混凝土中納米粒子的運(yùn)用,建筑材料論文

混凝土中納米粒子的運(yùn)用,建筑材料論文摘要：在混凝土中摻入納米材料可提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。文中對(duì)納米材料在混凝土中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)單分析。本文關(guān)鍵詞語：混凝土;納米材料;混凝土性能;Abstract：Addingnanomaterialsintoconcretecanimprovethestrengthanddurabilityofconcrete.Inthispaper,theapplicationofnanomaterialsinconcreteisanalyzed.Keyword：Concrete;Nanomaterials;Concreteperformance;0、前言混凝土是將膠凝材料和骨料膠結(jié)成復(fù)合固體，材料豐富，耐用，配合比可根據(jù)實(shí)際情況配制，形狀可定制，熱膨脹系數(shù)和鋼筋類似，能夠整體澆筑。在設(shè)計(jì)混凝土施工時(shí)，通常需要考慮其和易性，使其便于施工。在混凝土的規(guī)定齡期內(nèi)要知足強(qiáng)度要求。其耐久性能，包括抗凍性能、抗?jié)B性能、耐磨性能和抗介質(zhì)侵蝕性能都需要知足要求。納米材料是新興材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在混凝土中摻入納米材料可有效改善混凝土的各項(xiàng)性能。1、概述納米材料有著常規(guī)材料不具備的特殊性能，如高強(qiáng)度高韌性、高比熱和熱膨脹系數(shù)、異常的導(dǎo)電率和擴(kuò)散率、高磁化率和電磁波的強(qiáng)吸收率。這些特殊性能就使得納米材料能夠應(yīng)用于很多領(lǐng)域，在多方面發(fā)揮特殊的性能，擁有非常廣闊的研究前景。由于納米材料的小尺寸而產(chǎn)生了四大效應(yīng)：尺寸效應(yīng)、外表效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和界面效應(yīng)[1]。2、混凝土的性能2.1、力學(xué)性能用混凝土抗壓強(qiáng)度作為其力學(xué)性能的總指標(biāo)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是以標(biāo)準(zhǔn)立方體試件〔150mm150mm150mm〕在標(biāo)準(zhǔn)條件下〔20℃3℃，濕度90%以上〕養(yǎng)護(hù)28d的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)[2]。影響混凝土強(qiáng)度的因素：〔1〕水泥強(qiáng)度大及水灰比小時(shí)，游離水少、構(gòu)造密實(shí)、孔隙率小，混凝土的強(qiáng)度會(huì)高；〔2〕骨料的質(zhì)量需要一些外表粗糙富有棱角的碎石；〔3〕養(yǎng)護(hù)條件要有適宜的溫度和濕度；〔4〕適宜的齡期。2.2、耐久性能混凝土的耐久性能主要有抗凍融，抗浸透，耐侵蝕和抗風(fēng)化等?；炷恋暮鸵仔粤己茫冶刃?，澆搗密實(shí)，孔隙率低，裂縫少則外界物質(zhì)侵入就會(huì)較困難，耐久性能會(huì)提高。混凝土的抗凍性能按28d齡期混凝土試件所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)確定，F(xiàn)50,F100表示混凝土可承受反復(fù)凍融次數(shù)為50次和10次?；炷恋目?jié)B性按28d齡期試件不透水所承受的最大水壓來確定，抗?jié)B等級(jí)劃分為P4,P6,P8,P10,P12，大于P12等六個(gè)等級(jí)，相應(yīng)表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0及1.2MPa的靜水壓力而不滲水?；炷恋哪突瘜W(xué)侵蝕性能和抗碳化性能也很重要?；炷恋母煽s是指毛細(xì)孔和膠凝體中水分蒸發(fā)和散失而引起的體積縮小，耐磨性是指其抗機(jī)械磨損的能力，與混凝土的強(qiáng)度有關(guān)。