不大, 两者熔点相近, 结晶度PA-1略低于PA-3, 但结晶速度PA-1明显低于PA-3。

2.2.2 层析PA与工程塑料级PA的结晶和熔融性能比较

作为比较, 分别选择Du Pont公司产PA6 (KyCon) 工程塑料和BASF公司产PA6 (Ultramit 6A) 工程塑料, 与巴陵石化公司层析PA-1的结晶和熔融性能进行比较。

图7是PA-1和两种工程塑料级PA试样经过熔融并消除热历史后的降温结晶DSC曲线, 表3是上述过程所对应的结晶参数。可以发现, 层析PA-1的结晶性能介于PA6 (KyCon) 和PA6 (Ultramit 6A) 两种工程塑料之间, 但总体上层析PA-1比所选两种工程塑料级PA6的结晶速度慢, 结晶过程中的结晶焓小。

图8是层析PA-1和两种工程塑料级PA试样经消除热历史, 并在图7所进行的相同条件的结晶之后的升温熔融DSC曲线, 表4是上述过程所对应的熔融参数。发现PA-1的熔点、熔程和熔融焓 (结晶度) 等性能也介于两种工程塑料级PA之间。

以上结果表明, 无论从偏光显微镜观察结果, 还是DSC分析结果, 总体上讲, 层析PA的结晶和熔融性能与工程塑料级PA6相近, 因此, 层析PA仍然是一种结晶聚合物。

3 结 论

(1) 层析PA树脂是一种微细颗粒状多孔材料。与市售层析PA树脂相比, 巴陵石化生产的层析PA树脂颗粒的形状规整, 粒度均匀, 纯净度高, 多孔结构丰富。

(2) 层析PA树脂仍然是一种结晶性聚合物, 熔点在208℃附近, 与工程塑料级PA6相比, 层析PA树脂的结晶速度慢, 结晶过程中的结晶焓小。巴陵石化生产的层析PA树脂具有部分形成松散的结晶结构的能力, 有利于增加微孔结构, 提高其吸附和分离功能。

(本文部分研究工作由吴唯教授与M.H.Wagner教授合作完成于德国柏林工业大学)

参考文献

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智慧的结晶——书 篇4

六三班

江昊文

尊敬的老师，亲爱的同学们大家好，我是来自六年级三班的江昊文，今天我为大家所介绍的书是鲁迅一本著作——《狂人日记》。

《狂人日记》是由一个个短篇小说组织起来的短片小说集，这本小说集主要描绘的是当时旧社会的黑暗，反映了当时政府的腐败。

在这本书中，最令我难忘的一篇故事名字叫作——“药”，别看这故事名字比较正常，小说里，它说的“药”却并不是药店里的那种治病救人的药，而是用馒头蘸被枪杀的革命战士的血做成的一种“药”，它是专门给生病的孩子吃的，在当时愚昧的中国人看来这种药是无价之宝，是包治百病的“仙丹”，想象一下，当人们在抢药的同时，又有谁在为那个牺牲的革命战士而感到沉痛、悲伤呢？在这篇故事中，我深刻体会到了:鲁迅先生用他的文笔从侧面揭露了中国百姓当时的愚昧、迷信、无知。

还有一篇很精彩的故事令我印象深刻，它的名字叫做《孔乙己》。文中的主人公孔乙己高大、威武，长得牛高马大，但是他却是一个小偷，他在一次行窃的时候，被人当场抓住，并被羞辱，还将他活生生的打残了。我敢说孔乙己他原本不会去当小偷，但是，由于他生活在了那个黑暗的时代，迫不得已只有去当小偷。

合上这本书，我思索着，回味着，又一次想到了那句让我开始感到疑惑不解的话：“一篇小说，微缩一个世界，一个鲁迅，看清一个中国。”终于，我明白了这句话的意义。

结晶性能 篇5

1 试验部分

1.1 试验原料

氢氧化铝、甲基硅酸钾、羧酸单体、丙二醇、去离子水、表面活性剂,均为市售工业级。

1.2 新型水性渗透结晶防水剂的合成

将甲基硅酸钾加入去离子水中,升温溶解后加入一定量的氢氧化铝及丙二醇,搅拌溶解,保温1 h,然后在此温度下加入羧酸单体反应2 h,降温,过滤除去不溶物,在滤液中加入表面活性剂,搅拌溶解后得到澄清透明溶液,即为新型水性渗透结晶防水剂。参照JC/T 1018—2006《水性渗透型无机防水剂》标准对该防水剂进行性能检测,结果见表1。

