納米二氧化硅在混凝土中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

摘要混凝土材料至今已有100多年的歷史,現(xiàn)如今已經(jīng)成為橋梁工程土木工程,交通水利等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的重要組成材料但是普通混凝土有自重很大施工不當(dāng)時(shí)容易開(kāi)裂現(xiàn)澆后硬化慢導(dǎo)致工期長(zhǎng)等的缺點(diǎn)。因此,研究提高混凝土的耐久性和強(qiáng)度等工作性能具有十分重大的意義。納米二氧化硅是納米材料家族中最具有發(fā)展前景的一,是一種非金屬材料，粒徑僅約20納米，外觀為無(wú)定形白色粉末，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染。此外，納米二氧化硅具有較強(qiáng)的火山灰效應(yīng)，可以降低了混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，改善了混凝土中骨料與料漿的界面。其晶體成核和微團(tuán)聚體填充效應(yīng)可以改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和微缺陷，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密提高混凝土早期強(qiáng)度,為提高混凝土的性能提供了新的思路是21世紀(jì)最有前景的材料之一。關(guān)鍵詞:

納米二氧化硅混凝土

力學(xué)性能工作性耐久性第一章

緒論1.1研自波蘭發(fā)明水泥以來(lái)，水泥混凝土材料至今已有160年的歷史。現(xiàn)如今已經(jīng)成為橋梁工程,土木工程,交通水利等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)原材料之一而混凝土作為土木工程中消耗量巨大的人工建筑材,需求量為材料之最。根據(jù)調(diào)查結(jié)果得知,目前我國(guó)混凝土平均年用量約為109立方,且有持續(xù)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)但是普通混凝土有抗拉強(qiáng)度低、自重,脆施工不當(dāng)時(shí)容易開(kāi);現(xiàn)澆后硬化慢導(dǎo)致工期長(zhǎng)等的缺點(diǎn),限制了他在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用。近年來(lái)，許多研究學(xué)者從混凝土養(yǎng)護(hù)體系、養(yǎng)護(hù)內(nèi)容和養(yǎng)護(hù)類(lèi)型等方面來(lái)提高混凝土的性能但在混凝土中加入納米二氧化硅的研究卻少之又少。納米二氧化硅是納米材料家族中最具有發(fā)展前景的一,是一種非金屬材料，粒徑僅約20納米，外觀為無(wú)定形白色粉末，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染。它還具有傳統(tǒng)材料所沒(méi)有的尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在混凝土中摻入量的納米二氧化硅可以增強(qiáng)火山灰反應(yīng)來(lái)改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和微缺陷從而提高混凝土的各齡期強(qiáng)度（其中以早期強(qiáng)度的提高最為明顯）。還降低了混凝土的坍落度和擴(kuò)展度改善了混凝土中骨料與料漿的界面21世紀(jì)以來(lái)隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和科學(xué)的快速發(fā)展，制備和應(yīng)用技術(shù)也得到了提高。加入新材料，利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)材料，提高傳統(tǒng)材料的性能,對(duì)拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域有十分重大的意義因此,在混凝土中摻入納米二氧化硅是混凝土歷史發(fā)展的必然趨勢(shì),當(dāng)今混凝土的發(fā)展必然走上更高性能的道路。納-1-

