摘 要

近年来，建筑材料的抗渗性差的问题导致外墙渗漏、瓷砖鼓包脱落并砸伤人等事故频繁发生，严重损害了人民的生命财产安全。高抗渗防水砂浆一般用于隧道、地下停车场等渗透压力高的地下建筑，因此高抗渗防水砂浆不仅需要具备符合标准要求的力学性能和施工的可操作性，同时为了提高耐久性能，对高抗渗防水砂浆又提出了高抗渗性和抗裂性良好的要求。鉴于此，本文将通过调配不同的外加剂，研发出符合上述要求的机制砂高抗渗防水干混砂浆，以便对实际工程具有指导意义。

论文通过优化设计机制砂高抗渗防水干混砂浆的配合比，制备出力学性能和工作性能符合要求的机制砂高抗渗防水砂浆。研究中探明了不同外加剂种类和掺量对机制砂高抗渗防水干混砂浆性能的影响，具体研究结论如下：

（1）减水剂不仅能改善砂浆的工作性能，同时也会少量地提高砂浆的抗折抗压强度。

（2）憎水剂和可再分散性胶粉虽然都可以提高砂浆防水抗渗性能，但同时会降低砂浆的强度，且可再分散性乳胶粉提高自然干燥收缩率，憎水剂可通过形成憎水基团提高砂浆的防水性和密实性。而可再分散性胶粉可以有效地提高砂浆的抗渗性能。

（3）木质纤维素和成膜剂对砂浆的早期抗裂性能有较大地增进作用。木质纤维素主要通过形成纤维增韧，提升砂浆早期抗裂性能，而成膜剂则通过提高胶粉再分散时的成膜效果改善砂浆的早期抗裂性能。

关键词：干混砂浆；防水砂浆；高抗渗；早期抗裂

Abstract

In recent years, the problem of poor impermeability of building materials has led to frequent accidents such as leakage of external walls, blasting of tiles and smashing of people, and serious damage to people's lives and property. High impermeability waterproof mortar is generally used in tunnels, underground parking lots and other underground structures with high osmotic pressure. Therefore, high impermeability waterproof mortar needs not only the mechanical properties and construction operability that meet the standard requirements, but also the durability. High impermeability waterproof mortar also puts forward high requirements for high impermeability and crack resistance. In view of this, this paper will develop a high-impregnance waterproof dry-mix mortar that meets the above requirements by blending different admixtures, so as to have guiding significance for practical engineering.

By optimizing the design ratio of the sand high-impregnated waterproof dry-mix mortar, the paper prepared a high-impact waterproof mortar with mechanical properties and working performance. In the study, the effects of different admixture types and dosages on the performance of high-impact waterproof and dry-mixed mortar were investigated. The specific research conclusions are as follows:

(1) The water reducing agent can not only improve the working performance of the mortar, but also increase the flexural and compressive strength of the mortar in a small amount.

(2) Although the water repellent and the redispersible rubber powder can improve the waterproof and impermeability of the mortar, but at the same time reduce the strength of the mortar, and the redispersible latex powder can increase the natural drying shrinkage rate, and the water repellent can be formed through The hydrophobic group improves the waterproofness and compactness of the mortar. The redispersible rubber powder can effectively improve the impermeability of the mortar.

(3) Lignocellulose and film former have a great effect on the early crack resistance of the mortar. Lignocellulose is mainly toughened by forming fibers to improve the early crack resistance of the mortar. The film-forming agent improves the early crack resistance of the mortar by improving the film-forming effect of the powder redispersion.

Key words: dry mixed mortar; waterproof mortar; high impermeability; early crack resistance