1.3 性能测试

1.3.1 抗渗性能测试

依据JC/T 1018—2006《水性渗透型无机防水剂》中抗水渗透试验方法测试新型水性渗透结晶防水剂的抗渗性能。水渗入试件的深度测定:在7 d抗渗压力试验完成后,切开试件断面,分别测量10个点的水渗入深度,计算平均值。

1.3.2 收缩性能测试

参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行测试。

1.3.3 力学性能测试

按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 甲基硅酸钾与羧酸单体比例对抗渗性能的影响

投料比是影响产品最终性能的主要参数之一,在保证其他工艺参数不变的情况下,改变甲基硅酸钾及羧酸单体的比例,测试制得的新型水性渗透结晶防水剂对混凝土抗渗性能的影响,结果见图1。从图1可以看出,随着羧酸单体用量的增加,混凝土试件的7d渗入深度呈减小趋势。这主要是由于随着羧酸单体用量的增加,高分子聚合物形成的聚合物膜堵塞混凝土中的连续空隙及毛细孔道,使得抗渗性能提高[5]。

2.2 表面活性剂的选择及用量对抗渗性能的影响

表面活性剂的选择是影响防水剂抗渗能力的一个关键因素。本研究选用表面活性剂A、表面活性剂B以及表面活性剂C进行对比试验,结果见图2。从图2可以看出,采用表面活性剂C制得的新型水性渗透结晶防水剂的抗渗能力最佳。表面活性剂C的用量以占单体总量的0.3%～0.5%为佳,用量太大由于其本身的吸水性,会影响防水效果;用量太小则抗渗能力减弱[6]。

2.3 新型水性渗透结晶防水剂对不同强度混凝土抗渗性能的影响

图3显示了从C20到C50不同强度等级的混凝土未刷涂防水剂的试件及刷涂防水剂的试件水渗入深度的曲线。从图3可看出,C20混凝土试件的渗水深度大于其他混凝土试件的渗水深度,这是由于C20混凝土密实性差、毛细孔通道多。另外,从图3还可以看出,随着混凝土强度的增大,试件渗入深度的降低率增大,这表明高强度混凝土刷涂防水剂后抗渗性提高幅度较大,可能由于混凝土密实度高,内部空隙较少,刷涂防水剂后空隙很容易被填充,故抗渗性提高幅度较大;反之,其抗渗性提高幅度就小。

2.4 新型水性渗透结晶防水剂对混凝土收缩性的影响

图4为新型防水剂中氢氧化铝的用量对混凝土收缩性能的影响。从图4可知,涂刷新型防水剂的混凝土试件收缩变形低于常规混凝土试件,且其收缩率比随氢氧化铝用量的增加而增大,随养护龄期的延长而减小。前7 d,试件收缩值增加速率较快,之后有所减缓,可能由于前期混凝土毛细管中水分蒸发较快,故收缩也就越强烈。

2.5 新型水性渗透结晶防水剂对混凝土力学性能的影响

图5是混凝土强度等级对抗压强度的影响;图6是混凝土强度等级对抗折强度的影响。从图5和图6可以看出,各强度等级的混凝土试件刷涂新型防水剂后,抗压强度及抗折强度均高于基准试件。新型防水剂能够改善混凝土的抗压、抗折强度,并且随着混凝土强度等级的提高,其抗压比和抗折强度比逐渐减小。这是由于适量的防水剂能够增加混凝土的密实度,进而提高其抗压和抗折强度,然而强度等级较高的混凝土本身密实度就大,所以抗压和抗折强度提高的幅度较小[7]。

3 结语

通过改性制得了一种新型水性渗透结晶防水剂,考察了防水剂中甲基硅酸钾与羧酸单体的比例、表面活性剂种类及用量以及混凝土强度等级对混凝土抗渗性能的影响,同时还研究了该防水剂对混凝土收缩性和力学性能的影响,得到以下结论:1)刷涂该新型防水剂的混凝土试件的抗渗压力可达1.9 MPa以上;2)随着防水剂中硅酸盐与羧酸比例的减小,在一定的水压下,水渗入混凝土试件的深度呈减小趋势,且混凝土强度等级越高,刷涂该防水剂后其抗渗效果越好;3)涂刷该防水剂的混凝土试件有很好的抗收缩性能;4)该防水剂可以提高混凝土的抗折强度及抗压强度。

参考文献

[1]陶新明,黄金荣,吴,等.无机水性渗透结晶型高效防护剂对混凝土耐久性能的影响研究[J].中国建筑防水,2010(18):17-20.

