納米SiO2對摻防水劑水泥基材料性能的影響及作用機理研究.pdf

1、水泥基材料的耐久性問題是一個世界性的課題。由于水泥基材料耐久性不良而帶來的資源浪費、經(jīng)濟損失和社會問題，一直以來受到關(guān)注。耐久性不足的原因有很多，且?guī)缀醵寂c水有關(guān)。水是侵蝕性介質(zhì)進入水泥基材料的載體，也常是材料劣化的必要條件。幾乎所有影響水泥基材料及結(jié)構(gòu)耐久性的物理和化學(xué)過程都涉及水及其在材料孔隙、裂縫中的遷移。因此，如何有效地改善水泥基材料的防水抗?jié)B性能對于提高水泥基材料與結(jié)構(gòu)的耐久性有著非常重要的意義。前人的研究結(jié)果表明，防水劑能改

2、善混凝土的防水抗?jié)B性能，但也會對水泥基材料早期水化及力學(xué)性能造成不利影響。而納米材料能有效改善水泥基材料各方面性能或賦予其新性能。因此，如在防水劑基礎(chǔ)上摻入納米材料形成納米改性復(fù)合防水劑，則有助于水泥基材料各方面性能的均衡改善。
　　本文研究了納米SiO2對摻防水劑水泥基材料性能的影響，具體有以下四個方面的內(nèi)容。首先，論文研究了納米SiO2對摻防水劑水泥凈漿流動性能、力學(xué)性能的影響;其次，研究了納米SiO2對摻防水劑水泥凈漿的微結(jié)

3、構(gòu)影響，并通過多種微觀測試手段分析了其影響機理;接著通過水化熱試驗并結(jié)合Krstulovic-Dabic水泥水化動力學(xué)模型，從水化動力學(xué)角度分析納米SiO2和KIM防水劑對水泥水化進程的影響和作用機理;最后考慮到實際工程中水泥基材料大都處于非飽和狀態(tài)，通過試驗研究了KIM防水劑和納米SiO2對水泥砂漿毛細(xì)吸水過程的影響，并初步探究了水泥基材料的毛細(xì)吸水系數(shù)與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
　　本研究表明：⑴KIM防水劑對水泥基材料性能和微觀結(jié)構(gòu)的

4、影響。KIM防水劑會明顯增加水泥凈漿的需水量，此外對水泥凈漿的抗壓強度有較大的削弱作用，在早期尤為明顯。同時，由于KIM防水劑摻入后會在水泥基材料內(nèi)部形成憎水薄膜，從而抑制了早齡期水泥的水化反應(yīng)過程，并影響水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)的不斷細(xì)化。⑵納米SiO2對摻防水劑水泥基材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。納米SiO2能改善水泥凈漿的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，有效彌補防水劑的不良影響。摻入納米SiO2后，水泥基材料的抗壓強度在前期迅速提高，后期提高效果在

5、15％-20％之間。在適當(dāng)范圍內(nèi)，提高納米SiO2的摻量可以提高水泥凈漿抗壓強度。摻入納米SiO2后水泥凈漿的微觀形貌顯示混凝土微觀結(jié)構(gòu)均勻致密，孔洞較少。同時，納米SiO2的二次水化反應(yīng)使易溶、強度低的Ca(OH)2晶體數(shù)量明顯減少，晶體尺寸得到細(xì)化，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)。⑶摻KIM防水劑和納米SiO2的水泥水化反應(yīng)過程研究。KIM防水劑能顯著延長結(jié)晶成核與晶體生長(NG)控制階段的時間，使水化更晚進入相邊界反應(yīng)(I)控制階段;同時KIM防水

6、劑能提高相邊界反應(yīng)(I)控制階段的水化度，同時使水化進程延遲進入擴散(D)控制階段。而納米SiO2能顯著縮短結(jié)晶成核與晶體生長(NG)控制階段的時間，使水化反應(yīng)更早進入相邊界反應(yīng)(I)控制階段。同時納米SiO2能顯著縮短相邊界反應(yīng)(I)控制階段，降低該階段水化度，使水化反應(yīng)更早進入擴散控制階段。⑷KIM防水劑和納米SiO2對水泥非飽和吸水過程研究初探。結(jié)合實際工程中水泥基材料大都處于非飽和狀態(tài)這一事實，本文研究了KIM防水劑和納米SiO