γ辐照对聚合物改性白沙水泥砂浆复合材料的影响外文翻译资料

 2022-07-30 20:09:33

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gamma;辐照对聚合物改性白沙水泥砂浆复合材料的影响

摘要：本文研究了不同白砂比对水泥砂浆标准砂的替代效果用以制备白色水泥砂浆。制备好的样品首先在自来水下在不同的时间间隔3，7，28和90天下固化，也讨论了添加10%的苯乙烯—丙烯酸酯以及不同剂量的gamma;射线对聚合物改性白色水泥砂浆试件的物理力学性质的影响，抗压强度试验，总孔隙度和吸水率也测定了。扫描电子显微镜，热重分析研究证实了这些结论。

1．介绍

西奈被认为是埃及最重要的含白砂的地区之一，西奈的白沙储量约为2700万吨。它含有高硅含量（98.8%）。它在玻璃、合成铸造成型催化、太阳能电池等多种形式的工业中被大量消耗。此外，白沙吸引了一些研究者的关注，将其作为水泥砂浆和混凝土的生产取代普通砂。不同比例 5%，10%和20%的白沙对混合水泥浆体的物理力学性能的影响被研究了，结果表明，观察到具有不同白沙比的硬化混合水泥浆在不同的水化时间间隔3、7、14、28和90天后的的抗压强度值较硬化均匀的硅酸盐水泥（OPC）浆体有一个明显的增加。然而，累积孔隙体积在所制备的混合水泥浆中随着白砂的百分比增加而变得更小此外，对硬化水泥白砂浆使用137Cs和60Co放射离子得到的累积浸出分数（CLF）在90天后测定。检查数据显示，添加浸出白砂水泥降低浸出模式，OPC 5%白砂＜OPC 10%白砂＜OPC 20%白砂＜OPC仅用于放射性核素研究。

近年来，对环保混凝土的兴趣（EFC）已增加，利用工业副产品或废弃物从而有利于环境。其中，在混凝土中粉煤灰、硅灰、矿渣等矿物掺合料已被部分取代水泥。由于容易萌生和传播的微裂纹，也缺乏传统的水泥砂浆的拉伸阻力的结果，普通的水泥系统提供相对较低的耐久性性能。此外，还强调，通过减少材料的透气性可以大大提高水泥系统的耐久性特性。因此，混凝土的渗透性在控制混凝土的性能及其适用性上起着至关重要的作用。水泥产品领域的最新进展涉及到外加剂的使用，特别是那些有机材料，如小批量添加的聚合物，以改变水泥制品的性能。在现代混凝土施工，采用聚合物与水泥和骨料制成的复合材料称为聚合物改性混凝土（PMC），而聚合物和骨料制成的复合材料称为聚合物砂浆或聚合物混凝土（PM）。在这方面，水泥基材料的性能，可以提高通过加入足够小的颗粒，以填补水泥颗粒之间的间隙，聚合物已被用作水泥和水泥基的添加剂和改性剂 ，如砂浆、混凝土等基础材料。聚合物改性砂浆与混凝土的性能改善关系到：聚合物在材料结构、水泥水化、孔隙率和单位含水量中的掺入。以及聚合物与水泥水化物之间的物理和化学相互作用的结果，大大提高了砂浆和混凝土强度、韧性、附着力、抗渗性、抗化学性和耐久性的性能。这些材料适用于制备不同结构和非结构预制产品如瓷砖粘结剂、正面涂层、遮盖物、装饰和道路建筑维修材料。

在硅酸盐水泥砂浆和混凝土中合成聚合物已在20世纪50年代开始, 自那时以来，一个更大的使用合成聚合物胶乳的兴趣超过了使用天然橡胶胶乳的兴趣已被广泛应用于建筑行业。聚合物乳液是水不溶性聚合物颗粒悬浮在水溶液中形成的，他们是由水不溶性聚合物和用于避免胶体絮凝稳定系统的核心组成的。目前，一个单一的或组合的聚合物如聚醋酸乙烯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物–，苯乙烯丁二烯苯乙烯–，–丙烯酸、丙烯酸和苯乙烯-丁二烯橡胶乳液一般用于生产水泥复合材料。

自从近50年前引入这项技术以来，材料的辐射加工的实际应用一直在进行中。gamma;辐射导致在治疗过程中交联和降解，但其中的一些影响在可能一些材料中占据主导地位, 交联是聚合物辐照的最重要的影响，因为它通常伴随着照射剂量的影响下的聚合物链的数目的增加，导致网络结构的形成。一些研究表明，在辐照聚合过程中形成了水化硅酸钙之间的相互作用发生在混合水泥的水化反应过程中，聚合物在孔隙中呈现。因此，一种增强的相间结合导致机械强度，执行部件的热和化学环境特性，工作性，耐磨性，粘结强度，与基材的粘合性，或砂浆和混凝土的防水性能的提高发生，本研究的目的旨在研究白砂部分替代标准砂的影响，苯乙烯丙烯酸酯与不同剂量的gamma;辐射对复合材料物理力学性能的影响。