[2]姬海君,周述光,王振军.新型改性有机硅防水剂合成工艺研究[J].新型建筑材料,2005(7):43-44.

[3]许永彰,李庆霖,许永彤.JG无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的研发[J].福建建材,2010(3):10-12.

[4]王芳,孟.水泥基渗透结晶型防水材料的研制[J].中国建筑防水,2010(13):4-7.

[5]韩朝辉.聚合物水泥防水砂浆的性能研究[J].中国建筑防水,2012(4):3-6.

[6]陈沅江,潘长良,曹平.表面活性剂提高水玻璃浆材渗透性能的试验研究[J].勘察科学技术,2000(3):29-33.

结晶性能 篇6

蓝月湾居住小区二期工程,位于厦门市未来海岸居住区。小区由S1#、S2#、N1#、N2#楼组成,总建筑面积约89210m2。本工程为高层商住楼,地下一层;建筑面积10249.48m2,地上建筑面积为74858.31m2。商业中心为地上3层;S1#、N1#楼和S2#楼Ⅰ区、N2#楼Ⅰ区为地上18层,建筑高度60.65m,S2#楼Ⅱ区、N2#楼Ⅱ区为地上32层,建筑高度99.35m。地下室为设备用房及汽车库、商业用房。地上1层为公共活动用房,住宅门厅、设备用房、商业用房;地上2层至3层为商业用房;4层至32层为住宅。

建筑设计等级单项2级;屋面防水等级Ⅱ级,地下室防水等级为二级,地下室局部电表间、变电所防水等级一级。

2 设计要求

由于厦门市地下水丰富,考虑到地表水、上层滞水、毛细管地下水位高、压力大等情况,为确保该楼的地下室防水达到二级防水要求,地下室采用密实性砼C45S8自防水,并在迎水面采用新型的高技术防水材料--水泥基渗透结晶型防水材料做外防水。

3 执行技术标准

按国家现行标准《地下防水工程质量验收规范》(GB50208-2002)、《水泥基渗透结晶型防水材料》(GB18445-2001)以及国标图集《地下建筑防水构造》(02J 301)和参照该产品质量出厂检验标准。采用的XYPEX(赛柏斯)水泥基渗透结晶型防水材料主要技术指标见表1:

4 产品简介

4.1 XYPEX水泥基渗透结晶型防水材料

XYPEX水泥基渗透结晶型防水材料是由波特兰水泥、极细硅砂和多种特殊的活性化学物质组成的灰色粉末状无机材料。其工作原理是XYPEX特有的活性化学物质利用本身固有的化学特性及多孔性,以水为载体,借助渗透作用,在混凝土微孔及毛细管中由高浓度向低浓度方向传输、充盈,催化混凝土内的微粒的不完全水化成分再次发生水化反应,而形成不溶性的枝蔓状结晶并与混凝土结合成为整体,从而使任何方向来的水及其它液体被堵塞,达到防水、防潮的目的。

4.2 材料特点

(1)不只靠物理作用,更主要是靠化学作用,封堵混凝土内部的微裂缝或毛细孔防水;(2)绿色环保产品,无毒无味;(3)可提高混凝土抗压强度20%~29%;(4)可长期耐受水压;(5)属无机材料,不老化,可以延长混凝土寿命;(6)结晶体可渗透混凝土内最深可达300mm,可做整体防水;(7)抗氧化、碳化、膨胀系数与混凝土基本一致;(8)耐高、低温,抗冻融循环可达350~400次;(9)属水泥基产品,涂层同混凝土粘结牢固;(10)可透气,保持建筑物干爽;(11)有自我修复能力,小于0.4~1mm的裂缝可自我修复;(12)基面允许潮湿且不需做找平面;(13)可与混凝土同步施工,可缩短工期;(14)无需辅助材料,现场干净整齐;(15)对于拐角、接缝、边缘无需填补修整;(16)施工后无需做保护层;(17)可直接接受别的涂层。

5 施工条件

施工前检查基层是否平整、密实,不得有空鼓、起砂起皮现象。如有空鼓、起砂、起皮应铲掉重新修补,施工前应将基层表面突起等杂物、油污、钢筋头等彻底清除干净。基层要求有降水措施,水位须降至施工面以下,空墙管、预埋件、裂缝、变形缝及其它接缝部位应优先局部进行特殊防水处理。