水化硅酸鈣凝膠為水泥發(fā)生水化反應(yīng)的產(chǎn)物，其粒徑在該范圍的納米級(jí)顆粒尺寸下，所以在某種意義上可以認(rèn)為混凝土本質(zhì)上是一種初級(jí)的納米材料，只是它的微觀結(jié)構(gòu)與其他材料相比較為粗糙因此就需要用納米二氧化硅摻入混凝土的辦法來(lái)優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)納米二氧化硅混凝土進(jìn)行了不同程度的實(shí)驗(yàn)研究，為納米二氧化硅混凝土的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。鄭州大學(xué)汪鵬的研究結(jié)果顯示，納米二氧硅對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度影響最為顯著，隨著摻量的增加，混凝土的斷裂韌性、斷裂能與裂縫、失穩(wěn)斷裂韌性、有效斷裂長(zhǎng)度等斷裂參數(shù)的臨界裂縫張開(kāi)位移都是呈現(xiàn)前期增大后期減小的趨勢(shì)。唐曉萍、陳安生用納米二氧化硅代替了混凝土中的水泥含量，研究結(jié)果顯示納米二氧化硅混凝土的抗壓、劈裂、抗折強(qiáng)度和彈性模量相較于普通混凝土等均有所提高，范圍在10%~18%之間。杜應(yīng)吉等人通過(guò)慢凍法凍融試驗(yàn)得出結(jié)論納米二氧化硅粉體能填充以下的微小孔隙，避免了這些孔隙注水結(jié)冰膨脹而產(chǎn)生破壞，提高了約的抗凍性能。高丹盈，趙軍，李晗等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，摻入適量的納米二氧化硅，其微觀填充效應(yīng)能有效提高混凝土的抗氯離子滲透性，但過(guò)量使用會(huì)阻礙熟料顆粒與水的接觸，造成不良影響。所以納米二氧化硅的摻量應(yīng)控制在一個(gè)適宜范圍之內(nèi)。李固華、高波等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧{米二氧化硅的需水量巨大，所以納米二氧化硅混凝土的流動(dòng)性與普通混凝土比起來(lái)要低得多，初凝和終凝的凝結(jié)時(shí)間也大大縮短。而且摻入3%的納米二氧化硅后，混凝土的坍落度立馬降低。黃娟團(tuán)隊(duì)對(duì)不同材料，不同摻量的混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到第150次時(shí)，納米二氧化硅混凝土的質(zhì)量損失最小，相對(duì)動(dòng)彈模量達(dá)到頂峰，抗鹽凍性能的提高最為顯著。納MortezaH.Beigi，JavadBerenjian等通過(guò)對(duì)自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加入納米二氧化硅能使?jié){體結(jié)構(gòu)更加致密，表面更加地光滑。尤其在摻量達(dá)到4%時(shí)，混凝土強(qiáng)度的提高率達(dá)到最高，為。NiloofarSalemi對(duì)納米二氧化硅混凝土的抗凍性能進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，混凝土的滲透性和孔隙率有所降低，在此基礎(chǔ)上其抗凍性和抗壓強(qiáng)度卻有著較大的提高。Eskandari等人對(duì)摻了納米二氧化硅和微沸石的混凝土做了性能研究，研究發(fā)現(xiàn)納米二氧化硅對(duì)降低氯離子滲透十分有效，1%的納米二氧化硅能降低的抗氯離子滲透系數(shù)，大大改善了混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土的抗凍性與質(zhì)量。A.H.Shekari研究了納米二氧化硅對(duì)混凝土的吸水率和氯離子透過(guò)率的影響果表明氯離子的擴(kuò)散率下降了35%。由此可以得出結(jié)論，結(jié)果表明，納米二氧化硅對(duì)耐久性參數(shù)的改善有顯著作用。MostafaJalal等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅混凝土相較于普通-2-

