纳米caco3对水泥基材料性能与结构的影响及机理

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1、纳米CaCO3对水泥基材料性能与结构的影响及机理　　中图分类号：TU528文献标识码：A　　纳米技术是在20世纪末逐渐发展起来的前沿交叉性的新兴学科.如今，该技术已经渗透到诸多领域，建筑材料领域就是其中之一.通过对传统建筑材料的改性表明该技术具有很大的应用潜力和前景[1-3].纳米颗粒因其尺度在纳米范围，从而具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应[4]，具有传统材料所不具备的一些新特性.　　纳米CaCO3是目前最大宗也是最廉价的纳米材料之一，其价格约只有纳米SiO2的十分之一[5].目前国内外学者对纳米SiO2在

2、水泥基材料中的应用有较多研究，而对纳米CaCO3的研究相对较少.王冲等[6]研究了纳米颗粒在水泥基材料中应用的可行性.黄政宇等[7]研究了纳米CaCO3对超高性能混凝土的性能影响，研究表明掺入纳米CaCO3能促进水化反应，使超高性能混凝土的流动性下降，能提高超高性能混凝土的抗压强度及抗折强度.Sato等[8]采用传导量热法发现，纳米CaCO3的掺入可以显著加快早期的水化反应，且掺量越多加快效果越明显.Detin，再手工搅拌2min，以待测试.　　1.2.2表观密度　　水泥浆体表观密度试验采用水泥净浆，水胶比为0.29，减水剂掺量为

3、胶凝材料质量的0.15%，纳米CaCO3掺量分别为胶凝材料质量的0.5%，1.5%，2.5%.试验所采用容器为1L的广口瓶，采用水泥净浆搅拌机制样，放在振动台上振捣密实.　　1.2.3流动性测试及成型　　流动度试验按照GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；力学性能试验按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行.将水泥和砂在搅拌机中搅拌90s，再将分散有纳米CaCO3和减水剂的溶液倒入干料中搅拌90s.采用40mm×40mm×160mm三联钢模成型，1d后脱模，在温度为（20±2）℃的饱和石灰水

4、中养护至相应龄期.水泥砂浆试件的配合比见表3，其中纳米CaCO3和聚羧酸减水剂以胶凝材料的质量百分比掺入.　　1.2.4微观测试试验　　XRD分析测试采用日本Rigaku公司D/MAX2500PC型X射线衍射仪.测试条件：Cu靶，管压40kV，电流100mA，扫描步长0.02°，扫描速度4°/min，扫描范围5°～70°.样品采用与表3相同胶凝材料组成与水胶比的水泥净浆，养护至规定龄期破碎取样，放入无水乙醇中浸泡3d以终止水化，置于50℃干燥箱中干燥24h，取出样品用研钵研磨过0.08mm方孔筛，将过筛的粉末样品置于干燥器中以待测

5、试.　　扫描电镜测试采用捷克TESCAN公司生产的TescanVEGAⅡLMU型扫描电子显微镜（Scanningelectronmicroscope，SEM），测试样品取自强度测试破坏后的砂浆试块，放入无水乙醇中浸泡3d终止水化，装入50℃干燥箱中干燥24h，将样品真空镀金，在20kV高压钨灯下分析其微观形貌.　　2结果与分析　　2.1纳米CaCO3对水泥基材料表观密度的影响　　对新拌的水泥净浆浆体进行表观密度测试，试验结果如图3所示.　　结果表明，随着纳米CaCO3掺量的提高，水泥浆体的表观密度随之增大.掺量从0%增加到2.5%

6、时，表观密度由1.98g/cm3提高到2.10g/cm3.表明纳米CaCO3可填充水泥浆体中熟料颗粒之间空隙，使浆体的结构更加密实.　　2.2纳米CaCO3对水泥基材料流动性的影响　　按表3拌制水泥砂浆测试流动度，结果如图4所示.随着纳米CaCO3掺量的增大，砂浆的流动度逐渐减小.这是因为纳米CaCO3比表面积大，其颗粒表面吸附更多的水导致需水量增大[10]，纳米CaCO3同其它超细粉料一样可以填充熟料颗粒之间的空隙，将熟料颗粒之间的填充水置换出来，起到减水作用，但纳米CaCO3颗粒比表面积过大，其增加需水量的作用远远大于减水作用

7、，宏观表现为水泥砂浆的流动度减小.　　2.3纳米CaCO3对水泥基材料力学性能的影响　　按表3拌制水泥砂浆，分别测试3d和28d的抗压和抗折强度，结果如图5和图6所示.　　由图可知，纳米CaCO3提高了水泥砂浆的3d及28d强度.1.5%的纳米CaCO3掺量效果最好，其3d的抗压和抗折强度较基准组分别提高20.6%和17.7%，28d的抗压和抗折强度较基准组分别提高22.9%和11.1%.然而掺量增加到2.5%时，砂浆强度相较于1.5%掺量明显下降.由试验结果可知纳米CaCO3的掺量不宜过多，存在一个最佳掺量[11-12]，在本研

8、究中这个最佳掺量为1.5%.　　纳米CaCO3可以提高水泥基材料早期强度有以下几方面原因：纳米CaCO3可以起到超细微集料的作用，填充熟料颗粒周围的空隙，使结构变得更加密实从而提高强度，这与图3结果一致；纳米CaCO3可以明显降低Ca（OH）2在界