6 施工方案及主要施工方法

6.1 施工布署

依据土建施工进度要求,结合地下室的土建施工方案,采取分块进行防水施工,后浇带部位待浇捣时再进行防水处理,以达到防水要求。地下室底板分四块施工,防水施工也同步进行。地下室底板外防水采取XYPEX防水层干撒法;地下室侧壁外防水采取XYPEX防水层涂刷法。

6.2 XYPEX防水层干撒法

选用XYPEX浓缩剂干撒,施工方法是以平面控制分撒的粉料,要求分撒均匀、用量准确。

在浇筑底板混凝土之前l~2h,将垫层上的杂物清理干净,在绑扎好的钢筋骨架上用筛子将浓缩剂粉料均匀地撒在垫层上,然后浇筑混凝土,即完成作业。

6.3 XYPEX防水层涂刷法

6.3.1 作业条件

(1)XYPEX涂层须在4℃以上条件施工和养护。(2)尽量避免在烈日下施工,如避免不了则施工部位应进行遮护。(3)混凝土浇筑后24~72h为使用XYPEX的最佳时段,因为新浇的混凝土仍然潮湿,所以基面仅需少量的预喷水。(4)混凝土基面应当粗糙、干净,以提供充分开放的毛细血管系统以利于渗透。(5)混凝土基面需要湿润,无论新浇筑的,或是旧的混凝土基面,都要用水渗透,但不能有明水。(6)混凝土基面不得有病害或缺陷部位存在,如有,则要对这些部位先进行局部处理,方可进行施工。混凝土结构裂缝、蜂窝等缺陷应修补加强。(7)混凝土中的水泥含量不得低于10%。(8)基层应经监理及有关单位的联合检查验收确认后,方可进行防水施工作业。

6.3.2 涂刷法施工工艺流程

基面检查→基面处理→基面湿润→制浆→涂刷XYPEX灰浆→检验→养护→验收。

6.3.3 预处理

墙面上钢筋头应割除,凹入墙面,用浓缩剂半干料团然后外涂浓缩剂灰浆。修理缺陷部位,去除有机物、油漆、浮浆等其它粘结物,清除油污起皮等其它不洁物质及疏松物。用钢丝刷、凿子打毛混凝土基面,用干净水清洗处理过的混凝土基面,不准有任何的悬浮物质存留在表面。

6.3.4 基面润湿

喷水充分湿润处理过的基层,使混凝土结构得到充分润湿,但不能有明水。

6.3.5 制浆

(1)浓缩剂粉料与干净的水用搅拌器或戴手套用手调和均匀、无粉团;(2)浓缩剂粉料与水按体积比:粉料:水=5:3拌时间为必须充分搅拌均匀;(3)灰浆的调制:将粉料与水倒入容器内,搅拌时间为3~5min,必须充分搅拌均匀;一次搅拌料不宜过多,以30 min内用完为宜。使用过程中不得另行加水加料。

6.3.6 涂刷方法

(1)灰浆涂刷时需用专用工具半硬的尼龙刷;(2)涂刷时应来回往返用力,以保证凹凸处都能涂上;(3)在平面或台阶处进行施工时必须注意将灰浆涂匀,阳角及凸处要刷到,阴角及凹坑不得有过厚的堆积,否则在堆积处易开裂;(4)大于0.4mm的裂缝经开槽、基面处理后要润湿、再涂刷浓缩剂灰浆待收水后再用浓缩剂半干料团用力填实,浓缩剂半干料团配比:浓缩剂粉:水=6:1(体积比),表面用浓缩剂灰浆涂刷。

7 检验

(1)涂层施工完后,需检查涂层是否均匀,如有不均匀处需进行返工。(2)检查涂层是否有起皮现象,如有,起皮部位需剔除,重新进行基层处理后,再用浓缩剂灰浆涂刷(起皮产生原因主要有:堆积过厚,养护过早,基层不干净,有积水,基层未润透等)。返工部位施工前均需充分湿润,但不得有明水。

8 养护

(1)养护十分重要,必须用净水精心养护,在涂层呈半干状态时,使用雾状水养护,要避免用水冲刷。一般每天需喷水3~5次,连续2~3d。(2)在施工后48h内应防止雨淋、日晒、污水及4℃以下的低温。(3)养护期间不得有任何磕碰现象。

9 回填

XYPEX涂层施工完毕后36h即可回填土,7d之内进行回填要回填湿土,7d之后按原设计要求回填。

1 0 结语

蓝月湾居住小区二期地下室防水工程采用XYPEX水泥基渗透结晶型防水材料经过验收检查均未发现渗漏现象,具有良好的防水效果和经济效果,受到各方的好评,并在其它工程广泛推广应用。