混凝土不僅泌水和離析現(xiàn)象有所減少，抗?jié)B性能提高，而且毛細(xì)吸水現(xiàn)象降低，混凝土內(nèi)部材料組合效果更是大大改善。本本文主要綜述了納米二氧化硅的性能及制備方法納米二氧化硅混凝土的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，納米二氧化硅摻入后對(duì)混凝土各大性能的影響。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的問(wèn)題，提出建議，并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望。具體內(nèi)容如下：（1）納米二氧化硅的概念，性能，制備方法（2）納米二氧化硅混凝土的研究背景、意義及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀（3）納米二氧化硅對(duì)混凝土的作用機(jī)理分析（4）納米二氧化硅在混凝土各大性能等方面的最新研究進(jìn)展（5）納米二氧化硅混凝土與普通混凝土的性能比對(duì)（6）對(duì)納米二氧化硅在混凝土中的應(yīng)用的展望第二章納米二氧化的研究現(xiàn)狀概納米材料被稱為"21世紀(jì)最有前途的材料",中納米二氧化硅在混凝土研究中有著廣泛的應(yīng)用。納米二氧化硅又稱白炭黑，是一種粒徑僅為左右的非晶白色粉末，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染，微結(jié)構(gòu)為球形，準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)呈絮狀和網(wǎng)狀。所以具有很多獨(dú)特的性質(zhì)，如：小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)。在紫外光學(xué)性能方面，可以提高其抗老化、強(qiáng)度和耐化學(xué)性。此外，其強(qiáng)烈的火山灰效應(yīng)和填充作用在涂料、紡織、橡膠、催化和農(nóng)食品領(lǐng)域等都有著廣泛的應(yīng)用。圖納納米二氧化硅的制備方法是納米材料科技的重點(diǎn),各國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域有更多的研究照工藝分為干法和濕法（溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法、氣相沉積法、微乳液法）兩,干法制備的納米二氧化硅具有純度高,性能好等優(yōu);但缺點(diǎn)是在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中消耗的能-3-

源較大,設(shè)備投資大,成本較高用濕法制備的納米二氧化硅經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)改性后補(bǔ)強(qiáng)性與炭黑相接近,而且原料廣泛易得,價(jià)格低廉。下面就幾種方法做簡(jiǎn)單的闡述。（1）干法制備納米二氧化硅。干法制備納米二氧化硅的原料通常是用鹵硅烷、氧氣、氫氣。其主要工藝流程是將有機(jī)硅化物與空氣和氫氣均勻混合后，經(jīng)過(guò)高溫反應(yīng)水解，再在水解后分離大的凝膠顆粒，最后脫酸制得納米二氧化硅。（2溶膠-凝膠法制備納米二氧化硅此種方法是將無(wú)水乙（甲醇乙醇丙醇、戊醇和硅酸（正硅酸四甲酯正硅酸四乙酯正硅酸四丙酯按一定比例均勻混合，形成溶,在溶液中加入一定量的去離子水,調(diào)節(jié)該溶液的酸堿值后加入合適的表面活性劑,混合溶液在室溫下攪拌和陳化，形成凝,凝膠再在爐中干燥，最后制得納米二氧化硅粉體。）微乳液法制備納米二氧化硅。此種方法是濕法制備納米二氧化硅中較為新穎的一種方法。其主要流程是將正硅酸四乙酯作為硅源，利用正硅酸四乙酯分子擴(kuò)散通過(guò)反膠束界面膜滲透原子核內(nèi)的水，最后發(fā)生水解縮聚反應(yīng)制得納米二氧化硅。（4）蛇紋石制備納米二氧化硅。我國(guó)的蛇紋石資源十分豐富蛇紋石中含的鎂,40.4%的氧化硅種方法是在100℃的溫度和常壓下在浸洗后的蛇紋石酸浸鎂渣中加入燒堿,將多孔二氧化硅分離成水玻璃溶液，加入一定量的酸制備納米二氧化硅。納米二氧化硅的特性由于納米二氧化硅具有很大的比表面積，隨著顆粒尺寸的減小，表面原子數(shù)、表面能和表面張力急劇增大，所以即使納米二氧化硅的成分沒(méi)有任何變化，但是其熔點(diǎn)、力學(xué)性能和磁能都會(huì)呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料截然不同的特性。根據(jù)材料的不同性能，學(xué)者們進(jìn)行了深入的研究，總結(jié)出與傳統(tǒng)材料相比的獨(dú)特性能：（1）小尺寸效應(yīng)。納米顆粒尺寸不斷變小，比表面積反而不斷增,熔點(diǎn)、光學(xué)性能,熱學(xué)性電學(xué)性能等物理性質(zhì)也隨之而產(chǎn)生變化并產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)的現(xiàn)象稱之為小尺寸效應(yīng)。