基于集料表面处理与界面结构优化的高性能混凝土研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

混凝土是土木工程建设领域应用最为广泛的建筑材料，对推动国民经济发展起着重要的作用。然而由于混凝土的脆性较大，限制了其在某些工程领域的应用。提高混凝土的韧性，改善混凝土的脆性是混凝土学术界与工程领域重要的研究课题。

为了改善混凝土的脆性，学者们往往在使用聚合物乳液等柔性组分改性混凝土，然而存在掺量高、效果不突出、结构与性能难以稳定调控等问题。如vincent morin认为使用乳液，树脂等聚合物可以使混凝土韧性更好，并减少其渗透性，性能得以提升。但是聚合物所需剂量非常大，成本高，限制了它的用途。集料是混凝土的重要组成部分，占混凝土体积含量的60%以上。集料-水泥石界面过渡区的结构与性质对混凝土的宏观力学性能有着重要的影响。围绕集料处理-水泥石界面处理，学者们开展了大量的研究工作。如石运中用丙烯酸钙对集料改性，剂量从0.9g到9g变化中，强度先增加后减小，抗蚀能力逐步提升，界面区有害孔比例减少，界面过渡区更加致密，但韧性降低。吴静使用硅灰强化界面过渡区，提高强度但是韧性有所下降，而用油包裹弱化，可使得使缺陷均匀弥散分布，增长裂纹扩展路径，韧性得以提升，但是强度峰值下降。如能在集料-水泥石界面处引入聚合物乳液膜，在理论上可以改善混凝土的韧性，同时减少乳液用量。morin,v研究表明薄层聚合物包裹集料对混凝土开裂有显著影响的聚合物的剂量远低于常用聚合物改性的剂量。同样剂量的聚合物，如果分散均匀，对混凝土韧性的提高更明显。但是因为加入聚合物而使混凝土强度和模量下降的影响比加入聚合物带来的影响更为明显。

虽然学者们在水泥石-集料界面聚合物乳液处理提高混凝土韧性方面开展了部分工作，但是仍存在部分问题：1）聚合物乳液引入对会混凝土的强度。如上介绍，通过在水泥石-集料界面间形成聚合物膜，使得混凝土破坏时沿界面滑移破坏，增长裂缝扩展路径，是提高混凝土韧性的主要原理。然而，不适当的聚合物膜引入会使滑移作用显著增加，混凝土迅速破坏，降低自身强度。因此，需要对聚合物乳液处理集料的掺量、包裹厚度等开展系统研究；2）聚合物乳液引入对界面过渡区的结构影响不清楚。水泥石-集料的界面过渡区不但是混凝土裂缝扩展的路径，同时也是侵蚀性离子渗透传输的通道。聚合物乳液的引入在水泥石-界面间形成亲水性聚合物膜，该聚合物膜对混凝土界面过渡区以及侵蚀性介质传输的影响还不清楚，目前关于这一方面的相关文献报道也较少。

乳化沥青是热熔沥青在乳化剂的化学分散以及机械分散作用下形成的水包油状乳液，与聚合物乳液相比，其破乳后形成的沥青膜为憎水性，在理论上具有良好的抗渗以及阻碍侵蚀性介质渗透传输的作用。本课题从集料-水泥石的界面过渡区入手，通过乳化沥青包裹处理集料表面的方式，改变集料的表面性质继而改变界面过渡区结构；通过增加混凝土破坏时的裂缝扩展路径与界面滑移效应，增加混凝土耗散能，提高韧性；研究乳化沥青包裹方式以及掺量对混凝土性能的影响，同时研究沥青包裹后对混凝土界面过渡区以及侵蚀性离子渗透传输规律的影响，形成一条提高混凝土韧性与耐久性的新型技术思路。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：通过乳化沥青包裹处理集料表面的方式，改变集料的表面性质继而改变界面过渡区结构；通过增加混凝土破坏时的裂缝扩展路径与界面滑移效应，增加混凝土耗散能，提高韧性；利用沥青捕获自由cl^-，阻碍cl^-的渗透，提高混凝土的耐久性能。

材料表征：对制样进行混凝土抗压强度测试，单轴应力-应变全曲线实验，四点弯曲试验，氯离子迁移（rcm）测试，混凝土电通量测试，并对制样进行了系统评估。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备混凝土试样与微观测试分析试样；

第7－12周：根据养护龄期测试混凝土宏观力学性能，并对集料-水泥石界面过渡区进行结构观测与分析，建立界面过渡区与宏观力学性能的联系。

第13－14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

1. al-mohamadawi,a., et al. (2016). "influence of lignocellulosic aggregate coating with paraffin wax on flax shive and cement-shive composite properties."construction and building materials 102, part 1: 94-104.

2. bideci,a., et al. (2013). "internal structure examination of lightweight concrete

produced with polymer-coated pumice aggregate." composites part b:engineering 54: 439-447.

3. morin,v., et al. (2011). "effect of polymer modification of the paste–aggregate