3、納米粒子在混凝土中的應(yīng)用3.1、納米SiO2在混凝土中的應(yīng)用黃征宇等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，納米SiO2(NS〕是一種非晶態(tài)物質(zhì)，可與礦物粉末構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)交織狀骨架構(gòu)造，其骨架構(gòu)造中由致密產(chǎn)物所填實(shí)的二級(jí)界面顯微構(gòu)造能夠促進(jìn)水泥的水化，提高水泥砂漿的早期強(qiáng)度。NS的參加使得水泥漿體的致密性和均勻性都相應(yīng)提高，使混凝土的和易性和流動(dòng)性均變差，其抗折強(qiáng)度最高可到達(dá)32.5MPa，提高了40.7%。從流動(dòng)性和強(qiáng)度指標(biāo)考慮，其最佳摻量在0.5%～1%之間；NS是當(dāng)前大規(guī)模生產(chǎn)的一種納米粉體材料，其外表有大量不飽和Si-O殘鍵和不同狀態(tài)下的羧基使得SiO2具有高反響活性[4]。在溫度較低的區(qū)域，對(duì)混凝土的抗凍性要求會(huì)較高，而混凝土的抗凍性是影響混凝土耐久性能的一個(gè)重要因素，王寶民[5]的研究發(fā)現(xiàn)，混凝土中摻NS僅有少部分表層漿體脫落，在與不摻NS的比照試驗(yàn)中相比擬，其質(zhì)量損失相對(duì)小。而凍融循環(huán)次數(shù)也相應(yīng)提高，試驗(yàn)結(jié)果證明了NS的摻入對(duì)混凝土的抗凍性能有相應(yīng)提升。另外，混凝土的抗?jié)B性能和耐磨性能隨著NS的摻加而提高，黃功學(xué)等[6]人的研究發(fā)現(xiàn)，比照不摻NS的混凝土相比，摻NS的滲水高度下降率最高達(dá)61.8%，抗沖磨能力最高提升了30.3%。摻NS對(duì)提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力也有很大提升，有效延緩了混凝土被硫酸鹽侵蝕的速率[7]。3.2、納米CaCO3在混凝土中的應(yīng)用納米CaCO3的粒度很小，外表能高，性能優(yōu)于普通碳酸鈣。但由于其粒子外表羧基互相作用構(gòu)成氫鍵而聚集，容易成團(tuán)，故需要降低納米碳酸鈣的外表能來發(fā)揮它最大的效能。納米CaCO3(NC〕的摻入使得混凝土不同齡期的強(qiáng)度逐步加強(qiáng)，且氯離子的浸透率下降[8]。NC的參加提高了混凝土的早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)度作用不明顯，但是若是摻入NC,NS，和硅粉的混合物，那么混凝土的后期強(qiáng)度也會(huì)大幅度提升[9]。但是NC的摻量也是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素，混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度會(huì)隨著摻量的增加而減小，其摻量在1.5%左右時(shí)，混凝土的抗壓抗折性能最好[10]。摻入NC也會(huì)提高混凝土在凍融后的強(qiáng)度，這是由于NC的參加使得混凝土內(nèi)部空隙被填充，提高了混凝土的流動(dòng)性，改善混凝土中水泥石與骨料的界面構(gòu)造，使混凝土的強(qiáng)度提高，抗?jié)B性能，耐久性能提高[11]。而NC的晶核作用，在水化產(chǎn)物附近產(chǎn)生毛細(xì)孔，量也發(fā)生顯著變化，增大后提供了現(xiàn)成晶核使得水化硅酸鈣〔CSH〕在其外表生長(zhǎng)，改變水泥水化反響的速度；同時(shí)CSH凝膠的宏大外表能，很容易吸附其他離子，水泥顆粒外表就不會(huì)有厚厚的保衛(wèi)層，而阻礙水化的進(jìn)程，水泥水化程度增加了，混凝土的性能相應(yīng)提升[12]。3.3、納米Al2O3在混凝土中的應(yīng)用納米Al2O3氧化鋁在混凝土中構(gòu)成硅酸鋁鈣凝膠〔C-A-S〕。納米氧化鋁與鋁酸鈣水合反響生成的Ca(OH)2反響，此反響速率和反響的外表積成正比。