参考文献

[1]GB50208-2002,地下防水工程质量验收规范

[2]GB18445-2001,水泥基渗透结晶型防水材料

[3]《地下建筑防水构造》(02J301)中国建筑标准设计研究院2002

结晶性能 篇7

PP新料制备β-晶已有大量报道[7,8,9],研究表明β-PP相比α-PP具有更高的冲击性能、断裂伸长率、热变形温度和抗光氧化性能。同时发现β-成核剂可诱导PP形成大量β-晶,β-晶含量高低与β-成核剂用量和形成的β-晶形态有关,研究发现β-成核剂普遍存在最佳用量[10,11]。本文使用芳酰胺类β-成核剂TMB-5改性RPP,研究了TMB-5对RPP结晶行为和冲击性能的影响。

1 实验

1.1 原料

回收聚丙烯(RPP),透明特级,东莞市协同塑胶原料有限公司;β-成核剂(TMB-5),山西省化工研究院。

1.2 样品制备

将粒状RPP、成核剂按一定比例(0%、0.1%、0.3%和0.5%)经高速混合机混合5 min,经双螺杆挤出机于190~200℃挤出,经水冷、切粒、干燥,然后在注射机上制备标准试样。

样品分别记为:RPP、RPP-0.1、RPP-0.3和RPP-0.5。

1.3 样品测试

1.3.1 差示扫描量热仪(DSC)测试

采用美国TA公司Q-20型DSC仪,在N2保护下升温熔融样品后以10℃/min降温至100℃,再以10℃/min升温至220℃。

1.3.2 广角X-射线衍射(XRD)测试

采用日本Rigaku公司D/max 2200vpc型粉末X射线衍射仪,管压40 k V,管流20 m A,Cukα-射线,扫描速率4°/min,扫描角度2θ范围5°~40°。用于XRD测试样品的热历史与DSC的相同。β-晶含量Kβ根据Turner-Jones公式计算[12]:

式中:H300为β-晶型300衍射峰的强度,H110、H040和H130分别为α-晶型的三个最强的衍射峰(110)、(040)和(110)的强度。

1.3.3 偏光测试(POM)

采用宁波舜宇仪器有限公司XYP型偏光显微镜,样品加热至220℃后压片,自然降温至室温下进行观察。

1.3.4 冲击性能测试

采用美特斯工业系统(中国)有限公司ZBC7251-C型摆锤式冲击试验机根据GB/T 1043-93标准测试试样的缺口冲击强度。

2 结果与讨论

2.1 结晶行为与冲击性能

图1是RPP和不同用量β-成核剂改性RPP的结晶与熔融曲线,对应数据列于表1。可见,加入β-成核剂可使RPP的结晶温度分别提高了5.6℃、6.8℃和7.8℃,表明β-成核剂对RPP结晶的具有较强的异相成核,且随着β-成核剂用量增加,异相成核作用增强。

从图1(b)可见,RPP的熔融曲线呈现单一α-晶熔融峰,熔融峰温为166.1℃。而β-成核剂改性RPP的熔融曲线出现了较强的β-晶熔融峰,且β-晶熔融峰强度远高于α-晶熔融峰。由图2的XRD曲线可知,β-成核剂改性RPP主要形成β-晶型,且β-晶的相对含量均高于90%,表明β-成核剂TMB-5改性RPP可制备出高β-晶含量的RPP。

从表1可见,β-成核剂改性RPP的冲击强度均高于RPP,且在β-成核剂用量为0.1%时最大为6.08 k J/m2,而RPP的冲击强度仅为3.11 k J/m2,归结于改性后RPP中β-晶具有的高韧性。随着β-成核剂用量的增加,试样的冲击强度反而会下降,说明β-成核剂用量存在临界值。

2.2 结晶形态

从图3中RPP的结晶形态也可看出,RPP主要形成的α-球晶,球晶排列规整。而β-成核剂改性RPP则形成高亮度的β-球晶,球晶尺寸也明显小于RPP。在β-成核剂用量为0.1%时,形成的β-球晶密度最大,继续增加β-成核剂用量,β-球晶数量下降,原因是过多的β-成核剂在RPP中分散不均,导致其β-成核效率下降。

3 结论

(1)TMB-5对RPP结晶具有β-成核作用,可制备β-晶含量高达90%以上改性RPP;