目 录

摘 要 I

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2 国内外研究进展 2

1.3 研究目标与内容 5

第2章 原材料和实验方法 7

2.1 实验原材料 7

2.2 实验方法 8

第3章 机制砂高抗渗防水干混砂浆的配合比设计 11

3.1 机制砂高抗渗防水干混砂浆配合比及性能 11

3.2 减水剂对机制砂高抗渗防水干混砂浆性能的影响 12

3.3憎水剂对机制砂高抗渗防水干混砂浆性能的影响 13

3.4 本章小结 15

第4章 可再分散性乳胶粉对高抗渗防水砂浆性能的影响 16

4.1 纯丙烯酸胶粉对砂浆性能的影响 16

4.2 纯丙烯酸胶粉对砂浆自然干燥收缩率的影响 17

4.3纯丙烯酸胶粉对砂浆吸水率的影响 18

4.4本章小结 19

第5章 砂浆的耐久性因素探讨 20

5.1 砂浆的抗渗性影响因素探讨 20

5.2 砂浆的早期抗裂性能影响因素探讨 21

5.3 本章小结 24

第6章 机理分析 25

6.1 砂浆防水抗渗机理分析 25

6.2 砂浆早期抗裂性能机理分析 25

6.3 本章小结 26

第7章 结论与社会经济效应分析 27

7.1 结论 27

7.2 社会效应与经济效应 27

参考文献 29

致 谢 31

附录1 32

附录2 33

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

随着地下工程建设的快速发展，中国已成为世界上隧道最多、最复杂且行程最长的国家。隧道工程不断扩展到全国各地，隧道施工技术也取得了长足进展^[1]。然而由于我国地质环境较为复杂，隧道设计和施工的难度大;在隧道运营过程中，隧道衬砌结构不可避免得要遭受到来自外界环境腐蚀因子的作用，造成开裂、化学腐蚀、漏水等现象，导致衬砌混凝土被剥落，严重威胁了隧道衬砌结构的耐久性和使用寿命^[2]。这是因为隧道结构中的缺陷为水提供了通道，导致大量的地下水沿着缺陷部位汇集至隧道衬砌周围，增大了衬砌和围岩之间的水压，提升了衬砌裂损的风险；另外，长期的流水冲刷和侵蚀，导致隧道缺陷程度进一步加重，使更多的地下水进入隧道衬砌附近，进而影响隧道结构及围岩的稳定性，引起衬砌裂损或渗透变形，大大地提高了隧道渗水的概率^[3]。

并不只是隧道工程存在这种现象，现在越来越多的城市需要建造地下停车场等地下建筑，而由于建筑材料的抗渗性差的问题导致外墙渗漏、瓷砖鼓包脱落、砸伤人等事故频繁发生。这一方面说明在规划和设计时，人们没有将建筑材料能否抵抗地下渗漏问题作为重点设计需要考虑的指标范围内，另一方面则是提醒我们，作为应用最广泛的普通水泥基材料，其多孔结构体系并不具备高抗渗的能力^[4]。所以对于建筑材料的抗渗性问题需要引起人们的高度重视，制备高抗渗防水砂浆是当务之急，也是十分必要的。

同时，近年来由于天然砂的逐渐短缺，用机制砂替代天然砂已成为混凝土行业可持续发展的必要手段。将机制砂替代天然砂作为干混砂浆的原料时，机制砂取代天然砂会提高砂浆的抗折抗压强度、保水性，但会对增加其脆性^[5]。机制砂的颗粒度更不规则，这使得砂浆有更好的粘合度、更抗压，使用寿命也更长^[6]。机制砂的传统生产工艺流程确实会造成空气污染和粉尘污染等环境问题，但随着其制砂工艺进一步的改进，现在机制砂生产过程中基本上是采用全封闭式结构，而且每个机口上都有喷水装置，以防止粉尘外溢；而在环保的干法工艺中，整个工艺流程不需水洗，不产生污水、淤泥、扬尘等问题。

由于目前建筑材料的抗渗性能差导致社会对于建筑材料耐久性的问题关注已久，砂浆遭受侵蚀后会严重影响人们的生命财产安全。而用机制砂替代天然砂大大降低了产品的成本，所以对于机制砂高抗渗防水干混砂浆的研制势在必行。但目前用机制砂代替天然砂作为集料研制的高抗渗防水干混砂浆还不够成熟，同时为了解决由于抗渗性差、抗裂性能差造成的开裂、化学腐蚀、漏水等问题，研制出一款具有高抗渗性、抗裂性能好的机制砂高抗渗防水干混砂浆有着重要的实际意义。

1.2 国内外研究进展

1.2.1 干混砂浆的应用现状

在建筑业中，砂浆是与水泥和集料以及水不同比例的混合物的总称。砂浆用于砖石建筑、地板、抹灰和整理，其将处于潮湿状态以供应用。干混砂浆，是建材领域新兴的干混材料之一，是以水泥为主要粘结料与细集料、矿物掺合料、加强材料和外加剂按一定比例制成的混合物，可在施工现场直接加水拌合。采用干混砂浆可确保原料称重的准确性和物料混合的均匀性。粉末材料在原料运输过程中更容易运输; 在设计特定的配合比时，可以添加各种外加剂。

