納米科技與現(xiàn)代水泥混凝土材料

納米科技與現(xiàn)代水泥混凝土材料第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五目錄1、商品混凝土－高性能混凝土現(xiàn)代混凝土2、納米水泥及納米水泥水化物3、納米火山灰礦物外加劑（摻和料）4、納米惰性摻和料（石灰石粉）第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、現(xiàn)代混凝土商品混凝土泵送混凝土預(yù)拌混凝土高性能混凝土現(xiàn)代混凝土數(shù)字混凝土千年混凝土現(xiàn)代混凝土的6組分：水泥、砂、石、水、礦物外加劑、化學(xué)外加劑第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、納米水泥及納米水泥水化物摘要當(dāng)前，納米科技的概念幾乎應(yīng)用于所有生產(chǎn)材料的工業(yè)部門。然而，這一概念在膠凝材料上的應(yīng)用還處于初級(jí)階段。由水泥水化相、摻和料和外加劑組成的一個(gè)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)的混凝土，是納米技術(shù)操縱和控制性能的很好的對(duì)象。針對(duì)膠凝材料專門領(lǐng)域的納米科技作一簡(jiǎn)要綜述。對(duì)納米尺度的水泥水化反應(yīng)進(jìn)展、水化硅酸鈣（C-S-H）的形成、納米尺寸礦物摻和料的作用，如：硅灰和碳納米管，以及在水泥水化過(guò)程中化學(xué)外加劑的作用進(jìn)行探討。

第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五納米世界是介于原子、量子現(xiàn)象的尺度與塊體材料尺度之間的材料。在納米范圍內(nèi)，量子化學(xué)和經(jīng)典物理定律都不適用。在金屬、半導(dǎo)體或絕緣體材料中，價(jià)電子的離域是普遍存在于強(qiáng)化學(xué)鍵作用之中，并且離域程度隨材料的尺度而改變，這種作用和結(jié)構(gòu)的變化，會(huì)導(dǎo)致與尺度相關(guān)的新的化學(xué)和物理特性的產(chǎn)生。第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五當(dāng)材料的尺度達(dá)到納米量級(jí)，許多特性和潛在有用現(xiàn)象和性能將會(huì)出現(xiàn)。其中包括一些特性，如：動(dòng)量、能量和質(zhì)量的傳輸將從塊體的連續(xù)傳輸延伸到納米材料的分子傳輸過(guò)程。同時(shí)，納米材料基本的電子學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和生物過(guò)程也與塊體材料有所不同。納米材料的化學(xué)和物理性質(zhì)可與具有相同化學(xué)組成的原子-分子量級(jí)或塊體材料有很大的差別。納米結(jié)構(gòu)的特征、熱力學(xué)、響應(yīng)、動(dòng)力學(xué)和化學(xué)的特點(diǎn)是構(gòu)成納米科學(xué)者一新興領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)和概念的基礎(chǔ)。合適的控制納米性能和納米結(jié)構(gòu)響應(yīng)可能導(dǎo)致新設(shè)備和新技術(shù)的問(wèn)世。

第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖1、一只手掌（10厘米）以每一步縮小100倍得到的宏觀、微觀、納米尺度的圖像，直至構(gòu)成DNA結(jié)構(gòu)的原子

納米尺度單詞nano(=10-9m)取自希臘語(yǔ)，意思是‘矮子’，表示非常小的意思。1/1000m=10-3m=1mm(毫米)，1/1000mm=10-6m=1μm(微米)1/1000μm=10-9m=1nm(納米)十億分之一米是一納米。一納米大約是六個(gè)碳原子的寬度。一個(gè)氫原子大小是0.1納米。納米尺度可以由圖1形象的表示。

第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五表1：一些典型納米材料的尺寸：納米結(jié)構(gòu)和它們的集合

納米結(jié)構(gòu)尺寸材料簇納米晶體量子點(diǎn)半徑：1～10納米絕緣體半導(dǎo)體、金屬磁性材料其它納米顆粒半徑：1～100納米氧化物陶瓷納米生物材料圖像合成反應(yīng)中心半徑：5～10納米膜蛋白納米電線直徑：1～100納米金屬、半導(dǎo)體、氧化物、硫化物、氮化物納米管直徑：1～100納米碳、分層的硫族（元素）化物納米生物桿直徑：5納米DNA2D排列的納米顆粒區(qū)域：幾nm2到μm2金屬、半導(dǎo)體、磁性材料表面和薄的膜厚度：1～1000納米絕緣體、半導(dǎo)體、金屬、DNA3D納米顆粒的超點(diǎn)陣半徑：幾納米金屬、半導(dǎo)體、磁性材料第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五納米技術(shù)