(2)β-成核剂改性RPP的冲击韧性有显著提高,但β-成核剂用量存在临界值;

(3)β-成核剂改性RPP形成高亮度的β-球晶,β-成核剂用量过多会导致β-球晶数量减少。

摘要：采用β-成核剂TMB-5改性回收聚丙烯(RPP),借助差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、偏光显微镜和摆锤冲击测试仪研究了改性RPP的结晶行为、熔融特性、结晶形态以及冲击强度。结果表明,TMB-5对RPP结晶具有强的β-成核作用,可显著提高RPP的结晶温度。同时诱导RPP形成大量β-晶型,从而提高RPP冲击强度。但随着β-成核剂用量的增加,试样的β-晶型含量和冲击强度均下降,说明β-成核剂用量存在临界值。

结晶性能 篇8

天津市快速路密云路桥梁工程[23-1合同], 地处天津市西北部, 该段工程是天津快速路西北半环的一部分, 黄河道分离式立交位于西北半环工程跨规划黄河道路段。采用上下行布置, 上下行两幅桥各长714.660米。采用40+65+45米 (上行) 或45+65+40米 (下行) 三跨变截面混凝土连续梁跨越规划黄河道。其余为等截面混凝土连续箱梁, 梁高1.8米。单幅桥桥面宽为16.25米, 上下行桥梁面积共23075.0平米。桥面防水面积为21655平米。

荷载标准:城市-A级

桥的宽度:桥梁断面布置为0.5m (防撞护栏) -15.25m (机动车道) -0.5m (防撞护栏) -3m (中央分隔带) -0.5m (防撞护栏) -15.25m (机动车道) -0.5m (防撞护栏) , 总宽为35.5m。

地震烈度:按地震烈度7度设计, 8度设防。

桥梁纵坡:最大为3.5%。

桥梁横坡为主线上下行, 各为单面坡, 标准断面为1.5%, 上行线局部设有变坡, 并于中央分割带相应位置设有过水槽口。

桥下净空:跨越规划黄河道≥5.0米。

2 防水原理

防水原理:高性能水泥基渗透结晶型防水材料中含有活性化学物质, 它在水的作用下, 促使混凝土末发生水化反应的部分由表及里继续发生水化反应, 在混凝土毛细孔内生成不溶于水的枝蔓状结晶体, 以此来堵塞混凝土毛细孔, 从而实现混凝土自身的防水效果。

3 施工准备

3.1 施工工具:

桥面凿毛机、铁钎, 铁锤, 钢丝刷, 冲击钻, 吸尘器, 高压水枪, 扫帚, 拖布, 水泵, 刮板, 3-4寸硬毛刷, 拌料桶, 搅拌器, 喷雾水器等。

3.2 施工材料

准确计算材料用量, 材料进场后合理放置, 并做好材料现场抽检工作。

4 施工步骤

4.1 基面处理:

首先用桥面凿毛机为桥面凿毛 (地袱和桥面接壤处10cm也要进行凿毛) , 凿毛的作用时把混凝土桥面的浮浆凿除干净, 并使混凝土表面粗糙, 易于渗透结晶和混凝土桥面结合。

4.2 基面润湿及冲洗:

用高压水枪将桥面清洗干净, 同时进行充分润湿。其作用是使渗透结晶和混凝土桥面结合。

4.3 拌料:

高性能水泥基渗透结晶型防水材料的调配溶剂为干净水, 调配比例为水:粉料=0.35 (重量比) ;调配方法是将粉料慢慢地倒入干净水中, 同时不停地搅拌器搅拌至糊状, 搅拌好的材料中不得有干粉料球;每次搅拌材料不益太多, 并保证每次拌好的材料能在20分钟之内用完。

4.4 涂刷:

将调配好的材料浆糊直接刷在湿润。但不得有明水的混凝土基面上, 材料用量约为1.2kg/m2, 涂层厚度应大于0.8mm。涂刷分两遍以上完成, 第一遍涂层初凝后进行第二遍涂刷 (一般每遍间隔时间约为4小时) , 若第一遍涂层已经泛白, 应用雾状水将涂层润湿后再进行第二遍涂刷。高性能水泥基渗透结晶型防水材料除在桥面除涂摸均匀外, 还要在地袱和桥面接壤处的10cm处也要涂摸均匀, 其目的是为了防止桥面的水透过地袱和桥面的接缝处渗透到梁里。

4.5 养护:

