納米SiO2團聚特性及其對水泥基材料性能的影響與機理.pdf

1、海工與水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是目前國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點問題。近年來，大量研究表明，通過在混凝土中摻加納米顆粒可有效改善硬化混凝土微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，大幅提高其物理力學(xué)性能和耐久性。
　　 目前，已有研究主要采用納米粉體、納米分散液或納米溶膠作為原材料，研究其對水泥基材料的增強作用及機理。然而，納米粉體和分散液中納米粒子往往以團聚體形式存在。雖然溶膠具有分散性好、成本低等優(yōu)勢，但硅溶膠的穩(wěn)定性受電解質(zhì)影響很大，摻入的硅溶膠在水泥漿體中是

2、否仍能保持其高度分散性，國內(nèi)外未見研究報道。
　　 本文在國內(nèi)外已有相關(guān)研究基礎(chǔ)上，選用沉淀法(PS)和氣相法(NS)納米二氧化硅微粉和硅溶膠(SS)作為原材料，研究了納米二氧化硅粉體和納米硅溶膠在水泥基材料體系中的團聚特性及其對新拌和硬化水泥基材料性能的影響及機理，研究結(jié)果表明：
　　 (1)本文選用的沉淀法納米SiO2的團聚程度遠(yuǎn)大于氣相法納米SiO2，其團聚顆粒特征粒徑D90甚至遠(yuǎn)大于水泥。雖然硅溶膠本身呈單分散狀

3、態(tài)，但在水泥漿體中，由于水泥水化導(dǎo)致漿體中離子強度迅速增大，硅溶膠將迅速發(fā)生凝膠化，在水泥漿體中二氧化硅納米粒子仍以團聚體存在。
　　 (2)納米SiO2摻量和團聚情況對水泥漿體的流變性能有明顯影響，摻量在1.5％范圍內(nèi)，摻NS導(dǎo)致水泥凈漿粘度隨摻量增大呈先減小后緩慢增大趨勢；與摻NS時相比，摻PS對水泥凈漿流動性影響明顯較大，摻量超過1.0％時，水泥漿稠度明顯增大。摻量不超過0.6％時，摻SS水泥漿粘度隨摻量增大呈先減小后增大

4、趨勢，但當(dāng)摻量超過0.8％時，水泥漿稠度急劇增大；其原因是由于NS團聚顆粒較小，可發(fā)揮填充效應(yīng)，而PS團聚顆粒很大，僅少量小顆?？砂l(fā)揮填充效應(yīng)。對于硅溶膠，當(dāng)摻量較少時形成絮凝體，可類似于NS發(fā)揮填充作用，但摻量較高時，硅溶膠凝膠化導(dǎo)致水泥顆粒團聚在一起，從而導(dǎo)致水泥漿稠度急劇增大。
　　 (3)在1.0％摻量范圍內(nèi)，隨納米白炭黑和硅溶膠摻量增加，砂漿強度逐漸增大；經(jīng)6.0M NH4Cl侵蝕后，砂漿強度明顯降低，其中性化深度隨納

5、米粒子白炭黑和硅溶膠摻量增加而逐漸減小，殘余強度則明顯增大；水泥砂漿的抗氯離子滲透性能也隨納米粒子摻量增加而增大。摻加硅溶膠的水泥砂漿強度、抗溶蝕性能和抗氯離子滲透性能優(yōu)于摻等量白炭黑的水泥砂漿。
　　 (4)SEM分析表明，與對比水泥石相比，摻PS和SS的硬化水泥石微觀結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)得以明顯改善，但納米顆粒的火山灰反應(yīng)形成的C-S-H凝膠對水泥石似乎并無膠結(jié)作用，在摻PS硬化水泥石中很容易發(fā)現(xiàn)PS大顆粒，且大顆粒與水泥石本體間存