因而，添加納米氧化鋁能夠改善混凝土性能，在平均粒徑為15mm情況下，納米氧化鋁可替代水泥，最大粒徑不易超過2%。納米氧化鋁能夠提高混凝土彈性模量，在摻量5%時(shí)達(dá)彈性模量可高達(dá)143%。納米氧化鋁摻入后混凝土的吸水率和氯離子浸透性下降，耐久性能提高。研究表示清楚，摻氧化鋁使混凝土28d的抗壓強(qiáng)度提高了4.03%，當(dāng)氧化鋁含量從1%上升到3%時(shí)，強(qiáng)度從4.03%提高到8%，這與氧化鋁的高活性有關(guān)，它加速了水泥的水化，同時(shí)氧化鋁作為填料改善了混凝土的微觀構(gòu)造進(jìn)而減少了水泥漿體中較大空隙體積[13]?；炷恋男阅芤簿拖鄳?yīng)得以提升。摻入0.2%納米氧化鋁后，在準(zhǔn)靜態(tài)荷載之下，強(qiáng)度和變形性能都顯著提高，抗壓強(qiáng)度提高了44.5%。動(dòng)荷載作用時(shí)，納米氧化鋁混凝土的應(yīng)變敏感度增加，隨著應(yīng)變的增加，峰值應(yīng)力隨之提升，極限應(yīng)變的范圍擴(kuò)大，變形能力提高。同時(shí)電鏡掃描的結(jié)果顯示，參加納米氧化鋁后，水泥密實(shí)度提高，混凝土界面過度區(qū)得以改善，強(qiáng)度和韌性提升[14]。3.4、其他納米材料在混凝土中的應(yīng)用納米金屬氧化物如CoO、TiO2、ZnO等，能夠制成傳感器，如溫度傳感，紅外傳感和氧敏傳感器等。一般的制備方式是將納米金屬氧化物摻入混凝中，使其具有強(qiáng)導(dǎo)電性能和傳感作用結(jié)合，或是在混凝中插入納米金屬氧化物制成的傳感器，使混凝土具有傳感作用，適用于土工構(gòu)造的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)控混凝土的開裂以及毀壞情況及損傷評(píng)價(jià)和公路上車速及車重量的監(jiān)測(cè)等[15]。聚合物和無機(jī)納米復(fù)合材料在可以在混凝土中廣泛應(yīng)用，此類材料的界面面積較大，會(huì)降低界面應(yīng)力集中，消除了無機(jī)物與聚合物基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配的問題，可充分發(fā)揮無機(jī)物分子的力學(xué)性能，如高耐熱和聚合物可加工性，高強(qiáng)度，高韌性，熱穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性能[16]。4、結(jié)論隨著當(dāng)代材料科學(xué)迅速發(fā)展，高強(qiáng)度、高性能、多功能和智能化已成為行業(yè)的基本要求。在混凝土領(lǐng)域，同樣需要突破，不僅僅僅是在工民建之中，在軍事方面也有牽涉。納米材料的摻入大大提升了混凝土的性能，但納米材料制備工序復(fù)雜，成本較高。納米材料的摻入時(shí)難以到達(dá)均勻分散，能否會(huì)影響性能的提升，是需要進(jìn)一步研究的問題。以下為參考文獻(xiàn)[1]許耀群，李曙光，王娟，等.納米材料對(duì)混凝土耐久性和功能性影響研究[J].水利水電技術(shù)，2021,48(09):208-215.[2]盧經(jīng)揚(yáng).建筑材料[M].北京：清華大學(xué)出版社，2020.[3]黃征宇，曹芳良.納米材料對(duì)超高性能混凝土性能的影響[J]材料導(dǎo)報(bào)B：研究篇2020,26(9):136-141.[4]張密林，丁立國(guó)，景曉燕.納米二氧化硅的制備、改性與應(yīng)用[J]化學(xué)工程師，2003,99(6):11-31.[5]王寶民.納米二氧化硅高性能混凝土及機(jī)理研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2018.[6]黃功學(xué)，謝曉鵬.納米二氧化硅對(duì)活性粉末混凝土力學(xué)性能影響的試驗(yàn)研究[J].人民黃河，2018,33(7):138-140.[7]張偉，馬芹永.納米二氧化硅改性補(bǔ)償收縮混凝土受硫酸鹽侵蝕后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