納米二氧化硅與硅灰復(fù)摻對(duì)水泥凈漿的改性研究

1．引言

納米技術(shù)是對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響的一種關(guān)鍵性前沿技術(shù)，利用微納米粉體技術(shù)改性水泥漿體，可產(chǎn)生很好的效果。因此，必須加強(qiáng)納米粉體對(duì)水泥水化產(chǎn)物之間的相互作用機(jī)理的研究，為水泥基材料的高性能、多功能、智能化及超耐久性打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)翻閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料[1]，發(fā)現(xiàn)不具有火山灰活性的納米粉體對(duì)水泥漿體性能的影響非常顯著，納米級(jí)SiO2對(duì)水泥基材料的作用尤其明顯，本文對(duì)納米級(jí)SiO2對(duì)水泥凈漿的改性機(jī)理進(jìn)行研究。期望能通過(guò)添加納米級(jí)微粉進(jìn)一步改善水泥漿體的性能，為拓寬納米材料在水泥基材料領(lǐng)域開(kāi)展的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)[2]。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1原料

1) 水泥(C):：P·I 42.5 普通硅酸鹽水泥，亞泰鼎鹿牌，其各項(xiàng)性能技術(shù)指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，其中，初凝時(shí)間為2 : 27，終凝時(shí)間為3 ：14。

2) 納米SiO2：自制，平均尺寸30 nm，比表面積171 m2/g，密度0.5 g /cm3。

3) 硅灰：市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。

2.2納米粒子表面改性..

由于無(wú)機(jī)納米材料本身的極性和顆粒細(xì)微化，具有極大的比表面積和較高的比表面能，使它們易團(tuán)聚，不易在有機(jī)介質(zhì)中分散，與聚合物配伍性能差,

直接應(yīng)用影響納米粒子的實(shí)際作用。為了降低納米材料的表面極性，提高納米粒子在有機(jī)介質(zhì)中的分散能力和親和力[3]，擴(kuò)大納米材料應(yīng)用范圍，需要對(duì)納米粒子進(jìn)行表面改性[4] 。為了提高納米SiO2的分散性，先取一定量納米SiO2置于盛有水和無(wú)機(jī)分散劑的燒杯中，用超聲波分散25 min 制得懸浮液。

2.3實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方案如表一所示，P部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同百分含量單摻納米SiO2粉體；O部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同百分含量單摻納米硅灰粉體；S部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同質(zhì)量百分比復(fù)摻納米SiO2粉體及硅灰，并保持其總量為50g。對(duì)上述水泥凈漿進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間的測(cè)試，以觀察三個(gè)體系凝結(jié)時(shí)間的變化情況，對(duì)水泥硬化漿體抗壓與抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出最佳納米二氧化硅與硅灰的摻量，并分析二者對(duì)水泥水化歷程影響的原因。按GB/T1346一2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和安定性檢驗(yàn)方法》測(cè)定改性水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間。抗壓、抗折強(qiáng)度參照 GB/T 17671—99《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

表1改性水泥漿體配比方案表

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 改性水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定與分析

對(duì)改性水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定，得到結(jié)果如表2所示。

表 2 改性水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間及水泥硬化漿體抗壓/抗折強(qiáng)度

表2結(jié)果可知，納米SiO2粉體的加入使水泥凈漿的初凝時(shí)間、終凝時(shí)間以及初終凝時(shí)間差都明顯縮短，且納米SiO2粉體摻量越多，對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響越顯著。這是由于無(wú)定型納米SiO2所特有的“表面效應(yīng)”[8尺寸小、表面能較高，位于表面原子占相當(dāng)大的比例，加速了水泥水化反應(yīng)速度。對(duì)于單摻10%硅灰的試樣，水泥漿體的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間都有所增加，說(shuō)明硅灰對(duì)水泥凈漿的凝結(jié)有一定的抑制作用。S體系在納米級(jí)SiO2粉體與硅灰在水泥凈漿雙摻總量保持10%不變時(shí)，納米SiO2摻量為3%以內(nèi)，隨SiO2摻量增加，終凝效果增加很多，而由3%增至5%，則終凝效果增加較少。

3.2 水泥硬化漿體抗壓與抗折強(qiáng)度分析

水泥硬化漿體抗壓與抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2結(jié)果可知：P體系當(dāng)中隨著納米SiO2摻入量的增加,試件抗壓、抗折強(qiáng)度和壓折比較空白試件均有所降低。Q體系單摻5%和10%硅灰的水泥硬化漿體28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均高于空白試件，且隨硅灰摻入量增加而明顯提高，壓折比變化不大。S體系可以看出納米SiO2和硅灰雙摻時(shí)，隨納米SiO2摻量減少，硅灰摻量增加，強(qiáng)度明顯提高，壓折比有所提高，但均低于空白試件。當(dāng)雙摻總量為10%，納米SiO2摻量為1%時(shí)，試件各項(xiàng)強(qiáng)度均最高，

4.結(jié)論

（1）納米SiO2粉體的加入使水泥凈漿的初凝時(shí)間、終凝時(shí)間以及初終凝時(shí)間差都明顯縮短，且納米SiO2:粉體摻量越多，對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響越顯著。

(2) 隨著納米SiO2摻量增加,試件強(qiáng)度及壓折比較空白試件均有所降低，而雙摻納米SiO2和硅灰時(shí)強(qiáng)度均有所提高，當(dāng)雙摻總量為10%，納米SiO2摻量為1%時(shí)為最佳復(fù)摻量。

（3）單摻納米SiO2時(shí)，壓折比有明顯降低，復(fù)摻納米SiO2和硅灰時(shí)壓折比有所降低。