比如如金的熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到10nm，則降低為1037℃，減小到2nm時(shí)變?yōu)?27℃。（2）表面效應(yīng)。隨著粒徑的減小，比表面積明顯增大，粒子表面原子數(shù)相對(duì)增加，所以這些原子具有很高的表面活性而且不穩(wěn)定，致使粒子表現(xiàn)出不同的特征，這就是表面效應(yīng)。）量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)粒徑減小到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的能級(jí)由連續(xù)能級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散能級(jí)或能級(jí)間隙現(xiàn)象。當(dāng)能級(jí)的變化比熱、光、電磁能的變化更大時(shí)，磁性納米粒子的光、聲、熱、電和超導(dǎo)性與傳統(tǒng)材料有明顯不同。）宏觀量子隧道效應(yīng)。它是量子力學(xué)的基本現(xiàn)象之一，即當(dāng)粒子的總能量小于勢(shì)壘的高度時(shí)，粒子仍然可以通過(guò)勢(shì)壘。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微觀粒子的磁化，量子相干器件的通量等，也有隧道效應(yīng)，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。（5細(xì)填充效應(yīng):納米二氧化硅顆粒的尺寸極小夠填充硬化混凝土內(nèi)部孔隙-4-

減少水泥和混凝土水化后收縮引起的裂縫，改善混凝土的抗?jié)B性與耐久性。第三章納米二氧化在混凝土中的研究現(xiàn)狀納納米二氧化硅對(duì)混凝土的作用機(jī)理主要有:（1）7d齡期之內(nèi),水泥漿體能生成大量的氫氧化鈣并與之產(chǎn)生反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠,這種凝膠的膠結(jié)力強(qiáng)、比表面積,在一定程度上提高混凝土的強(qiáng),降低骨料表面氫氧化鈣的反,善水泥漿和骨料過(guò)渡界面結(jié)構(gòu)?；炷恋脑缙诹W(xué)性能得到改善。（2）納米二氧化硅與氫氧化鈣反應(yīng)放熱加快了水泥混凝土水化反應(yīng)的進(jìn)行,混凝土的早期強(qiáng)度有所提高。（3）納米二氧化硅可以物理填充混凝土內(nèi)凝膠孔隙（1~100nm）、水化硅酸鈣水化層間隙和毛細(xì)孔隙，有效降低水泥基材料中總孔隙率和臨界孔徑，從而達(dá)到了增加混凝土密實(shí)度和提高相應(yīng)強(qiáng)度的目的。（4）納米二氧化硅的比表面積較大,具有很強(qiáng)的化學(xué)活性摻入混凝土后不僅能吸附大量的表層水,減少水化反應(yīng)的水量,還能與水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)從而降低水泥混凝土的水化程度。納米二氧化硅在很大程度上能影響混凝土的力學(xué)性能,在混凝土水化早,上述機(jī)理中的前三種起到了提高混凝土早期強(qiáng)度的主要作用,到水化晚,四種作用起到了主要作用以納米二氧化硅對(duì)混凝土后期強(qiáng)度的作用效果并不明顯過(guò)一定的摻量甚至可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降。摻選擇合適的制備工藝對(duì)摻了納米二氧化硅的混凝土來(lái)說(shuō)是十分重要的,以使混凝土有良好的工作,力學(xué)性能和耐久性能。在水泥漿或拌合物中充分均勻的分散納米二氧化硅,可以有效的發(fā)揮納米二氧化硅的特殊性能。考慮到納米二氧化硅的特點(diǎn),張茂花等人提,摻米二氧化硅的混凝土的制備工藝應(yīng)該遵循以下的原則:（1）因?yàn)榧{米二氧化硅的表面性能極大,所以應(yīng)避免其與骨料混合過(guò)多后吸附在骨料表面從而影響納米二氧化硅在水泥石中的分散。（2）納米二氧化硅與水泥先行混合攪,分離成一個(gè)個(gè)小納米顆粒團(tuán)聚,納米二氧化硅的分散很不利。（3）施展分散劑的作,將納米二氧化硅和分散劑水溶液均勻攪,米二氧化硅將不再過(guò)多的吸附在容器內(nèi)壁上。（4）納米二氧化硅的分散速度與攪拌時(shí)間無(wú)關(guān)與攪拌速度有關(guān),應(yīng)高速攪拌。-5-