納米技術(shù)定義是從0.1到100納米（nm或10-9m）的納米尺度范圍對(duì)材料進(jìn)行控制和操作的技術(shù)。納米技術(shù)涉及一系列的在原子尺度上設(shè)計(jì)和制作材料的新方法。該方法已經(jīng)創(chuàng)造出許多新的產(chǎn)品和工藝，例如芯片的試驗(yàn)、表面涂層、納米結(jié)構(gòu)材料、納米器械和工具及傳感器。納米技術(shù)的應(yīng)用就是允許更小、更便宜、更輕和更快、功能更強(qiáng)大的裝置出現(xiàn)，而且消耗更少的原材料和能源。納米技術(shù)的開發(fā)在一些領(lǐng)域迅速取得進(jìn)展并立即得到了應(yīng)用，例如微電子工業(yè)。納米科技已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域。一些重要領(lǐng)域包括：納米藥物、裝置（碳納米管、原子機(jī)器人等）、納米電子學(xué)、催化劑、激光器、記憶存儲(chǔ)器、傳感器/生物傳感器、基因工程/基因治療、燃料電池/太陽(yáng)能電池、污染控制、軍事應(yīng)用、建筑業(yè)等。第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五水泥混凝土材料中的納米技術(shù)納米技術(shù)在建筑材料中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段?；炷潦蔷哂兴嗨嗟牟糠旨{米結(jié)構(gòu)、摻和料和集料組成的一個(gè)復(fù)雜體系，是納米技術(shù)對(duì)性能控制和操作的極好的對(duì)象。圖2：水泥集料體系中的尺寸

第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖3：納米尺度上觀察水泥水化

第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五C-S-H的結(jié)構(gòu)

圖4：a）水灰比0.4的C3S泥漿在20℃硬化8年中C-S-H的外部產(chǎn)物和內(nèi)部產(chǎn)物的TEM照片。白色箭頭所指為內(nèi)部產(chǎn)物和外部產(chǎn)物的邊界，內(nèi)部產(chǎn)物在照片的左上方；b）一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部產(chǎn)物C-S-H的放大圖片；c）外部產(chǎn)物C-S-H的小纖維的放大圖片（Richardson）

第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5：水化水泥漿體表面的AFM照片原子力顯微鏡（AFM）：水化水泥漿中的C-S-H凝膠由納米顆粒組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，AFM對(duì)這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行了量衡，發(fā)現(xiàn)小薄片的尺寸是60×30nm2和5nm厚。圖5中暗的區(qū)域是孔。第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6：C-S-H的XRD圖。a）CaO和SiO2混合的稀釋懸濁液（水灰比w/c=20）的XRD圖;b)細(xì)C3S和SiO2混合泥漿（水灰比w/c=1.5）水化的XRD圖

人們認(rèn)為C-S-H是凝膠狀的，但并不是完全無(wú)定型的。其XRD中呈明顯的衍射峰，所以也是晶體的。衍射峰的寬化，主要是由于連貫區(qū)域顆粒的小尺寸和顆粒微小缺陷的存在或者兩者同時(shí)存在引起的。C-S-H顆粒非常小，即使它們是單晶的，5nm的厚度意味著這個(gè)尺寸根據(jù)基本的對(duì)應(yīng)于托鋇莫來(lái)石類結(jié)構(gòu)的層平面薄片的平面假設(shè)，僅僅對(duì)應(yīng)兩個(gè)晶胞。C-S-H顆粒實(shí)際上是納米量級(jí)的。

第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖7：硅灰的SEM圖

硅灰是以納米尺度摻入的，報(bào)道稱納米尺寸的硅灰增加了抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度的增加可能是由于硅灰的細(xì)顆粒填充到孔里和硅灰和Ca(OH)2反應(yīng)的火山灰效應(yīng)產(chǎn)生的額外的C-S-H。此外，加入到混凝土的硅灰可以有效減小混凝土干縮，更加耐磨，增加和鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度，降低滲透性。

第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖8：粉煤灰的SEM和AFM的微觀照片

通常粉煤灰顆粒尺寸是硅灰的十倍。由于硅灰的更小尺寸和更細(xì)顆粒的分布，相同摻量下，硅灰混凝土的強(qiáng)度高于粉煤灰混凝土。而硅灰的填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)對(duì)于粉煤灰同樣重要。

