纳米改性水泥的研究进展

《纳米改性水泥的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中图分类号：TQ172.789文献标识码：A文章编号：1008-0473(2011)03-0006-05纳米改性水泥的研究进展朱孔赞李因文朱化雨夏宗艳赵洪义山东宏艺科技股份有限公司，276034摘要应用纳米技术对水泥进行改性，可望进一步改善水泥的微观结构，以显著提高其物理力学性能和耐久性。从纳米改性水泥的研究现状出发，论证了其具备其它水泥材料不可比拟的发展优势。以几种纳米材料改性水泥为例，着重介绍了其优异性能；并结合我国实际研发现状，展望了纳米改性水泥的发展方向。关键词纳米改性水泥特种水泥纳米材料优异性能0引言水泥混凝土是一种大众建材，用量大，人们还未充分重

2、视使用纳米技术对其进行改性。其实，水泥硬化浆体（水泥石）是由众多的纳米级粒子（水化硅酸钙凝胶）和众多的纳米级孔和毛细孔（结构缺陷）以及尺寸较大的结晶型水化产物所组成的。应用纳米技术对水泥进行改性的研究，可望进一步改善水泥的微观结构，以显著提高其物理力学性能和耐久性。普通水泥本身的颗粒粒径通常在7μm～200μm，但约为70%的水化产物——水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）尺寸在纳米级范围。经测试，该凝胶的比表面积约为180m2/g（表1），可推算得到凝胶的平均粒径为10nm。即水泥硬化浆体实际上是由水化硅酸钙凝胶为主凝聚而成的初级纳米材料，但是这些纳米结构在细

3、观上是相当粗糙的[1]。在胶凝材料中引入纳米矿粉（主要包括纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等），能够使其在水泥复合结构中起到一个晶核的作用，钙矾石在纳米粉体表面形成，C-S-H凝胶在其表面形成键合，改变其结构表1几种材料颗粒大小比较形式，更重要的是在水泥硬化浆体原有网络结构的基础上又建立了一个新的网络，它以纳米矿粉为网络的结点，键合更多纳米级的C-S-H凝胶，并键合成三维网络结构，可大大地提高水泥硬化浆体的的共同掌控之中，不能放任。参考文献[1]高长明.再论水泥窑焚烧废弃物的环境安全问题[J].中国水泥,2010(2):13-14.[2]高长明.关于国

4、际国内水泥工业利废潜力的分析[N].中国建材报,2005-2-21(1).（收稿日期：2011-04-08）泥工业如此热衷于“利废”所造成的“一枝独秀”局面，值得全社会各行各业，特别是水泥工业本身认真反省。2005年笔者曾提出过要注意扭转这种倾向，考虑到熟料质量提高的因素后，至今仍未见好转趋向。敦请有关主管部门关注并采取切实措施，科学引导，具体指导落实，必须要花大力气刹住超标滥掺之歪风，把这个问题牢牢地置于市场和政府62011年第3期朱孔赞，等：纳米改性水泥的研究进展试验与研究No.32011物理力学性能和耐久性[1,2]。1纳米材料的内涵和特性纳米技术定义

5、是0.1mm到100nm的尺寸范围内对材料进行控制和操纵的技术。由于纳米材料特殊的结构，使材料自身具有小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、表面和界面效应等，从而使其具有许多与传统材料不同的物理、化学性质。从20世纪80年代以来,纳米科技研究在世界范围内受到高度重视,很多技术已实用化。目前纳米科技已经渗透到多个传统产业中,如染料、涂料、食品等。混凝土是一种具有水泥水化相的纳米结构、掺合料和集料组成的混合体系，是进行纳米技术操控和专门控制的主要对象。虽然纳米技术在建筑材料中的应用还处于初级阶段，但纳米技术作为一门新兴科学,必将对建材领域产生深远的影响。2纳米

6、材料对水泥的作用借鉴当今纳米技术在陶瓷和聚合物领域内的研究和应用成果，将纳米材料用于水泥研究中，纳米矿粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得以提高，这主要是纳米粒子的表面效应和小尺寸效应在起作用，因为当粒子的尺寸减小到纳米级时，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积和表面能都会迅速增加，因而其化学活性和催化活性等与普通粒子相比都发生了很大的变化，导致纳米矿粉与水化产物大量键合，并以纳米矿粉为晶核，在其颗粒表面形成水化硅酸钙凝胶相，把松散的水化硅酸钙凝胶变成纳米

7、矿粉为核心的网状结构，降低了水泥石的徐变度，从而提高了水泥硬化浆体的强度和其它性能。纳米材料的加入能够明显改善水泥石的孔结构和密实程度，提高混凝土的耐久性；在配合比方面用低水胶比，最大可能地消除因水分散失带来的不利影响；在制备工艺上采用完善的质量管理体系，可消除在施工过程中引起的缺陷。3纳米改性水泥的研究3.1纳米SiO2改性水泥纳米SiO2由于其特殊的结构层次，对许多材料（包括混凝土等）都具有改性作用，因而成为了建筑学界的新宠，被誉为是21世纪的高科技材料。纳米SiO2比表面积（表2）巨大，具有超高的火山灰活性，对水泥混凝土具有强烈的增强改性作用，是一种混

8、凝土顶级矿物的掺合料。2001年，叶青等[3]最早提