（5）將外加劑、水、納米二氧化硅先均勻攪拌成混合,再將此溶液加入粗、細(xì)骨料和水泥拌合物中可以很好的提高流動(dòng)性。應(yīng)采用高頻振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型。參考上述原,福州大學(xué)季滔等人采用的納米混凝土制備工藝就是在配制過(guò)程中,先將高效減水劑和大部分水均勻混合后倒入納米二氧化硅,攪拌均勻。納米二氧化硅不溶于,但是由于高效減水劑固體的減水)起到了分散的作,米二氧化硅就可以基本上溶于高效減水劑和水的混合體將水泥砂石及摻合料在攪拌機(jī)中攪拌均,再倒入一部分水?dāng)嚢?0s,最后慢慢倒入高效減水劑二氧化硅和水的混合液攪拌液攪拌60s,這樣能使納米二氧化硅更好更均勻地分散。重慶大學(xué)王充的研究表,以通過(guò)兩種技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)納米二氧化硅混凝土的制備:）減水劑+大部分水→攪拌+米SiO2手工高速攪拌均勻成混合(歇性加入適量消泡劑);在強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)中:石子砂+水泥→攪拌均勻+減水劑水和納米SiO2的混合液+剩余部分沖洗水→攪拌均勻成混凝土拌合物。）②減水劑+大部分水→手工高速攪拌均勻成混合液間性加入適量消泡);在強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)中:石子+砂+水泥+納米SiO2→攪拌均勻+減水劑水的混合液+剩余部分沖洗水→攪拌均勻成混凝土拌合物。但是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā):一種途徑制備的混凝土性能要比第二種途徑制備的混凝土性能,而且制備納米二氧化硅混凝土?xí)r液體形態(tài)的高效減水劑要比固體形態(tài)的作用效果更為明顯。浙江工業(yè)大學(xué)的葉青陳榮升等,哈爾濱工業(yè)大學(xué)的肖會(huì)剛等的研究結(jié)果表明制備方法(1)相較于(2)對(duì)混凝土強(qiáng)度提升作用更為顯著因?yàn)榉椒?)避免了方法(2)被分離成一個(gè)個(gè)小的納米顆粒團(tuán)聚體分布在水泥中的情況提高了混凝土拌合物的流動(dòng)性,使得納米二氧化硅顆粒較為均勻的分散在水泥石中大大提高了混凝土強(qiáng)度。上述研究結(jié)果表,將納米二氧化硅摻入混凝土中的制備工藝與普通混凝土的制備工藝不同,應(yīng)用高效減水劑作為納米二氧化硅的溶劑來(lái)制備。納納米二氧化硅具有良好的火山灰效應(yīng),其需水量比水泥要大在適量范圍內(nèi)隨著納米二氧化硅的不斷增加,凝土的各齡期強(qiáng)度也有所提高,其中以早期強(qiáng)度的提高最為明顯,對(duì)后期強(qiáng)度的提升不那么顯著從提高混凝土強(qiáng)度的角度來(lái)看納米二氧化硅的摻量應(yīng)控制在一個(gè)適宜的范圍之內(nèi),超過(guò)那個(gè)范圍以,繼續(xù)摻入納米二氧化硅反而會(huì)混凝土的各項(xiàng)強(qiáng)度不斷降低。由于測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等方面的不同,前對(duì)納米二氧化硅最佳摻量的研究結(jié)果有所爭(zhēng)議:郭寶林葉青等人從提升抗壓強(qiáng)度的角度研究認(rèn)為納米二氧化硅的最佳摻量3%左右;從提升混凝土強(qiáng)度的角度,李固華認(rèn)0.5%~1.0%是納米二氧化硅的適宜摻量;而王保民從提升混凝土抗壓強(qiáng)度的角度表明最為適宜朋飛等對(duì)摻了納米二氧化硅的混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研,發(fā)現(xiàn)摻了納米二氧化硅的混凝土抗壓性能相較于普通混凝土并不明顯,在0.5%左右時(shí)達(dá)到最高之后逐步下降;其抗彎拉強(qiáng)度卻有-6-