当涂层终凝后, 如果开始泛白就应用雾状水养护 (但不能有积水) , 并保持连续养护1~3天以上。

5 施工要点

5.1 基面必须坚实, 干净, 这是渗透结晶的必要条件。

5.2 基面必须湿透, 这是渗透结晶的基础。

5.3 基面应粗糙, 这是渗透结晶的有利条件。

6 成品保护

防水施工完成后, 涂层要避免受到外力而破坏, 并且在养护期内要及时雾状水养护。

7 渗透结晶的检验

渗透结晶检验执行GB18445-2001标准 (涂料类-表1) ;渗透结晶的水料比为0.35 (质量比) ;渗透结晶每平米材料用量为1.2公斤, 涂层分2~3遍完成, 每遍时间间隔约为4小时;空白基础试件的抗渗数值为0.4MPa, 试件混凝土每立方米各成分用量为:P.O42.5水泥280公斤、水180公斤、砂780公斤、碎石1150公斤。

检验注意事项:a.产品按0.35的水料比搅拌成糊状后, 应继续搅拌2~3分钟, 以便各种活性物资充分溶解。b.空白基础试件的预涂面在拆模前应用钢丝刷刷成毛面。c.柱体试件侧面必须进行满封 (满封材料一般使用石蜡加松香) , 满封层与试件以及受检材料涂层粘接必须紧固, 应确保在加压后满封层以及满封层与涂层结合部位不透水, 如果透水, 则检测人员很容易误判为涂层透水。

8 质量通病及防治

桥面防水层中常见的质量缺陷主要有:桥面防水厚度不均, 如局部过薄造成防水效果不理想, 或局部过厚防水层养生不到位会造成防水层开裂分离;防水层养生不到位, 造成表面开裂, 达不到防水效果;防水层施工完成后, 养生用水过多或遭雨淋, 造成防水效果下降;还有就是成品保护不到位, 再进行下部施工前, 桥面防水层已经破坏。

我们在施工过程中, 严格按照配合比配制防水材料;并且施工时均匀涂刷桥面防水层, 不留死角;防水层施工完毕后, 采用雾状养生器养生;并注意保护防水层成品。

9 结论

结晶性能 篇9

1 试验原材料

1.1 无机水性渗透结晶型高效防护剂

无机水性渗透结晶型高效防护剂,是以碱金属硅酸盐溶液及惰性材料为基材,加入催化剂、助剂,经混合反应配制而成,具有渗透性及可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔道与裂纹功能的防护材料。此类材料依据JC/T 1018—2006《水性渗透型无机防水剂》进行性能检测,结果见表1。

1.2 水泥

采用福建炼石水泥股份有限公司生产的炼石牌P.O 42.5水泥。

1.3 粗集料

采用5~31.5 mm连续级配碎石。

1.4 细集料

采用闽江出产的河砂,细度模数为2.6。

1.5 水

采用福州自来水。

2 混凝土配合比

依据不同配合比制作的混凝土,其内部孔隙结构及强度均有所不同,遭受外界介质破坏的程度也有差异,为研究无机水性渗透结晶型高效防护剂(下文均简称高效防护剂)对不同强度等级混凝土防护作用的大小,本文选择了5种强度等级的混凝土配合比,详见表2。

3 混凝土耐久性试验及结果分析

试验用试件可分别通过迎水面浸泡或涂刷高效防护剂的方式处理,处理前均应采用1.5号铁砂布除去表面的脱模油,清洗干净并晾干。浸泡方式:将试件的迎水面朝下浸泡在高效防护剂溶液中24 h,液面高出试件迎水面10 mm;涂刷方式:分层涂刷,上层涂刷2 h后进行下层涂刷,总涂刷量为0.35 kg/m2。

3.1 高效防护剂对混凝土抗渗性能的影响

依据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中抗水渗透试验方法进行测试,标准养护28 d后,混凝土试件在未浸涂、浸泡后、涂刷后3种情况下,所测得的渗水高度见图1。

如图1所示,浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土试件的抗水渗透能力均明显提高,在同等水压力下,渗水高度明显低于未浸涂试件;且在混凝土强度等级相对较低的情况下,浸泡效果好于涂刷效果。高效防护剂以水为载体渗入混凝土结构内部,与水泥水化产物反应形成不溶于水的枝蔓状纤维结晶物,填充结构中的毛细孔隙,提高了混凝土结构的密实性,故其抵抗水渗透的能力得以提高。强度等级较低的混凝土,孔隙较多,对高效防护剂的需求量就大,与涂刷相比,浸泡可以最大程度地满足其需求,故浸泡效果比涂刷效果好。对不同强度等级的混凝土而言,涂刷或浸泡相同量的高效防护剂产生的效果也有差异,因为强度较低的混凝土结构内部孔隙较多,高效防护剂对其的改善效果更为明显。