传统砂浆难以满足文明施工和环境保护的要求。首先，原材料的堆放会影响周围环境。另外，当砂浆在现场混合时，在搅拌过程中会形成更多的灰尘; 混合设备经常发出巨大的噪音，影响城市环境。此外，现场混合砂浆通常不经过严格计量，并且不能根据混合比严格添加材料; 现场混合砂浆的施工性能差。该操作耗时耗力，原料浪费大，还造成许多工程质量事故，如抹灰砂浆开裂、剥落、防水砂浆渗漏等^[7]。

相比于现场拌合砂浆，干混砂浆有以下优点：1）工厂生产的干混砂浆，质量认证符合标准。2）生产时根据适用标准可使用质量稳定的原材料。3）绿色产品，降低了对环境的破环程度。4）拥有较为良好施工条件。5）通过适当地量化材料以避免浪费。6）拌合时方便快速，使用时简单方便。

随着工程质量、环保要求及文明施工要求的不断提高，施工现场拌制砂浆的缺点及局限性越来越突出，而干混砂浆因在技术性能、社会效益等方面的优势得到越来越多人的青睐^[8]。与现场拌和砂浆相比，干混砂浆具有优异的保水性、质量稳定，使用时基本无噪音及扬尘，且可以缓解日益严重的环保问题，因此在全国范围内积极开展且推广和使用新型干混砂浆的工作。

1.2.2 机制砂高抗渗防水砂浆的研究

随着水泥基材料的进一步发展，人们从追求材料的高强度转变为优异的耐久性。普通水泥砂浆是一种刚性材料，脆性大、韧性不足、易开裂且抗渗透性差。抗渗性是影响防水砂浆和水泥基材料耐久性的重要性能指标，因此抗渗性不足将严重降低水泥基材料的长期使用性。抗渗性具体而言就是抵御外界物质侵蚀内部，包括水和氯离子的侵蚀，防止其对水泥基材料造成损伤的能力。抗渗型的大小与材料中的气孔率和材料的均匀性有关，可以通过调整水胶比和添加一些功能助剂来改善。

为提高砂浆的抗渗性，一方面可以利用矿物掺合料的填充效应以及具有火山灰活性的材料来改善颗粒间的堆积状态，提高水泥基材料的密实度，从而提高抗渗性。有学者^[9]发现：用粉煤灰取代了部分水泥，有效地减少了水化热；随着砂浆硬化，粉煤灰的填充效应逐渐显现。砂浆的孔隙率降低，孔隙特性得到改善，孔隙通道得到有效延伸，特别是砂浆中粗孔隙的孔隙率降低效果非常明显；孔隙率的降低阻断了可能形成的渗透通道，从而提高粉煤灰砂浆抗渗透性能。蔡雷等人^[10]研究了偏高岭土对水泥砂浆抗渗性能的影响，认为偏高岭土能减少水泥砂浆的内部孔隙,提高密实度,从而提高力学性能和抗渗性能,最后得出8%的掺量可使得砂浆的抗渗性能最大化。吴复典^[11]在研究干混普通砂浆矿物外加剂时发现，通过逐步增加粒化高炉渣的用量，水泥砂浆渗水高度先下降后上升，且都比空白组水平低，这就说明粒化高炉矿渣的掺加增强了水泥砂浆的抗渗性此外，一些学者利用纳米金属氧化物粉末的微填充效应来改善砂浆的致密性，Xiao H^[12]等人研究发现，纳米SiO₂的作用在弱化微缺陷的连通性和改善微观缺陷方面效果显著，它可以有效地提高砂浆的抗渗性。

除了使用矿物掺合料来增强水泥砂浆的抗渗性，另一方面也可利用功能型助剂对其进行聚合物改性或依靠胶粉等聚合物，依靠聚合物颗粒在砂浆表面堆积成膜来抵御外界介质的侵蚀，或者掺入引气剂，形成众多微小而不连通的气孔，改善水泥基材料内部气孔的均匀性，增加介质渗入材料内部的路径，从而提升抗渗性。成膜型聚合物必须在环境条件下进行薄膜包覆，以覆盖水泥颗粒并在水泥体和骨料之间形成牢固的粘合。聚合物网络必须具有微裂纹和防止裂纹扩展的能力。随着水泥水化反应的进行，水继续消耗，水化产物增加，水泥凝胶结构发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔中；随着水化反应进一步进行，毛细孔中的水量减少，聚合物颗粒一起絮凝；随着水化过程的继续，聚合物颗粒完全凝结在一起形成连续的聚合物网络结构^[13]。

