納米SiO2改性混凝土的抗氯離子滲透和抗凍性能研究.pdf

1、混凝土的耐久性直接決定混凝土的安全服役壽命，近些年，如何提升混凝土的耐久性，得到了人們的廣泛關(guān)注。納米改性混凝土是為增強(qiáng)耐久性能提供了一個(gè)非常有效和可行的解決思路。混凝土耐久性是一個(gè)綜合性能，而抗氯離子滲透性和抗凍性是耐久性中十分重要的兩個(gè)方面。目前，礦物摻合料在混凝土中廣泛應(yīng)用，不僅降低了成本，改善了工作性，并一定程度上提高了混凝土的耐久性。但是，像礦粉、粉煤灰這種反應(yīng)活性較低的礦物摻合料也存在著水化緩慢、粒徑較大、水化不充分等不利方

2、面。本課題所采用的納米SiO2是粒徑在7-40 nm的極小尺寸的細(xì)微顆粒，比表面積大，反應(yīng)活性高，填充性能好，在一定程度上能夠彌補(bǔ)礦物摻合料的缺點(diǎn)并取得更好的改善效果。而且，納米SiO2的活性效應(yīng)、填充效應(yīng)、晶核效應(yīng)能在微觀尺度上調(diào)控凝膠的結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒，降低孔隙率，改善混凝土的密實(shí)度，在宏觀上的表現(xiàn)就包括改善了混凝土的抗氯離子滲透性能和抗凍性能。因此，本課題研究納米SiO2與礦物摻合料協(xié)同改善混凝土耐久性，增加混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命具有

3、重要意義。本文主要研究和探索納米SiO2與礦粉、粉煤灰協(xié)同改性混凝土的工作性、強(qiáng)度、抗氯離子滲透和抗凍性能，分析不同摻量納米SiO2與適當(dāng)摻量的礦粉、粉煤灰以適當(dāng)?shù)募恿戏绞胶桶韬头绞脚渲瞥苫炷梁笮阅艿母纳婆c影響。通過(guò)對(duì)改性混凝土試樣進(jìn)行坍落度和流變性測(cè)試、抗壓強(qiáng)度分析、抗氯離子滲透能力、抗凍融循環(huán)、孔結(jié)構(gòu)分析以及掃描電鏡照片分析等研究，證明了納米SiO2與礦粉、粉煤灰優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而協(xié)同改善了混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性

4、能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用150W功率超聲分散納米SiO2，萘系粉末減水劑調(diào)節(jié)工作性，同時(shí)與30％摻量的粉煤灰、礦粉協(xié)同作用，能較好的分散納米SiO2，保持一定的坍落度，并獲得最佳的混凝土強(qiáng)度；⑵納米SiO2摻量增加，水泥漿的流變性變差，新拌混凝土的坍落度降低;當(dāng)1％摻量的納米SiO2改性高水膠比的普通混凝土和0.8％摻量的納米SiO2改性低水膠比的高強(qiáng)混凝土?xí)r，對(duì)水泥漿流變性能的影響相對(duì)較小，新拌混凝土坍落度不低于10

5、0 mm;而繼續(xù)增加納米SiO2的摻量將嚴(yán)重影響混凝土的工作性；⑶納米SiO2與粉煤灰、礦粉協(xié)同改性普通混凝土的抗壓強(qiáng)度最大增加值達(dá)10MPa;協(xié)同改性高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度最大增加值達(dá)20 MPa;協(xié)同改性最大石子粒徑16 mm的高強(qiáng)混凝土早期強(qiáng)度比最大石子粒徑20 mm的早期強(qiáng)度高，但最大石子粒徑20 mm的混凝土后期強(qiáng)度更高;改進(jìn)拌和方式成型的納米SiO2改性高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度與常規(guī)拌和成型的相比，早期強(qiáng)度提高5 MPa以上，后期強(qiáng)度

6、提高10MPa以上；⑷納米SiO2協(xié)同粉煤灰、礦粉改性高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比改性普通混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)小，其中與礦粉協(xié)同改性的高強(qiáng)混凝土的擴(kuò)散系數(shù)最小，為1.12×10-12m2/s;納米SiO2與礦粉協(xié)同改性最大石子粒徑為16mm的高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，為1.11×10-12m2/s，比空白組的下降了69.59％，而納米SiO2與礦粉協(xié)同改性最大石子粒徑為20 mm的高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小為1.12×10-

7、12 m2/s，比空白組的下降了75.55％;采用改進(jìn)拌和方式成型的納米SiO2協(xié)同粉煤灰、礦粉改性高強(qiáng)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)明顯低于常規(guī)拌和方式混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)；⑸納米SiO2改性普通混凝土抗凍性的最佳摻量為1％，此時(shí)，與粉煤灰協(xié)同的抗凍耐久性指數(shù)比空白組的提高幅度最大，提高了10.71％，與礦粉協(xié)同的抗凍耐久性指數(shù)最高，為46.47％;納米SiO2改性高強(qiáng)混凝土抗凍性的最佳摻量為0.8％，此時(shí)，與礦粉協(xié)同的抗凍耐久性指數(shù)最大，為

8、89.55％，比空白組的提高了18.34％;納米SiO2改性最大石子粒徑16 mm高強(qiáng)混凝土的抗凍耐久性指數(shù)普遍高于最大石子粒徑為20mm的，但最大粒徑20 mm的改性高強(qiáng)混凝土抗凍耐久性指數(shù)相對(duì)空白組的提高幅度更大，為18.34％;通過(guò)改進(jìn)拌和方式成型的納米SiO2改性高強(qiáng)混凝土的抗凍性明顯提高，最佳納米SiO2摻量為0.8％時(shí)，與粉煤灰協(xié)同改性混凝土的耐久性指數(shù)為89.70％，而常規(guī)拌和下的抗凍耐久性指數(shù)僅為82.67％;而與礦粉協(xié)

9、同改性混凝土的抗凍耐久性指數(shù)由常規(guī)拌和下的89.55％提高到了95.50％；⑹由于納米SiO2比礦物摻合料具有更高的活性和更小的尺寸，所以它的填充能力和晶核誘導(dǎo)能力更強(qiáng)，從而能在更加微觀的尺度改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，填充大孔，細(xì)化微孔;改進(jìn)拌和方式能使納米SiO2更好的分散，并且改善了界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)，減少了混凝土中的缺陷，降低了孔隙率，使有害孔減少;納米SiO2的引入也改善了混凝土的微結(jié)構(gòu)，消耗了氫氧化鈣，增加了凝膠的密實(shí)度，而且，改進(jìn)拌和