纳米二氧化硅在混凝土中的应用现状研究.docxVIP

2 - 2 - 摘要 混凝土材料至今已有100多年的历史,现如今已经成为桥梁工程,土木工程,交通水利等现代工程结构的重要组成材料。但是普通混凝土有自重很大,施工不当时容易开裂;现浇后硬化慢导致工期长等的缺点。因此,研究提高混凝土的耐久性和强度等工作性能具有十分重大的意义。 纳米二氧化硅是纳米材料家族中最具有发展前景的一项,它是一种非金属材料，粒径仅约20纳米，外观为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染。此外，纳米二氧化硅具有较强的火山灰效应，可以降低了混凝土的坍落度和扩展度，改善了混凝土中骨料与料浆的界面。其晶体成核和微团聚体填充效应可以改善混凝土的孔结构和微缺陷，使混凝土内部结构更加致密，提高混凝土早期强度,为提高混凝土的性能提供了新的思路,是21世纪最有前景的材料之一。 关键词:纳米二氧化硅混凝土 力学性能 工作性 耐久性 绪论 1.1研究背景及意义 自1824年波兰发明水泥以来，水泥混凝土材料至今已有160多年的历史。现如今已经成为桥梁工程,土木工程,交通水利等现代工程结构的重要基础原材料之一。而混凝土作为土木工程中消耗量巨大的人工建筑材料,其需求量为材料之最。根据调查结果得知,目前我国混凝土平均年用量约为109立方,且有持续快速增长的趋势。但是普通混凝土有抗拉强度低、自重大,性脆;施工不当时容易开裂;现浇后硬化慢导致工期长等的缺点,限制了他在很多领域中的应用。近年来，许多研究学者从混凝土养护体系、养护内容和养护类型等方面来提高混凝土的性能，但在混凝土中加入纳米二氧化硅的研究却少之又少。 纳米二氧化硅是纳米材料家族中最具有发展前景的一项,它是一种非金属材料，粒径仅约20纳米，外观为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染。它还具有传统材料所没有的尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。研究结果发现,在混凝土中掺入适量的纳米二氧化硅可以增强火山灰反应来改善混凝土的孔结构和微缺陷,从而提高混凝土的各龄期强度（其中以早期强度的提高最为明显）。还降低了混凝土的坍落度和扩展度，改善了混凝土中骨料与料浆的界面。21世纪以来，随着工业化进程的加快和科学的快速发展，制备和应用技术也得到了提高。加入新材料，利用新技术改造传统材料，提高传统材料的性能,对拓宽其应用领域有十分重大的意义。因此,在混凝土中掺入纳米二氧化硅是混凝土历史发展的必然趋势,当今混凝土的发展必然走上更高性能的道路。 1.2 纳米二氧化硅混凝土国内研究现状 水化硅酸钙凝胶为水泥发生水化反应的产物，其粒径在该范围的纳米级颗粒尺寸下，所以在某种意义上可以认为混凝土本质上是一种初级的纳米材料，只是它的微观结构与其他材料相比较为粗糙。因此就需要用纳米二氧化硅掺入混凝土的办法来优化其微观结构。国内外许多专家学者对纳米二氧化硅混凝土进行了不同程度的实验研究，为纳米二氧化硅混凝土的广泛应用提供了强有力的理论基础。 郑州大学汪鹏的研究结果显示，纳米二氧硅对混凝土的早期强度影响最为显著，随着掺量的增加，混凝土的断裂韧性、断裂能与裂缝、失稳断裂韧性、有效断裂长度等断裂参数的临界裂缝张开位移都是呈现前期增大后期减小的趋势。 唐晓萍、陈安生用纳米二氧化硅代替了混凝土中的水泥含量，研究结果显示纳米二氧化硅混凝土的抗压、劈裂、抗折强度和弹性模量相较于普通混凝土等均有所提高，范围在10%~18%之间。 杜应吉等人通过慢冻法冻融试验得出结论：纳米二氧化硅粉体能填充150nm以下的微小孔隙，避免了这些孔隙注水结冰膨胀而产生破坏，提高了约50%的抗冻性能。 高丹盈，赵军，李晗等通过研究发现，掺入适量的纳米二氧化硅，其微观填充效应能有效提高混凝土的抗氯离子渗透性，但过量使用会阻碍熟料颗粒与水的接触，造成不良影响。所以纳米二氧化硅的掺量应控制在一个适宜范围之内。 李固华、高波等人通过实验发现，因为纳米二氧化硅的需水量巨大，所以纳米二氧化硅混凝土的流动性与普通混凝土比起来要低得多，初凝和终凝的凝结时间也大大缩短。而且掺入3%的纳米二氧化硅后，混凝土的坍落度立马降低59.2%。 黄娟团队对不同材料，不同掺量的混凝土进行冻融循环实验，实验结果表明，在冻融循环次数达到第150次时，纳米二氧化硅混凝土的质量损失最小，相对动弹模量达到顶峰，抗盐冻性能的提高最为显著。 1.3 纳米二氧化硅混凝土国外研究现状 Morteza H. Beigi，Javad Berenjian等通过对自密实混凝土的各项性能进行研究发现，在混凝土中加入纳米二氧化硅能使浆体结构更加致密，表面更加地光滑。尤其在掺量达到4%时，混凝土强度的提高率达到最高，为20%。 Niloofar Salemi对纳米二氧化硅混凝土的抗冻性能进行测试发现，混凝土的渗透性和孔隙率有所降低，在此基础上其抗冻性和抗压强度却有着较大的提高。 Eskandari等人对掺了