纳米二氧化硅改性水泥基材料的研究进展

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1、纳米二氧化硅改性水泥基材料的研究进展尹海滨，朱建平，祝瑜。侯欢欢。荆浩，管学茂(河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454000)摘要：纳米二氧化硅以其粒径小、比表面积大、表面吸附能力强等特性在改性水泥基材料性能方面有着良好的效果，现已成为众多学者研究的热点。文章对纳米二氧化硅在改性水泥基材料的水化硬化、耐久性和力学性能三个方面的研究进行了综述，并对纳米二氧化硅改性水泥基材料的机理进行简单概况，为今后深入研究其他纳米材料改性水泥基材料的机理提供研究基础。关键词：纳米二氧化硅；水泥基材料；水化硬化；耐久性；力学性能Abs

2、tract：NanoSi02withitssmallparticlesize，la唱esud．acearea，stmngsud．aceadsorptionability，hasagoodefkctintheaspectsofmodifiedcement—basedmaterialsandbecometheresearchfocusformanyschola】呜．Thispaperreviewstherese舢∞hofnanosilicainthI℃easpectsofhydration，durabilityandmecha

3、nicalpropertiesofmodifiedcement—basedmaterialsandthemechanismofmodifiedcement—basedmaterialswithnanometersilicaaresummarized，whichwiUprovidethebasisforfutureresea∞honmechanismofot}lernanomaterialsonmodificationofcement—basedmatedals．Keywo“Is：nanoSi02；cement—basedm

4、aterials；hydrationandhardening；durability；mechanicalproperties0引言水泥基材料作为目前世界上最大宗用量的人造材料，在土木结构工程中有着广泛的应用。近年来，我国城市化进程的速度明显加快，出现了一大批特殊结构(大型化、高层化)工程，而普通的水泥基材料已经不能满足这些工程的需求。因此，高强度、高抗渗性、高耐久性和良好的施工性能成为水泥基材料未来的发展趋势和要求【l】。作为在20世纪最后几十年里出现的一门高新技术。纳米技术目前仍然呈现出蓬勃的发展趋势。纳米材料是指在三维

5、空间中至少有一维处于纳米尺度范围f1。100nm)或其结构单元的尺寸介于1～100nm之间。纳米材料由于其超微细的特殊结构，表现出晶粒小尺寸效应、界面效应、量子尺寸效应的等诸多优异的性能，具有广阔的应用前景圆。纳米材料掺入到水泥基材料中，不仅促进水基金项目：河南省教育厅项目(20“B430015)；河南理工大学博士基金资助项目(B2009—97)。一12一泥水化，还可以填充水化产物C—S—H凝胶之间的结合空隙，改善水泥石与骨料的界面微结构，从而使水泥基材料的力学性能、抗渗性以及耐久性都得到明显提高阿。此外，纳米SiO：还可

6、以与水泥的水化产物Ca(oH)：发生反应，生成更多的C—S—H凝胶闻，从而被界面早期富集的Ca(oH：)2吸收形成二次水化物，明显降低了Ca(oH)2晶体的取向程度，使Ca(oH)2晶粒的尺度变小．有效地改善了界面情况，降低了水泥石中的空隙率．从而使水泥石的空隙减少，微观结构更加密实，机械力学性能提高圈。纳米SiO：因其对水泥基材料优异的改性性能成为众多学者研究的热点。1对水泥基材料的水化硬化的影响研究结果表明，多数学者均认为纳米siO：可以促进水泥的水化。纳米siO：对水泥水化的影响主要体现在初始反应期、潜伏期、凝结期和

7、硬化期。徐迅、卢忠远网等认为，掺人纳米SiO：后，水化开始时的放热速率明显提高了，诱导期、加速期和减速期、第二放热峰的出现时间也发生了提前，凝三兰兰：兰兰兰：兰竺：兰：竺兰三兰竺竺竺兰查兰兰兰兰竺竺兰兰墨__昏嗣譬詈幽结时间明显缩短。原因是掺人的纳米siO：具有较和其他纳米材料复掺的机理并未阐明。纳米SiO：高的活性，参与了水化反应，与水化生成的Ca(OH)：和纳米A1203复掺比例为1．25％时火山灰活性达到反应，进而消耗Ca(OH)：导致Ca2+提前达到饱和促最大，可以最大程度地促进水泥的水化硬化。进水化。因此，水化各

8、个时期的出现均相对发生了Shal(hmenkoGfl习等人应用傅立叶变换红外光谱来提前。1110眦sJJr7l等人认为，纳米SiO：在C—S—H凝测试硬化的水化产物里的吸附水来表征硅灰／硅溶胶形成的过程中发挥晶核作用，熟料颗粒表面的水胶对水泥基材料硬化的影响。结合国内外众多学者化产物在晶核表面优先沉积，