改性纳米二氧化硅增强高性能水泥基材料的性能及机理研究文献综述

 2022-10-25 12:10
  1. 文献综述（或调研报告）：
  2. 背景介绍

高性能混凝土（HPC）是以耐久性为目标设计的混凝土，具有良好的工作性，耐久性和力学性能。用高性能混凝土代替处在严酷环境下的传统混凝土具有显著的经济效益和社会效益[2]。高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术,除选用优质的水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土，正是由于矿物细掺料和高效外加剂的掺入才使得高性能混凝土成为一种高技术产品。

过去十几年中纳米材料的发展引起了世界各国材料界和物理界的极大兴趣和广泛重视。其中纳米二氧化硅作为水泥基材料的高效活性掺料得到大力的发展。纳米二氧化硅在水泥水化过程中改善了水化胶凝物质，超细矿物掺料填充于水泥颗粒之间,使水泥石致密,并能改善界面结构和性能。但由于纳米二氧化硅尺寸小，表面能高，极易聚集成团，这极大地限制了纳米二氧化硅的应用。因此，如何解决纳米二氧化硅的团聚是目前亟待解决的问题之一。

  1. 纳米二氧化硅对水泥基材料性能的影响

由于纳米二氧化硅的粒径非常小，因此其火山灰效应极高，在水泥浆体中，纳米二氧化硅能与更多的Ca(OH)2反应并生成C-S-H凝胶，从而降低Ca(OH)2含量和细化Ca(OH)2晶体尺寸，且纳米二氧化硅能起到C-S-H凝胶网络节点的作用。纳米二氧化硅在理论上能提高水泥基材料的强度、密实度、耐久性等性能。

    1. 力学性能

早在20世纪90年代，研究表明，决定水泥基材料强度最关键的成分是C-S-H凝胶，一种纳米尺寸的材料。而相比于粉煤灰和硅灰，纳米二氧化硅能显著促进水泥水化，并与水化产物Ca(OH)2反应，从而显著提高水泥7天和28天强度[3]。但也有文献表明[4]纳米二氧化硅对早期强度有很大影响，而对28天强度影响不大。此外，水泥的强度与纳米二氧化硅的掺入量也有一定的关系，王立久[4]等人的研究发现，在水灰比为0.4的情况下，纳米二氧化硅掺入量小于6%时,随掺入量的增加试件各龄期强度较基准试件均有所提高. 当掺量达到6%时试件强度明显下降。唐小萍等[5]利用回归分析的方法研究了纳米二氧化硅对混凝土力学性能的影响，发现纳米二氧化硅的适宜掺入量为1.5%~2.5%。

    1. 耐久性

水泥基材料的耐久性与其抗渗性能，抗冻性能，开裂情况和服役情况等有关。徐子芳等人[6]通过XRD发现纳米二氧化硅能降低水泥硬化浆体和骨料界面中Ca( OH)2晶体的取向性，减小界面Ca(OH)2晶粒的尺寸，加上纳米二氧化硅良好的微集料效应，使得水泥基材料内部更加致密，从而提高抗氯离子侵蚀和抗硫酸盐侵蚀的能力。在Abdulkadir Ccedil;evika等人[7]对纳米二氧化硅对混凝土化学耐久性的研究中发现，使用纳米二氧化硅能普遍延长结构的寿命。此外，裂缝的存在会极大程度上降低混凝土的耐久性，而混凝土的收缩是导致裂缝产生的主要原因。混凝土的收缩主要分为化学收缩、塑性收缩、温度收缩、干燥收缩、碳化收缩和自收缩等6种主要形式。郭保林等人[8]研究了纳米二氧化硅对混凝土自收缩的影响，结果发现在水灰比较高时，纳米二氧化硅的掺入对混凝土自收缩几乎没有影响，而在水灰比较低时影响很大。Min-Hong[9]研究了纳米二氧化硅对掺有矿渣、粉煤灰的混凝土凝结时间的影响，发现纳米二氧化硅缩短了混凝土的休眠期，加速了放热速率，并且效果比硅灰更显著，由此产生的温度应力也可能导致混凝土的开裂。

2.3工作性

新拌混凝土的工作性与其内部的拌合水的含量有关，在水泥浆体中水泥所需拌合水可以分为表层水和填充水。在水泥颗粒表面形成的一层水膜称为表层水，填充于水泥颗粒之间空隙的水称为填充水，浆体流动所需的拌合水量即为表层水与填充水之和。矿物细掺料的加入能一定程度上减少填充水，但同时也增大了体系的比表面积，使得表层水增加，因此，矿物细掺合料减水作用的发挥取决于矿物细掺合料表面吸水效应与其填充作用的相对大小[10]。徐子芳等人[11]研究了在水灰比为0.5时纳米二氧化硅的掺入对水泥净浆流动度的影响，结果表明，0.2%的掺量是纳米二氧化硅改性水泥净浆流动度的饱和点，当掺量超过0.2%时，水泥净浆流动度随纳米二氧化硅掺量的增加而减少。Mojtaba Fathi [12]的研究表明，纳米二氧化硅掺量的增大，使胶凝材料总比表面积逐渐增大，由此表层水的增加量要多于其填充效应所降低的填充水的量，导致混凝土坍落度和扩展度均降低。Kong等人[13]的研究表明纳米二氧化硅的掺入只能理论上提高浆体的流动度，因为纳米二氧化硅比表面积大、表面原子能量高，即使在超声分散或球磨处理后粒子之间也极易发生团聚，从而其填充效应大幅度降低，填充水几乎不减少。

  1. 纳米二氧化硅对水泥基材料性能的影响机理
    1. 火山灰效应

纳米二氧化硅尺寸小，比表面积大，反应活性很高。在水化初期，纳米二氧化硅能直接与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次水化，生成大量低钙硅比的C-S-H凝胶，促进水泥快速水化的同时，细化了Ca(OH)2晶粒。孔德玉等人[14]研究纳米二氧化硅与硅灰对水泥硬化浆体的力学性能的影响，发现纳米二氧化硅与氢氧化钙的反应生成C-S-H 凝胶的速度远大于硅灰，说明纳米二氧化硅的对提高水泥基材料胶凝量的能力要大于硅灰。

3.2微集料效应

在水泥基材料内部，由于水分的蒸发和颗粒分布不均导致的微孔对水泥基材料的各方面性能有着很大影响。微观孔径越少，水泥结构越加致密，力学性能也会越高。纳米二氧化硅的掺入可以起到较好的微填充效应，能有效的降低微观孔隙率，增加水泥基体的密实性，进而提高耐久性。Meral Oltulu等[15]研究了掺纳米二氧化硅混凝土中孔结构的变化，发现掺加纳米二氧化硅的混凝土内部孔体积更小，孔径分布变得更细。

剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付

以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章