很大的提高,在0.5%~1.0%時(shí)效果最好,之后逐步下降斷裂韌性的提高也較為明顯合考慮得出:隨著納米二氧化硅摻量的不斷增,凝土的力學(xué)性能也更加顯,當(dāng)摻量超過(guò)1%時(shí),力學(xué)性能反而逐步下降。對(duì)于上述的研究結(jié)果可以作出如下解釋）納米二氧化硅填充混凝土內(nèi)部孔隙的同時(shí)因?yàn)槠漭^高的火山灰活性不僅能迅速地與氫氧化鈣再次反應(yīng)生成強(qiáng)度很高的水化硅酸鈣凝膠，還密實(shí)了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從而提高了混凝土的早期強(qiáng)度。（2）當(dāng)混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度達(dá)到臨界值時(shí)，水化反應(yīng)立即停止。這時(shí)，由于納米二氧化硅巨大的比表面積，使得參與水化反應(yīng)的水量都被納米二氧化硅所吸收，嚴(yán)重降低了混凝土的水化程度。所以納米二氧化硅的摻量控制在之間能提高混凝土的強(qiáng)度，超過(guò)以后對(duì)混凝土的提升效果反而沒(méi)有那么明顯。納混凝土的工作性能主要表現(xiàn)為“和易性”、“粘結(jié)性”和“保水性”。為滿足上述條件,應(yīng)對(duì)混凝土原材料顆粒級(jí)配進(jìn)行控制,單位用水量與凝結(jié)時(shí)間應(yīng)合適其中用水量是混凝土工作性能優(yōu)劣的影響因素之一,當(dāng)膠料用量恒定時(shí)，耗水量越大，混凝土混合料的流動(dòng)性越好。但用水量過(guò)大,凝土混合料容易不穩(wěn),甚至出現(xiàn)滲出偏析現(xiàn),這種情況會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的耐久性能和力學(xué)性能尤其是對(duì)于通過(guò)降低水膠比而獲得的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土而言,在密實(shí)振搗拌合物的情況下要最大限度地降低用水量。隨著納米二氧化硅的不斷摻入,混凝土混合物的稠度增加初凝和終凝時(shí)間差也不斷變短。納米二氧化硅的加入還會(huì)使混凝土流動(dòng)變差，坍落度降低,早期水化速率也斷加快。通過(guò)張茂花的研究表明,當(dāng)納米二氧化硅的摻量達(dá)到左右時(shí)混凝土的流動(dòng)性有所提高這主要是因?yàn)榧{米二氧化硅能潤(rùn)滑水泥中的微小孔隙進(jìn)一步分散水泥相當(dāng)于減水劑的作用。郭保林用坍落度和延伸度來(lái)反映混凝土的工作性能,并且用改增塑劑用量的方法以滿足混凝土工作性能的需要。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著納米二氧化硅的的不斷加入,入更多的塑化劑才能達(dá)到相同的坍落度和擴(kuò)展度。即納米二氧化硅的摻入會(huì)使混凝土拌合物的流動(dòng)性不斷下降并變得粘稠侯學(xué)彪等人則用坍落度來(lái)反映混凝土的工作性,通過(guò)用納米二氧化硅來(lái)取代混凝土中等量水泥的辦法來(lái)測(cè)試納米二氧硅含量對(duì)混凝土性能的影響。結(jié)果顯示,混凝土坍落度的下降程度隨著摻量的增加而不斷增大其粘聚性也不斷地提高。這主要是因?yàn)榧{米二氧化硅粒子與硅灰一樣有很高的比表面積,混凝土的需水量也急劇增加所以從混凝土工作性能的角度考慮納米二氧化硅的摻量不宜過(guò)多,應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程確定。納3.5.1納米二氧化硅對(duì)混凝土抗凍性能的影響混凝土在高度潮濕的環(huán)境中，能夠承受反復(fù)的凍融循環(huán)作用而不受破壞，混凝土的強(qiáng)度本質(zhì)上不顯著降低，稱為混凝土的抗凍性?；炷恋目箖鲂宰鳛榛炷聊途眯缘闹匾獌?nèi)容之一，它不僅是影響混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的一個(gè)非常重要的因素，還是北方寒冷-7-

地區(qū)工程中急待解決的重要問(wèn)題之一。我國(guó)地域遼,凝土凍害發(fā)生的范圍也極其廣泛,在西南、華北、西北地區(qū)修建的水泥混凝土建筑,幾乎全部都有不同程度的凍融破壞。就連氣溫較為暖和的華東地區(qū)也有凍融破壞的現(xiàn)象發(fā)生。如今國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)深入研究混凝土的受凍破壞形式、凍害機(jī)理、影響因素、改善方法并研發(fā)出新型的抗凍性能良好的混凝土十分感興趣。目前對(duì)混凝土的抗凍性能常用的試驗(yàn)研究方法有三種ASTMC666法、臨界水飽和度法和快凍法。張茂花和王保民分別進(jìn)行了在混凝土中添加納米二氧化硅的凍融試驗(yàn)果表明在凍融破壞時(shí),摻了納米二氧化硅的混凝土只有很少一部分表層漿體脫落,相較于沒(méi)有摻納米二氧化硅的混凝土來(lái)說(shuō),質(zhì)量損失非常(而在最大凍融循環(huán)時(shí)間點(diǎn)前，納米二氧化硅的混凝土抗凍系數(shù)比未混合納米二氧化硅高得多。