摘要
纳米碳酸钙是一种新型无机固体材料，在多个领域应用广泛，但在实际生产中，纳米碳酸钙很难以纳米尺度被运用，尤其是在制备混凝土等水泥基材料方面，主要是因为其具有较高的表面能，极易发生团聚现象，在水泥基材料中无法以纳米尺度填充孔隙，因而不能充分发挥其提高水泥基材料密实度、力学性能和耐久性能的作用，解决纳米碳酸钙分散问题是其应用于水泥基材料的关键环节。本文采用乙烯-醋酸乙烯酯乳胶粉(EVA)改性纳米碳酸钙，通过表面接枝改性剂法分散纳米碳酸钙，探究改性后的纳米碳酸钙对超高强水泥基材料的水化作用、力学性能、抗氯离子渗透性能的影响及机理，以期为纳米碳酸钙的改性及应用其制备超高性能水泥基材料提供实验依据。本文主要研究内容如下： （1）选取纳米碳酸钙（简称Ca）与改性剂乙烯-醋酸乙烯酯乳胶粉（简称EVA）比例为Ca∶EVA=4∶2.5、4∶2.6、4∶2.7、4∶2.8、4∶2.9、4∶3六种溶液，采用紫外分光光度计测量溶液的吸光度，研究EVA对纳米碳酸钙的分散改性效果；将上述六种比例的Ca-EVA掺入水泥净浆中，测其3d抗压强度值，研究Ca-EVA对水泥净浆力学性能的提升作用；分别选Ca∶EVA=4∶2.9、4∶2.8、4∶2.7和对照组在自制仪器中进行水泥水化试验，研究Ca-EVA对水泥水化过程的影响。结果表明：当Ca∶EVA=4∶2.8时，溶液的吸光度值最高，EVA对纳米碳酸钙的分散效果最好；当Ca∶EVA=4∶2.8时，水泥净浆的3d抗压强度值最高，较对照组提高了30.99%，Ca-EVA对水泥净浆抗压强度有明显提升作用；当Ca∶EVA=4∶2.8时，水泥水化所产生的温度在不同时间段均高于其他组，最高可达31.2℃，较对照组的最高温度提高了36.4%，Ca-EVA对水泥水化促进作用效果最佳。 （2）通过研究内容（1）确定了纳米碳酸钙与EVA的最佳分散改性比例为Ca∶EVA=4∶2.8，按该比例以不同掺量添加到水泥基材料中，通过对水泥砂浆进行抗折、抗压强度试验确定Ca-EVA在水泥砂浆中的最佳掺量；通过对混凝土进行抗压强度试验与劈裂抗拉强度试验确定Ca-EVA在混凝土中的最佳掺量。结果表明：当Ca-EVA掺量为1.6%时，水泥砂浆28d抗折、抗压强度值均最高，分别为15.65MPa、117.03MPa，分别较对照组提高了39%、18%；当Ca-EVA掺量为1.6%时，混凝土28d抗压、劈裂抗拉强度值均最高，分别为116.57MPa、7.72MPa，分别较对照组提高了33%、30%。综合两种水泥基材料力学性能指标可知，当Ca-EVA掺量为1.6%时，可用其制备超高强水泥基材料。 （3）对Ca∶EVA=4∶2.8不同掺量的水泥基材料进行抗氯离子渗透试验，研究Ca-EVA掺量对水泥基材料耐久性的影响，结果表明：当Ca-EVA掺量为1.6%时，水泥基材料的抗氯离子渗透系数均小于4×10-12m2/s，满足非常严重的环境作用等级要求，该水泥基材料具有高耐久性。 （4）制备Ca-EVA不同比例和掺量的水泥基材料微观试件，采用SEM测试仪、XRD技术和压汞试验分别对Ca-EVA在水泥基材料内部的分布状态、水泥基材料的水化产物及孔结构对水泥基材料微结构进行分析测试，结果表明：1）当Ca∶EVA=4∶2.8时，EVA在水泥基材料中形成连续的聚合膜将纳米碳酸钙均匀分散为纳米尺度，当Ca-EVA掺量为1.6%时，水泥基材料内部更致密；2）相较其他Ca-EVA比例，水泥净浆在Ca∶EVA=4∶2.8和水泥砂浆在Ca-EVA掺量为1.6%时，Ca(OH)2、Ca3Al2O6·XH2O等水化产物X射线衍射峰最高；3）相比不掺Ca-EVA的对照组，Ca-EVA掺量为1.6%的水泥基材料纳米微孔数量更少、孔径更小、内部结构更致密。 综上，EVA改性纳米碳酸钙的最佳分散改性比例为Ca∶EVA=4∶2.8；对超高强水泥基材料的力学性能和耐久性能有明显提升作用的Ca-EVA最优掺量为1.6%，掺Ca-EVA制备的超高强水泥基材料抗压强度在115MPa以上，抗折强度和劈拉强度显著提高；该水泥基材料具有高耐久性，满足E级环境作用等级要求；Ca-EVA的最佳配比和掺量对水泥基材料的微结构有明显改善作用。
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