2.实验

2.1材料

新鲜制作的普通硅酸盐水泥样品（OPC）型（I）是从埃及国家水泥公司获得的。白砂（WS）具有高比例的二氧化硅含量,99.5%主要由石英组成，晶粒尺寸范围从0.25毫米到0.15毫米，重金属小于0.1%，比表面积为195平方米的G1的表面仪新星2000测量，以及良好的吸附性能、润湿性能,高防火性能、导热系数。它是从西奈最好的山上得到的（沙地）。同时，标准砂（SS）也被用于这项研究，它有超过99%的SiO2含量，395平方米/公斤的布莱恩表面积,晶粒尺寸范围从0.42毫米到0.15毫米；化学氧化物组合物见表1。苯乙烯-丙烯酸酯（SAE）乳胶是从 Clariant Egypt公司提供。它的密度1.04克/立方厘米，固含量57 1%，乳白色液体。

表1

使用的材料的化学氧化物组成（%）的特性。

化学氧化物成分（%）

普通波特兰水泥（OPC） 白砂（WS） 标准砂（SS）

CaO 64.50 0.04 0.01

SiO2 21.56 99.30 99.7

MgO 3.34 0.005 0.01

Na2O 0.20 0.009 0.01

K2O 0.70 0.0002 0.01

Al2O3 5.40 0.08 0.07

SO3 1.48 0.004 –

Loss of ignition 1.25 0.32 0.03

2.2 样品的制备

在这项研究中，以不同比例的白砂（WS）替代一部分标准砂制备白砂水泥砂浆试件（SS）得到三种水泥砂浆。由此产生的砂浆被指定为1opc：2ss：1ws，1opc：1ss：2ws和1opc：0ss：3ws，采用标准（最佳）稠度水。由此产生的水泥砂浆试件采用立方体模具模制成立方试样（每边2.5厘米长）。试样与模具第一个24小时放置在湿度25 8C的湿度箱中，之后，标本从模具中取出，并在自来水下进行不同时间间隔3、7、28、60和90天的固化。同时，传统的水泥砂浆硬化（1opc：3ss：0ws）在相同条件下制备用作比较。

2.3。聚合物改性水泥砂浆配制

通过剧烈的搅拌水泥砂浆成分1opc:2ss：1ws和和1opc：1ss：2ws混合制备两组SAE–水泥砂浆复合材料和含10%苯丙乳液的水泥浆体的标准稠度水，这是基于经常观察到常用剂量,分别适用于力学性能和耐久性。混合物被塑造成长宽高2.5厘米2.5厘米2.5厘米的立方模具，然后第一个24小时的放在湿度25 8C的湿度箱中。制备的样品被不同剂量的gamma;射线采用60Cogamma;cell-220 源照射（10 50 kGy剂量率10 kGy/h）（印度制造），由Symec Engineers (I) Pvt. Ltd.公司提供。SAE–水泥砂浆复合材料被指定为1opc：2ss：1ws 10% SAE和1opc：1ss：2ws 10% SAE。

2.4。物理力学的测量

使用从ELE国际公司提供的 ADR-Auto 250型压力机进行抗压强度测定试验（英国）根据ASTM C109 / c-109m-09，根据ASTM标准指定使用标准程序:(C642-13)在这个研究中进行了这项对硬化水泥砂浆以及SAE–水泥砂浆复合材料总孔隙度和吸水率的测定。这两个属性计算如下：

吸水率（%）=

总孔隙度(%)=

A代表悬浮在水中称重的试样的重量，B表示在空气中称重的饱和试样的重量,C表示在空气中的干燥试样的重量。

使用jsm-5400技术（JEOL /日本）对一些选定的样品的形貌和微观结构进行。 样品的热分解行为进行了研究。使用岛津型热重分析仪（TGA）和tg-50-instrument型（日本）分别通过提高使用温度从25. 8C到 900.8C的加热速率和氮气的流量在10度/分钟和10 mL / min研究了样品的热分解行为。另外，抗压强度损失率（LCS）率计算如下：

LCS(%)=

A是固化在自来水中一定的固化时间的传统水泥砂浆的抗压强度的平均值（1opc：3ss：0ws）和B是试样在相同的固化时间的白水泥砂浆平均抗压强度值：1opc：2ss：1ws和1opc：1ss：2ws。

