纳米SiO2改善水泥胶砂性能的研究

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1、文章编号：1009-9441(2011)11—0005—03纳米Si02改善水泥胶砂性能的研究①口口王德志1”，孟云芳“2(1．宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750021；2．旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏银JiI750021)摘要：将纳米Si02以0．5％、1．0％、2．0％和4．0％等量取代水泥，研究了纳米SiO：对水泥胶砂性能的影响。试验结果表明，掺加纳米SiO：使水泥标准稠度用水量急剧增加；水泥的初凝和终凝时间略有缩短；对水泥安定性无不良影响；水泥胶砂的7d和14d抗折强度较对照组有所提高，但对28d抗折强度贡献

2、不大；水泥胶砂的7d、14d和28d抗压强度较对照组有所提高。从经济的角度考虑，纳米si02的最佳掺量为2％。关键词：纳米SiO：；水泥胶砂；标准稠度用水量；凝结时间；强度中图分类号：TQ172．1文献标识码：A引言水泥硬化浆体(水泥石)是由数量众多的纳米级粒子(水化硅酸钙凝胶)和纳米级孔与毛细孔(结构缺陷)以及尺寸较大的结晶型水化产物(大晶体对强度和韧性均不太有利)所组成的【l≈J。矿物掺合料通过二次反应减少氢氧化钙的数量，细化界面的氢氧化钙晶粒，增加水化硅酸钙凝胶的数量，从而改善水泥石的性能。目前，矿物掺合料已成为高性能高耐久性混凝土必不可少

3、的重要组分¨。4’。将矿物掺合料磨细至纳米级掺入到水泥浆体中，从理论上讲，纳米级矿物掺合料不仅可以更大程度地填充水泥浆体问的孔隙，改善材料的堆积效果，还可以发挥纳米粒子的表面效应和小尺寸效应，从而提高水泥基复合材料的强度和其他性能。本文对利用纳米SiO：改善水泥基材料的性能进行了研究。1材料和方法1．1材料(1)硅酸盐水泥：宁夏赛马实业股份有限公司生产的“赛马牌”P·042．5R水泥，其性能指标满足国家标准的要求。(2)纳米SiO：：杭州万景新材料公司生产的纳米Si02，平均粒径为25nm，比表面积为230000m2／kg，纯度为99．6％。．1

4、．2试验方法按GB／T1346—200l《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB／T17671--1999(水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》的规定，测试矿物掺合料对水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间、安定性和水泥胶砂强度的影响。2试验结果与分析掺加纳米SiO：对水泥物理力学性能的影响见表1和表2。表1纳米Si02对水泥标准稠度用水量和凝结时间的影响水泥用量纳米Si02标准稠度凝结时间／min编号／g掺Ii!／％用水叁}／％初凝终凝CMl500O30103215CM2497．5O．531．4112186C鹇495l34．298133C

5、M4490239108194Cm485342100209表2矿物掺合料对水泥胶砂强度的影响纳米Si02抗折强度／MPa抗压强度／MPa编号掺量／％7d14d28d7d14d28dM1O5．447．148．428．735．643．9M50．55．456．477．4l32．O36．544．5M6l5．947．138．4634．642，644．5M726．7l7．667。9236．143．448．8M846．87．868．0938．543．353．62．1纳米SiO：对水泥标准稠度用水量的影响由表1可以看出，掺加纳米SiO：使水泥标准稠①基金项目：宁夏

6、自然科学基金项目(NZll59)；宁夏大学科学基会项目(NDZRl0—44)建材技术与应用11／2011·5·度用水量急剧增加，当其掺量从0％增加到3％，标准稠度用水量较对照组分别增加4．2％，9％和12％。试验结果表明，纳米SiO：掺量每增加l％，标准稠度用水量增加3％一4％。2．2．纳米SiO，对水泥凝结时间的影响由表l可见，掺加纳米CaCO，使水泥的初凝和终凝时间略有降低。纳米SiO：尺寸小，位于表面的原子占相当大的比例，由于表面原子数量巨大。表面原子配位的不饱和性将导致大量的悬键和不饱和键，使其易于与其他原子结合。水泥水化反应生成的Ca(

7、OH)：在纳米SiO，表面形成键合，并生成c—s—H凝胶，随着Ca(on)：的消耗进一步加速了水化反应，促进水泥的凝结和硬化，所以水泥凝结时间缩短。2．3纳米SiO：对水泥安定性的影响试验发现，掺加纳米SiO：的试件安定性均合格，即纳米SiO：对水泥安定性不产生不良影响。2．4纳米SiO，对水泥胶砂抗折强度的影响由表2可见，随着纳米SiO：掺量的增加，水泥胶砂的7d和14d抗折强度较对照组有较大程度提高。当掺量为2％时，7d和14d抗折强度提高幅度分别为23．3％和7．3％；当掺量为4％时，7d和14d抗折强度提高幅度分别为25．0％和lO．1％

8、。但纳米SiO：对水泥胶砂28d抗折强度贡献不大，甚至有降低的趋势。所以，纳米SiO：对水泥胶砂早期抗折强度影响显著，对后期强度影响不明