对于高抗渗防水干混砂浆，蒙若男等人^[14]采用了纯丙烯酸胶粉作为粘结剂，并通过加入煅烧污泥和粉煤灰来改善砂浆的致密性;砂浆的抗水压渗透能力得到改善，同时减少了收缩裂缝，从而提高了砂浆的抗渗性。朱伶俐等人^[15]研究了疏水性添加剂对防水干混砂浆性能影响时发现疏水性添加剂SEAL80改善砂浆性能的最佳混合范围为0.2％至0.6％。随着添加剂含量的增加，砂浆的抗渗性能增强，砂浆的吸水率逐渐降低，粘结强度先增大后减小，当剂量为0.4％时，获得最大值。另外，可再分散性胶粉通过其成膜特性，可以降低吸水率和提高抗渗性能。王辉等人^[16]研究了丙烯酸可再分散性胶粉的掺量从0%至5%时，对刚性防水砂浆抗渗型能的影响，实验表明：掺量从0%至5%，吸水率从13.44%降至2.95%，抗渗水压从1.9MPa提升至3.1MPa。关于高抗渗防水干混砂浆的抗渗机理，目前国内研究发现尚不明确，所以本文将通过扫描电镜分析来明晰高抗渗防水干混砂浆抗渗机理。

在机制砂高抗渗防水砂浆中，机制砂表面粗糙、有棱角，机制砂中的石粉能够为氢氧化钙（CH）结晶提供成核中心，有利于晶体的形成，从而能提高砂浆的致密性。曹云玉等人^[17]在研究以机制砂为集料的砂浆配合比时，发现以机制砂为集料的普通防水干混砂浆相对于以天然砂为集料的防水砂浆，其内部孔隙半径小、总孔隙率低且砂浆结构更为密实，从而防水抗渗性能更好。目前在高抗渗防水砂浆中，对于机制砂替代天然砂作为集料的研究还不够成熟，所以本文将用机制砂替代天然砂制备高抗渗防水砂浆，来提高机制砂高抗渗防水砂浆的防水抗渗性能。

1.2.3高抗渗防水砂浆早期抗裂性能的研究

开裂是水泥基材料在应用中经常遇到的问题，尤其是用于特殊工程的材料，如海底隧道、大坝等工程，一旦出现问题，人民的生命财产将无法保证。因此在进行配合比设计时，开裂问题首当其冲。具有抗裂性的砂浆主要由水泥、砂、胶粉、憎水剂和膨胀剂等按一定的比例配制而成，具有一定的弹性^[18]。

提高砂浆抗裂性的主要原则是利用有机聚合物和无机水泥在抗裂砂浆中的复合作用。另外，可在砂浆中加入一定量的纤维基抗裂材料。聚合物树脂和抗裂纤维的组合使得砂浆既柔韧又具有高拉伸强度，因此在开裂的情况下可以产生更好的抗裂性。

吴媛媛^[19]在研究薄层柔性聚合物砂浆时添加了木质纤维素，并研究了木质纤维素对砂浆裂缝宽度差值的影响，研究发现随着木质纤维素掺量的增加,裂缝宽度差值由掺量为0%时的0.040mm降低至掺量为4%时的0.013mm差值有所下降。黄楠^[20]在对聚丙烯纤维砂浆抗裂性能进行分析时发现：裂缝延展在前期保持较大速度，但在后期速度逐渐减弱；后期开裂速度随着掺入纤维量的增加而变小，在1.2kg/m³纤维掺量下，裂缝延展速度在2h后几乎变为零。杨萍^[21]等人在研究聚丙烯腈纤维对砂浆抗裂性能影响时发现：砂浆中掺入0.8kg/m³和1.0kg/m³的聚丙烯腈纤维后，砂浆的抗裂性能得到明显改善，裂缝减少量与空白组相比分别提高了60.5％和94.8％。为了进一步目前提高砂浆的早期抗裂性能，本文拟通过掺入不同种类的抗开裂材料来提高高抗渗防水干混砂浆的早期抗裂性能。

1.3 研究目标与内容

1.3.1 研究的基本内容

1) 通过调整减水剂以及其它外加剂，配制出符合国家标准的机制砂防水干混砂浆，并测试砂浆的工作性能和力学性能，分析可再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂等对砂浆性能的影响规律。

2) 在优化配合比的基础上，研究机制砂防水干混砂浆的耐久性，特别是砂浆的抗渗性能和抗裂性能。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：