這主要是因?yàn)閾饺爰{米二氧化硅后，混凝土漿體中形成了許多密閉均勻且不連續(xù)的氣泡，其特點(diǎn)是直徑很小且不僅具備吸水性和飽和性。這些氣泡的形成不僅可以使混凝土的滲透性降低，還能使混凝土的孔隙水流程縮短，靜水壓力減小。由此可以表明,在混凝土中摻入納米二氧化硅對(duì)抗凍性能的提升十分有效。3.5.2納米二氧化硅對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響抗?jié)B性能是混凝土最重要的一項(xiàng)性質(zhì)之一,的好壞在很大程度上決定了混凝土的耐久性。若混凝土的抗?jié)B性能,則外界的水分和侵蝕性離子就不容易到達(dá)混凝土的內(nèi)部。納米混凝土的本質(zhì)是普通混凝土的配合比基礎(chǔ)上用納米二氧化硅取代等量的水泥,而骨料中的連通孔隙并沒(méi)有發(fā)生變化,所以從抗?jié)B性的角度來(lái)說(shuō),摻入納米二氧化硅主要是減少了水泥與骨料中的連通孔隙。李固華通過(guò)研究發(fā):納米二氧化硅的摻入能提高混凝土各個(gè)齡期的抗?jié)B透性。其中以早期效果最為顯,后期效果逐步降低。同,王寶民對(duì)混凝土做了摻量分別為3%和5%的抗?jié)B性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:在納米二氧化硅的摻量達(dá)到3%時(shí),納米二氧化硅混凝土滲透性效果達(dá)到最佳這主要是因?yàn)榧{米二氧化硅摻量達(dá)到3%時(shí)混凝土水化反應(yīng)生成的氫氧化鈣與納米二氧化硅再次進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成以后，混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔數(shù)量與連通程度迅速降低，抗氯離子的滲透性提高，從而使得混凝土的抗?jié)B性提高。而當(dāng)摻量達(dá)到5%時(shí)混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度迅速降低米二氧化硅與氫氧化鈉難以發(fā)生二次反應(yīng)，納米二氧化硅的火山灰效應(yīng)只能填充而不能細(xì)化毛孔。綜上所述,隨著納米二氧化硅的摻,凝土的孔結(jié)構(gòu)得到了細(xì)化和改,對(duì)抗?jié)B性能的提高起到了很大的作用摻不同量的納米二氧化硅混凝土的抗?jié)B性也隨著孔結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)而變化。3.5.3納米二氧化硅對(duì)混凝土自收縮性能的影響混凝土的自收縮性能是這樣定義:混凝土在恒溫、絕對(duì)濕度條件下，由于膠凝材料的水化反應(yīng)，從而產(chǎn)生化學(xué)性能上的宏觀體積收縮現(xiàn)象，與水分的蒸發(fā)與入侵、溫度的升降無(wú)關(guān)。目前世界上常用的測(cè)試方法主要有:同濟(jì)大學(xué)龍廣城法、清華大學(xué)安明哲法、非接觸式混凝土自收縮測(cè)量法、埋入式混凝土自收縮測(cè)量法、外置式混凝土自收-8-

縮測(cè)量法通過(guò)研究表明,在混凝土中摻入納米二氧化硅以后自收縮性能出現(xiàn)了以下的規(guī)律：（1）混凝土中納米二氧化硅含量越高，混凝土應(yīng)變自收縮越早，增長(zhǎng)速度越快。（2）納米二氧化硅的自收縮性能與水膠比大小有關(guān);當(dāng)水膠比較小,米二氧化硅混凝土的自收縮性在早期要比普通混凝土的大;當(dāng)水膠比較大,米二氧化硅混凝土的自收縮性在早期時(shí)大于普通混凝土,但在后期就小于普通混凝土?？赡苁怯捎谂c納米二氧化硅混合后混凝土水化速度加快內(nèi)部相對(duì)濕度在短時(shí)間內(nèi)降低至水化最小臨界點(diǎn)。（3）不同配合比的混凝土在30~72小時(shí)之內(nèi)自收縮增長(zhǎng)緩慢,有些可能還會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象這可能是由于在這一期間內(nèi)的水泥水化反應(yīng)較為劇烈混凝土受熱膨脹以后部分自收縮性消失。3d齡期以后,混凝土的自收縮又逐漸增加。綜上所述,在初凝至1天齡期之間摻入納米二氧化硅能明顯的提高混凝土的自收縮變形,水膠比越低,混凝土的自收縮性能越大。同時(shí)，可以通過(guò)加入引氣劑來(lái)減少混凝土的自收縮變形。第四章