三.结果与讨论

3.1 抗压强度

硬化水泥砂浆试样的抗压强度值的标准和白色的沙子作为固化时间的不同内容的内容，如图1所示。

图1 养护时间对不同白砂比硬化水泥砂浆试件抗压强度值的影响。

根据所获得的实验结果，随着固化时间的增加，所有制备的样品的抗压强度值逐渐增加。加水后，硅酸盐水泥的主要成分（二和三硅酸钙）进行水解，并产生较少碱性硅酸钙水合物（C-S-H凝胶，表示）和氢氧化钙。硅酸钙水合物（c-sh）凝胶填充水泥粒之间的空隙，形成它们之间的桥梁，从而造成标本及其随后的淬火硬化。凝胶的连续形成逐渐填充了毛细孔隙，从而使试样内部的固体部分增大，而孔隙体积减小,其结果是一个的抗压强度的增强发生。抗压强度的改善，也可能归因于凝胶粒子之间的相互作用的凝聚力或晶体间生长和导致更硬化的更多的化学键的形成。用白砂（WS）对传统的水泥砂浆标准砂的置换（1opc：3ss）对抗压强度产生了显著的影响，导致砂浆抗压强度值的降低，特别是在高置换率和传统的水泥砂浆相比。强度取决于添加剂的性质和掺量和水灰比（W / C）。白砂（WS）是一种具有高吸水性的材料。这导致为了避免与介质中的水泥颗粒相互作用而减少水的用量，因此水进入水泥颗粒的水未水化颗粒表面的扩散速率变得更低。因此，包含不同比例的白砂的试样的水化速率降低，作为结果，产品的形成相比传统的水泥砂浆相对较低，导致水合过程中的水合产物减少。这种表现显然是从计算白色水泥砂浆抗压强度的损失百分比（LCS）与普通水泥砂浆相比在不同养护时间得到的（LCS）如图2所示

图2 不同白砂比的水泥砂浆抗压强度损失率

对苯乙烯-丙烯酸酯复合水泥砂浆抗压强度的结果：1opc 2ss：1ws 10% SAE和1opc：1ss：2ws 10% SAE作为gamma;射线辐照剂量的函数如图3所示

图3 辐照剂量对聚合物改性水泥砂浆试件抗压强度值的影响。

很明显，SAE–复合水泥砂浆的抗压强度值的提高可以归因于以下几点：

SAE能够填充试样的孔隙

当gamma;辐照应用时多种类型的化学反应发生在反应性聚合物颗粒的表面，如聚丙烯酸酯和钙离子，Ca（OH）2或硅酸盐在复合材料上创建一种加固类型。

此外，随着辐照剂量的增加，试件的抗压强度值逐渐增大。这主要归因于在照射剂量的作用下聚合物链交联程度的增加，导致一种三维网络结构的形成。交联是聚合物辐照的最重要的影响，因为它通常可以改善预制件和散装材料的机械，热学和化学环境性能。聚合物交联和降解断链发生在处理期间，但是一个或其他的这些影响可能在某些材料中是主要的。以及水化过程中形成的硅酸钙水合物与辐射聚合过程中存在于孔隙中的聚合物之间的相互作用增强了相间键合，其结果是，机械强度的改善发生了。还观察到，含有较高含量的白砂的试样的抗压强度值较低，这是由于前面提到的相同的原因。

3.2 总孔隙度和吸水率

根据功率理论（1960）和混凝土学会的技术报告，硬化水泥浆体内的孔隙是影响混凝土强度和耐久性的重要因素之一。孔隙度一般分为三类：直径为1.5 - 2纳米是凝胶空隙；从0.01毫米到1毫米是毛细管空隙；直径大于50纳米的空隙被称为宏观空隙；夹带的空气空隙（0.05 - 1.25毫米）和截留空气空隙（1 - 4毫米或更多）被广泛称为宏观空隙。试验数据表明，含不同配比标准砂和白砂的硬化水泥砂浆的总孔隙率随养护时间的变化而变化。从图4中观察到，所有类型水泥砂浆的总孔隙度百分比的值随固化时间的增加而降低。图4。养护时间对含不同比例白砂硬化水泥砂浆试件总孔隙率的影响

水泥与水混合后，水化反应发生和C-S-H凝胶的形成和沉积在试样的孔隙系统中。随着水化进行，水化产物的形成和积累导致孔隙体积减少，因此总孔隙率值降低。然而，对于一个给定的固化时间间隔的普通水泥砂浆的总孔隙率值（1opc：3ss：0ws）低于由不同比例的白砂取代的其他水泥砂浆。白砂的存在具有高的表面积；因此，吸附或/和吸引水分子比水泥颗粒更快，因此水化速率变慢。这种表现显然随着白沙含量的增加而出现，因此水合过程中形成的水合产物的量减少。其结果是，沉积和填充孔隙系统的固体部分减少。此外，作为固化时间的函数的水泥砂浆的吸水率的值的变化，以及白沙不同含量如图5所示。结果表明，硬化水

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