摘 要

混凝土是应用最为广泛的建筑材料，但是混凝土存在力学性能不高、抗渗性差的问题。为改善这一问题，本文从一种新材料的角度，研究了在普通硅酸盐水泥砂浆中掺入苝四甲酸酐(简称PAT)后砂浆的基本力学性能和微观结构之间的关系，总结如下：

（1）将PAT掺入到不同水灰比的砂浆中，进行抗折试验和抗压试验，均发现PAT对普通硅酸盐水泥砂浆的力学性能有着消极的影响。

（2）将不同PAT掺量的砂浆于不同养护条件下进行养护，并进行抗折试验、抗压试验，结果表明高温养护有利于砂浆早期强度的发展，而不利于后期强度增长。

（3）PAT与漂珠的复合效应能显著提高砂浆的力学性能。因此可以利用PAT和漂珠复合掺杂来改进混凝土的微观结构，达到提高混凝土强度的目的。

关键词：苝四甲酸酐；力学性能；微结构

Abstract

Concrete is the most widely used building material, but it has low mechanical properties and poor impermeability. To solve these problems, the present paper studied the relationship between the basic mechanical properties and the microstructure of mortar with different contents of Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PAT for short) .And the conclusions can be drawed as follows:

(1) PAT was incorporated into mortar with different water-cement ratio, and the flexural strength tests and compressive strength tests on mortar were performed. The results showed that PAT had a negative effect on the mechanical properties of ordinary portland cement mortar.

(2) The mortar with different PAT content was cured under different conditions, and the flexural strength tests and compressive strength tests were carried out. The results showed that the high temperature curing was beneficial to the early strength development of mortar, but hamful to the later strength growth.

(3) The composite effect of PAT-floating beads can improve the mechanical properties of mortar. So PAT-floating beads blend can improve the microstructure of concrete and achieve the high strength of concrete.

Key words: Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, mechanical properties, microstructure

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 物理增韧 1

1.2.2 化学增韧 2

1.2.3 抗渗性 3

1.3 本文的研究工作 3

第2章 实验原材料与试验方法 5

2.1 实验原材料 5

2.2 试验仪器及设备 5

2.3.1 砂浆试块的成型与养护 5

2.3.2 力学性能试验方法 6

2.3.3 净浆粘度测试方法 6

2.3.4 微观测试 6

第3章 PAT对砂浆性能的影响 7

3.1 PAT不同掺量对砂浆性能的影响 7

3.1.1 PAT对砂浆力学性能的影响 7

3.1.2 PAT对水泥净浆黏度的影响 10

3.1.3 不同PAT掺量砂浆的微观测试 10

3.1.4 小结 14

3.2 养护制度对砂浆性能的影响 14

3.2.1 蒸养条件下砂浆的宏观性质 14

3.2.2 蒸养条件下砂浆的微观测试 16

3.2.3 小结 18

3.3 漂珠不同掺量对砂浆性能的影响 18

3.3.1 漂珠对水泥净浆粘度的影响 18

3.3.2 漂珠对砂浆力学性能的影响 18

3.3.3不同漂珠掺量砂浆的微观测试 21

3.3.4 小结 21

第4章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

作为人类建筑必需原材料之一，水泥混凝土已经经历了几千年的发展历程，水泥混凝土对人类社会的贡献无处不在；而且在人类未来的世界中，水泥混凝土仍然不可缺少。随着我国对完善基础设施建设越发重视，混凝土作为桥梁、道路、建筑等的主要材料，需承受一定载荷作用，其力学性能已经成为混凝土工程中的重中之重。而水泥混凝土存在的一个大问题是混凝土脆性较大，这个问题严重制约了混凝土工程的应用和服役寿命，因此对水泥混凝土材料进行增强增韧、改善材料的脆性是该领域的研究热点^[1]。目前，改善混凝土脆性问题的手段有:(1)选用合适的原材料、配合比，提高脊料之间的粘结力，提高混凝土韧性；(2)添加纤维以提高混凝土的力学性能，增加其韧性^[2]；(3)添加矿物掺合料作为填充材料，通过填充作用降低混凝土的孔隙率，达到密实混凝土的效果^[3]。

以上方法没有改变水泥的粘结作用也没有改变水泥石的性能，只能有限地提高混凝土强度、改善其脆性。硬化水泥石是由水化产物钙矾石(AFt)、单硫型水化硫铝酸钙(AFm)、氢氧化钙(CH)和水化硅酸钙(C-S-H)等组成，它们无规则杂乱堆积，影响了水泥石的强度。因此，需要掺杂一种能够规范水泥水化产物的外加剂，使得水化产物有序生长，达到提高水泥石强度的目的。3,4,9,10-苝四甲酸酐（Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride，以下称PAT）的片状结构具有较高的比表面积，且PAT结构的两端均具有含氧官能团，使其具有良好的表面活性，这就为其与其他材料复合改性提供了基础。

因此，本课题研究苝四甲酸酐对混凝土力学性能以及微观作用，对于推动水泥混凝土力学性能的发展，拓展混凝土增强增韧技术，解决当今混凝土的应用问题具有重要意义。

1.2 国内外研究现状

混凝土力学性能和耐久性仍旧是当今世界混凝土研究方向的热点。目前，关于混凝土增强增韧、抗渗性的研究主要有以下几个方面。

1.2.1 物理增韧

早期国内外增强增韧混凝土的主要方法是制备钢筋混凝土预应力混凝土，可使混凝土的使用寿命从50年左右^[4]。目前，国内外实现高性能混凝土的主要方法是利用高性能纤维进行增强增韧，如钢纤维^[5]、碳纤维^[6]、碳纳米管、聚丙烯纤维、PVA纤维^[7]、木质素纤维等。混凝土与金属材料复合能有效改善混凝土的脆性，通过提高混凝土裂缝扩展、积聚最后失稳扩展的阻力来韧化混凝土。