結(jié)論與展望結(jié)本文綜述了在混凝土中摻入納米二氧化硅的制備方法對(duì)混凝土力學(xué)性能、工作性能和耐久性能等影響的最新研究進(jìn)程,并通過(guò)對(duì)比分,了解納米二氧化硅在混凝土中的最佳摻量并發(fā)現(xiàn)其對(duì)混凝土的影響規(guī)律和作用機(jī)理。在混凝土中摻入少量的納米二氧化硅能提升混凝土的工作性能這是因?yàn)榧{米二氧化硅的顆粒很小,能夠填充混凝土顆粒的間隙,從而起到潤(rùn)滑的作用但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中,納米二氧化硅顆粒的比表面積很,這樣就使得水泥漿體的需水量也變,從而致混凝土拌合物坍落度下降,黏稠度也不斷增加總的來(lái)說(shuō),摻入過(guò)多的納米二氧化硅會(huì)降低混凝土的工作性能，提高混凝土的耐久性和力學(xué)性能。而且同時(shí)納米二氧化硅作為一種高科技材料,其制備與應(yīng)用仍面臨著許多問(wèn)題，比如：（1）混凝土用水量增:因?yàn)榧{米二氧化硅的顆粒很,以將其摻入混凝土中往往會(huì)導(dǎo)致混凝土的用水量增大,而增加混凝土的用水量就會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。（2）在使用過(guò)程中納米二氧化硅的分散問(wèn)題:因?yàn)榧{米二氧化硅的表面活性較,容易導(dǎo)致其顆粒團(tuán)聚。與未分散的納米二氧化硅相比，分散的納米二氧化硅將使混凝土零件性能更好但有研究表明,在混凝土添加表面活性劑能改善納米二氧化硅的分散性但是成本也隨之增加。（3）納米二氧化硅對(duì)混凝土性能的雙重影響摻入適量的納米二氧化硅可以改善混凝土的其中一項(xiàng)性能,但同時(shí)也降低了混凝土的另一項(xiàng)性能。（4）外加劑對(duì)納米二氧化硅的影響:為改善混凝土的性能在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往-9-

要加入一定量的外加劑(如早強(qiáng)劑、減水劑、混凝)。在加入這些的同時(shí)是否會(huì)減弱納米二氧化硅在混凝土中起到的作用還有待考察。（5）納米二氧化硅的價(jià)格昂:因?yàn)樯a(chǎn)工藝受到限,所以如今的納米二氧化硅價(jià)格昂貴但是在大型工程中,納米二氧化硅的用量很大所以納米二氧化硅在工程應(yīng)用上的發(fā)展受到了很大的限制。因此,納米二氧化硅的用量混凝土強(qiáng)度之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，在加入水后如何使其不與混凝土產(chǎn)生離散性的問(wèn)題，怎樣加強(qiáng)納米二氧化硅生產(chǎn)工藝的研究,進(jìn)納米二氧化硅在混凝土中的應(yīng)用發(fā)展等問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。展納米二氧化硅作為混凝土的重要外加劑之一,的研究與應(yīng)用為混凝土的發(fā)展起著十分重要的推進(jìn)作用,可利用其四大特殊效應(yīng)來(lái)提高混凝土的多方面性能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。在納米二氧化硅混凝土的研究之中,對(duì)其力學(xué)性能的研究較多,取得了許多有意義的成,相對(duì)來(lái),對(duì)納米二氧化硅混凝土耐久性的研究較少,目前還處于起步階,需要國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究通過(guò)對(duì)納米二氧化硅水化過(guò)程中水化產(chǎn)物和反應(yīng)速度進(jìn)行定量分,可以進(jìn)一步研究出提高摻納米二氧化硅混凝土力學(xué)性能和耐久性能的內(nèi)在機(jī):對(duì)比研究不同種類(lèi)的納米外加(納米碳酸鈣、納米氧化)對(duì)混凝土性能的影響,充分發(fā)揮納米二氧化硅對(duì)普通混凝土性能的提升作用除此之外將納米二氧化硅的其他性能引入到對(duì)特種混凝土(抗腐蝕混凝土、環(huán)?；炷?、自修復(fù)混凝土、抗震混凝土)的研究之中,同樣是十分有意義的相信未來(lái)當(dāng)納米二氧化硅的生產(chǎn)工藝成熟之時(shí),將會(huì)給建筑行業(yè)帶來(lái)一次大的變革,從而使混凝土行業(yè)得到更好的發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]劉剛，徐安，曾.納米二氧化硅在混凝土中的應(yīng)用研究