核殼納米SiO2改性水泥基材料性能研究.pdf

1、水泥基材料是人類使用最大宗的建筑材料。水泥制造的碳排放量，約占全球碳排放總量的百分之八，低碳問題是水泥基材料發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。技術(shù)層面上，合理利用輔助膠凝材料和提升耐久性，是緩解低碳問題的兩個(gè)重要途徑。
　　納米技術(shù)沖擊了科學(xué)研究的每個(gè)角落，水泥混凝土領(lǐng)域也不例外，各種納米粒子，已經(jīng)用于改性水泥基材料，例如，納米二氧化硅、納米氧化鋁、氧化石墨烯等。傳統(tǒng)與現(xiàn)代的碰撞，賦予了水泥基材料新的活力。納米材料雖然性能卓越，但與水泥相比，高

2、昂的價(jià)格限制了其在本行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用。因此，研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值的交叉區(qū)域更具現(xiàn)實(shí)意義。納米二氧化硅(NS)，作為本行業(yè)經(jīng)濟(jì)成本最低和應(yīng)用最廣泛的納米材料之一，結(jié)合低碳問題背景，目前它的價(jià)值交叉區(qū)域主要集中在兩個(gè)方向:其一內(nèi)摻NS，利用其早期加速效應(yīng)補(bǔ)償輔助膠凝材料的延緩作用。其二表面涂覆NS，密實(shí)化水泥基材料表面，提高基體耐久性。NS的作用效果強(qiáng)烈依賴其在基質(zhì)中的分散性能，實(shí)現(xiàn)NS的有效分散仍然是一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。
　　基于上述背景，

3、為了提升NS的分散性，并將其合理地應(yīng)用于改性水泥基材料，本文主要在四個(gè)方面展開了研究:其一，針對(duì)分散性提升，研究了核殼NS的合成;其二針對(duì)早期加速效應(yīng)提升，研究了一系列核殼NS分子結(jié)構(gòu)和水化加速效應(yīng)的關(guān)系，探明最佳的結(jié)構(gòu)和適宜的摻量;其三，針對(duì)表面涂覆應(yīng)用，以毛細(xì)吸水性能為切入點(diǎn)，探究不同結(jié)構(gòu)核殼NS改性效果，研究核殼NS密實(shí)化基體表面機(jī)理。其四，為了豐富核殼NS降低基體吸水性能機(jī)理，從界面能的角度，研究不同C-S-H表面和水分子的相互

4、作用。
　　本文所取得的主要?jiǎng)?chuàng)新研究成果如下:
　　(1)提出了通過(guò)核殼結(jié)構(gòu)提高NS分散性的構(gòu)想，采用“grafting to”法，合成了一系列納米二氧化硅-聚羧酸共聚物核殼納米粒子(NS@PCE)，驗(yàn)證了“核殼結(jié)構(gòu)建立→納米分散性能提升→水化加速效應(yīng)增強(qiáng)”路徑的可行性。
　　(2)研究了NS@PCE內(nèi)摻對(duì)早期水化性能影響，采用等溫水化量熱法等實(shí)驗(yàn)手段，建立了NS@PCE核殼結(jié)構(gòu)和早期水化加速效應(yīng)之間的構(gòu)效關(guān)系。

5、>　　(3)探索了NS@PCE作為表面涂覆材料密實(shí)化水泥基表面的應(yīng)用，采用吸水性能評(píng)價(jià)了表而處理后水泥基材料的毛細(xì)滲透性能，結(jié)合納米粒子的分散性能和火山灰效應(yīng)，提出了一個(gè)假說(shuō)，揭示了核殼納米粒子表面處理的機(jī)理。
　　(4)研究了C-S-H表面變化后與水分子之間的相互作用，采用分子動(dòng)力學(xué)方法，從納觀尺度，探尋了不同鈣硅比C-S-H表面和PCE錨固C-S-H表面后與水分子相互作用機(jī)理，從界面能角度，揭示了親水疏水與界面的關(guān)系，豐富了核