3.2 高效防护剂对混凝土抗碳化性能的影响

依据GB/T 50082—2009中碳化试验方法进行测试,碳化到28 d后,取出试件破型并测定其碳化深度,混凝土试件在未浸涂、浸泡后、涂刷后3种情况下,所测得的碳化深度见图2。

如图2所示,浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土抗碳化性能有明显提高。从碳化机理来看,混凝土充分暴露在周围介质中,CO2会不断沿着连通毛细孔达到混凝土的内部,并中和其中的碱性物质,从而破坏钢筋表面的钝化膜,使钢筋锈蚀。高效防护剂的掺入减少了内部的孔隙,提高了结构的密实度,从而降低了CO2的渗入,减慢了中性化的速度,起到延长混凝土结构寿命的作用。从图2可以看出,浸泡或涂刷高效防护剂对混凝土碳化性能的影响规律大致与图1中对混凝土抗渗性能的影响一致。

3.3 高效防护剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

分别依据GB/T 50082—2009中抗氯离子渗透试验方法、电通量法进行测试,标准养护28 d后,混凝土试件在未浸涂、浸泡后、涂刷后3种情况下,所测得的抗氯离子渗透系数、电通量分别见图3、图4。

如图3、图4所示,浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土氯离子渗透系数与电通量明显减小,表现的影响规律同图1、图2。氯离子通过混凝土内部孔隙和微裂缝体系从周围环境向混凝土内部传递,与混凝土材料发生化学结合、物理粘结及吸附等作用,从而引起钢筋锈蚀或结构破坏。浸泡或涂刷高效防护剂提高了混凝土结构的密实性,改善了内部的结构,阻碍了氯离子的渗入,可以很好地降低其对混凝土结构的破坏,提高耐久性。

3.4 高效防护剂对混凝土抗冻性能的影响

依据GB/T 50082—2009中抗冻试验方法(慢冻法)进行测试,在气冻水融条件下循环200次,混凝土试件在未浸涂、浸泡后、涂刷后3种情况下,所测得的抗压强度损失率、质量损失率分别见图5、图6。

如图5、图6所示,浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土抗冻性能明显提高,在反复冻融循环下,混凝土的抗压强度损失率及质量损失率均比未浸涂的小。从混凝土冻融破坏机理出发分析,高效防护剂使混凝土内部孔隙减少,从而内部孔隙吸水量减小,由此产生的膨胀外力减小;另外,混凝土内部结构更为密实,抵抗膨胀外力的能力更强,故混凝土抗冻性能明显提高。对不同强度等级的混凝土或浸泡、涂刷方式而言,所产生的影响规律大致与上述研究规律一致。

3.5 高效防护剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

依据GB/T 50082—2009中抗硫酸盐侵蚀试验方法进行测试,干湿循环次数为150次,混凝土试件在未浸涂、浸泡后、涂刷后3种情况下,所测得的抗压强度耐蚀系数见图7。

如图7所示,浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力明显提高。原因有两点:第一,高效防护剂的引入,减少了混凝土结构内部的孔隙,提高了混凝土的密实度,阻碍了SO42-的渗入;第二,高效防护剂吸收了混凝土内部的Ca(OH)2并与其反应,从而使混凝土内部Ca(OH)2成分减少,毛细孔中液相石灰浓度降低,使石膏结晶型侵蚀强烈受阻,减小了硫酸盐的破坏作用。

4 结论

1)浸泡或涂刷高效防护剂后,混凝土抗渗、抗碳化、抗氯离子渗透、抗冻和抗硫酸盐性能均得到明显提高。

2)对强度等级相对较低的混凝土而言,浸泡效果优于涂刷效果,可能原因为低强度等级的混凝土内部孔隙较多,对高效防护剂的需求量相对较大,而浸泡更能满足其量的需求。

3)对强度等级相对较高的混凝土而言,混凝土内部孔隙较少,对高效防护剂的需求有限,自身亦有抵抗外界介质侵入的能力,故改善效果相对较小。

4)涂刷方式对于施工而言比较简便,但应确定最佳涂刷量;浸泡方式可应用于预制混凝土构件。

参考文献

[1]程云虹,等.混凝土结构耐久性研究现状及趋势[J].东北大学学报,2003(6):600-605.