纳米SiO2改善水泥胶砂性能的研究.pdf

验费一
文章编号:1009-9441(201111-0005-03
纳米SiO2改善水泥胶砂性能的研究
コ口王徳志1,孟云芳2(1.宁守夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021:2.旱区现代农业
水资源高效利用教育部工程研究中心,宁夏银川750021)
摘要:将纳米SiO2以0.5%、1.109%,2.0%和4.0%等量SiO2,平均粒径为25nm,比表面积为230000m3/kg
取代水泥,研究了纳米SO2对水泥胶形性能的影响。试验纯度为99.6%。
结果表明,掺加纳米SO2使水泥标准釈度用水量急剧增加;1.2试验方法
水泥的初礙和终凝时间略有缩短:对水泥安定性无不良影
响;水泥胶砂的7d和]4d抗折强度较对照组有所提高,但
按GB/T13462001《水泥标准稠度用水量、凝
对28d抗折强度贡献不大;水泥胶砂的了d、14d和28d抗结时间、安定性检验方法》和GB/T17671-199g水
压强度较对照组有所商。从经济的角度考,纳米SO2泥胶砂强度检验方法(1SO法)》的规定,测试矿物掺
的最佳掺量为2%。
合料对水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间、安定性
关键词:纳米SO2;水泥胺砂;标准概度用水量;凝结时问;强和水泥胶砂强度的影响。
中图分类号:TQ172
文献标识码:A
2试验结果与分析
掺加纳米5SiO2对水泥物理力学性能的影响见
水泥硬化浆体(水泥石)是由数量众多的纳米表1和表2。
级粒子(水化硅酸钙凝胶)和纳米级孔与毛细孔(结表1纳米SO2对水泥标准稠度用水量和凝结时的影响
构缺陷)以及尺寸较大的结晶型水化产物(大品体
凝结时间/min
对强度和韧性均不太有利)所组成的-。矿物掺
编号水混用量」纳米S02|标准稠度
グ%」用水/%「初终
合料通过二次反应减少氢氧化钙的数量,细化界面
215
的氢氧化钙晶粒,增加水化硅酸钙凝胶的数量,以而 CNA T AT.s「os1a4「十g
改善水泥石的性能。目前,矿物掺合料已成为高性
CM3
133
能高耐久性混凝土必不可少的重要组分34。将矿
490
108
物掺合料磨细至纳米级摻入到水泥浆体中,从理论
CMS
100
209
上讲,纳米级矿物接合料不仅可以更大程度地填充
水泥浆体间的孔隙,改譯材料的堆积效果,还可以发
表2矿物掺合料对水泥胶砂强度的影响
挥纳米粒子的表面效应和小尺小效应,从而提高水
第号纳米sSO3
抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
泥基复合材料的强度和其他性能。本文对利用纳米
掺量「7d「14d28d7d14d28d
SjO2改善水泥基材料的性能进行了研究。
0
5.447.1418.4128.7」35.6143.9
1材料和方法
M50.515.4516.477.41132.036.514.5
5.947.1318.46
6142.6「44.5
材料
M7
26.717.6617.92136.1143.4148.8
(1)硅酸盐水泥:宁夏赛马实业股份有限公司
6.817.8618.0938.5143.3153.6
生产的“赛马牌”P?042.5R水泥,其性能指标满
足国家标准的要求。
2.1纳米Si02对水泥标准稠度用水的影响
(2)纳米SiO2:杭州万景新材料公司生产的纳米
由表1可以看出,摻加纳米SiO2使水泥标准稠
①基金项目:宁夏白然科学某金项目(NZ1159);宁夏大学科学棊金项目(NZR10-44)
建材技术与应用11/2011
万方数据
度用水量急剧增加,当其掺量从0%增加到3%,标度分别为23.3%和7.3%;当掺量为4%时,7d和
准稠度用水量较对照组分别增加4.2%,9%和12%。14d抗折强度提高幅度分别为25.0%和10.1%。
试验结果表明,纳米SiO2掺量每増加1%,标准稠但纳米SiO2对水泥胶砂28d抗折强度贡献不大,甚
度用水量增加3%~4%。
至有降低的趋势。所以,纳米SiO2对水泥胶砂早期
2.纳米SiO2对水泥凝结时间的影响
抗折强度影响显著,对后期强度影响不明显。
由表1可见,掺加纳米CaCO3使水泥的初凝和2.5纳米Si02对水泥胶砂抗压强度的影响
终凝时略有降低。
由表2可见,掺加纳米SiO2使水泥胶砂的7d、
纳米SO2尺寸小,位于表面的原子占相当大的14d和28d抗压强度均较对照组有所提高。当摻
比例,由于表画原子数量巨大、表面原子配位的不饱量为2%时,7d14d和28d抗压强度提高幅度分
和性将导致大量的悬键和不饱和健,使其易于与其别为25.8%、22.0%和1.1%;当掺量为4%时,
他原子结合。水泥水化反应生成的Ca(OH)2在纳7d、14d和28d抗压强度提高幅度分别为34.1%
米SiO2表面形成键合,并生成C-S-H凝胶,随着21.6%和22.1%。
Ca(OH)2的消耗进一歩加速了水化反应,促进水泥3机理分析
的凝结和硬化,所以水泥凝结时间缩短
2.3纳米SiO2对水泥安定性的影响
Aimn和Cof建立了分析水泥基复合胶凝材料混
试验发现,掺加纳米SiO2的试件安定性均合合物体系雄积密实度的模型。该模型采用平均粒径
格,即纳米SiO2对水泥安定性不产生不良影响。
表示每种细颗粒材料的粒度分布特性,可以方便直
2.4纳米SiO2对水泥胶砂抗折强度的影响
观地得到掺火山灰质材料水泥二元体系的堆积密实
由表2可见,随着纳米SO2量的增加,水泥度?。根据Aim和Cof密实度模型,计算出水泥
胶砂的7d和14d抗折强度较对照组有较大程度提棊材料掺加纳米SO2和粉煤灰的堆积密实度(水泥
高。当掺量为2%时,7d和14d抗折强度提高幅颗粒的空隙率取0.538),结果见表3。
表3纳米SiO2和粉煤灰对水泥混合料堆积密实度的影响
体积比率
项
0
0.1
0,2
0.2660.30.3450.3460.4
0.5
0.6
纳米Si0
0.5220.5880.640.671「0.7180.71910.6890.6390.5950.5590.47
粉煤灰0.410.5210.5890640680.6610.6606010.340550s04
由表3可知,对于掺人纳米级矿物掺合料的水和化学催化活性等与普通粒子相比发生了很大变
泥基材料的二元颗粒体系,其获得最佳堆积密实度化,导致这些纳米颗粒与水化产物大量键合并以纳
时,纳米SiO2所占的体积分数为0.346,对应的堆积米矿粉为晶核,在其表面形成水化硅酸钙凝胶相,将
密实度为0.719;粉煤灰所占的体积分数为0.26,松散的水化砆酸钙凝胶变成以纳米颗粒为核心的网
对应的堆积密实度为0.64。由此可见,纳米SiO2比状结构,从而提高了水泥石的強度。
水泥颗粒更细小,可以显著提高水泥基材料混合4结论
的堆积密实度,其效果远远高于粉煤灰。固体颗粒
混合物体系堆积密实度的提高,浆体的空隙率降低,4.1纳米SiO2使水泥标准稠度用水量急剧增加,
使填充水量减少、抗压强度提高以及微观结构更加当其掺量从0%增加到3%时,标准礀度用水量增
均匀密实。所以,填充密实效应