納米SiO2團(tuán)聚特性及其對(duì)水泥基材料性能的影響與機(jī)理.pdf

1、海工與水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是目前國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，大量研究表明，通過(guò)在混凝土中摻加納米顆?？捎行Ц纳朴不炷廖⒓?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(duì)水泥基材料的增強(qiáng)作用及機(jī)理。然而，納米粉體和分散液中納米粒子往往以團(tuán)聚體形式存在。雖然溶膠具有分散性好、成本低等優(yōu)勢(shì)，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(guó)內(nèi)外未見研究報(bào)道。
　　 本文在國(guó)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(tuán)聚特性及其對(duì)新拌和硬化水泥基材料性能的影響及機(jī)理，研究結(jié)果表明：
　　 (1)本文選用的沉淀法納米SiO2的團(tuán)聚程度遠(yuǎn)大于氣相法納米SiO2，其團(tuán)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(qiáng)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(tuán)聚體存在。
　　 (2)納米SiO2摻量和團(tuán)聚情況對(duì)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(shì)；與摻NS時(shí)相比，摻PS對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性影響明顯較大，摻量超過(guò)1.0％時(shí)，水泥漿稠度明顯增大。摻量不超過(guò)0.6％時(shí)，摻SS水泥漿粘度隨摻量增大呈先減小后增大

4、趨勢(shì)，但當(dāng)摻量超過(guò)0.8％時(shí)，水泥漿稠度急劇增大；其原因是由于NS團(tuán)聚顆粒較小，可發(fā)揮填充效應(yīng)，而PS團(tuán)聚顆粒很大，僅少量小顆?？砂l(fā)揮填充效應(yīng)。對(duì)于硅溶膠，當(dāng)摻量較少時(shí)形成絮凝體，可類似于NS發(fā)揮填充作用，但摻量較高時(shí)，硅溶膠凝膠化導(dǎo)致水泥顆粒團(tuán)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(qiáng)度逐漸增大；經(jīng)6.0M NH4Cl侵蝕后，砂漿強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)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(duì)水泥石似乎并無(wú)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