第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五碳納米管（CNT）碳納米管（CNT）可以被看作是石墨改變的形式。石墨是由多層碳原子以六邊形結(jié)合方式形成的多層片狀結(jié)構(gòu)所組成。層與層間是弱鍵，而層內(nèi)碳原子間是強(qiáng)化學(xué)鍵相結(jié)合。單壁納米管（SWNT），好像是單層的薄片卷曲而成。而多壁納米管（MWNT），像是多層卷在一起。圖9a是單壁納米管示意圖。圖9b是多壁納米管示意圖。

第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖9：a）單壁碳納米管（SWNT）示意圖；

b）多壁碳納米管（MWNT）的照片

第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五當(dāng)直徑與C-S-H層厚度相近的碳納米加入到水泥里，就會(huì)有異乎尋常的現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)現(xiàn)加入碳納米管（重量是水泥的1％）后14天的強(qiáng)度增加（圖10）。多壁納米管（MWNT）提高的強(qiáng)度比單壁納米管（SWNT）多。該現(xiàn)象可能是由于沿多壁納米管（MWNT）長(zhǎng)度方向有大量的缺陷所致。Kowald也發(fā)現(xiàn)當(dāng)向極端高性能混凝土中加入少量的多壁納米管（MWNT）強(qiáng)度就會(huì)進(jìn)一步增加。這意味著碳納米管有提高強(qiáng)度的潛力。

第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖10：含1％碳納米管水泥漿的14天抗壓強(qiáng)度

第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五目前，輔助膠凝材料的應(yīng)用已經(jīng)成為混凝土的第6組分，而且使用超塑化劑作為分散劑。為了控制有機(jī)外加劑在混凝土中的釋放速率，人們嘗試將有機(jī)外加劑插入層狀的雙羥化物（LDH）之中。在水泥化學(xué)中，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的水化產(chǎn)物是六邊形的層狀物。這些水化產(chǎn)物與AFm相一起，都屬于LDH族。鋁酸鈣層狀的雙羥化物（CaAlLDH）允許被插入到硝基苯酸（NBA），2,6-萘磺酸（26NS）和2－萘磺酸（2NS），得到所建議的片狀結(jié)構(gòu)，如圖11。這種研究可能為利用高聚物和層狀物合成納米復(fù)合材料開辟一條新的路線，可能控制外加劑對(duì)水泥水化動(dòng)力學(xué)的產(chǎn)生影響。

第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖11：插入到硝基苯酸（NBA），2,6-萘磺酸（26NS）和2－萘磺酸（2NS）的鋁酸鈣分層雙氫氧化物（CaAlLDH）的排列

第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、納米火山灰礦物外加劑（摻和料）現(xiàn)代高性能和超高性能水泥材料組成在納米尺度范圍內(nèi)優(yōu)化方法的發(fā)展使得材料的許多性能得到大幅改進(jìn)。由于納米級(jí)火山灰有增強(qiáng)的反應(yīng)活性和納米級(jí)原位粒子尺寸，它的加入不僅能使體系有較高的早期強(qiáng)度，而且有相對(duì)更高的最終強(qiáng)度。同時(shí)，材料的耐久性和其它行為也由于材料強(qiáng)度和密實(shí)度的增加而有所改善。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的范圍內(nèi)，將從以下兩方面闡述：（1）作為活性添加物類的火成氧化物納米級(jí)火山灰的使用，（2）納米級(jí)火山灰在先進(jìn)高性能和超高性能水泥基材料組成中所起的作用。

第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五改進(jìn)高性能、超高性能水泥混凝土材料（膠凝材料體系）的主要原則

通過(guò)調(diào)整粒徑分布提高密實(shí)性；

水泥漿體及混凝土的孔隙率??；

通過(guò)增強(qiáng)集料和基體的連接消除薄弱區(qū)域。

第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖1通過(guò)增加粒度級(jí)配改善材料密實(shí)性示意圖

第一種改進(jìn)方法（增加密實(shí)度）可以通過(guò)擴(kuò)大火山灰超細(xì)粉的粒子的級(jí)配和尺寸范圍來(lái)達(dá)到。超細(xì)粉的粒徑和尺寸分布比水泥顆粒要小的多。改進(jìn)原則如圖1所示?；旌象w系中礦物粒子粒徑尺寸分布的改進(jìn)提高了混凝土的整體密實(shí)性，并且減少了用水量。

第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

活性超細(xì)粉或火山灰的使用會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生雙重影響：

1)通過(guò)物理作用使系統(tǒng)的致密性增加；

2)火山灰超細(xì)粉和氫氧化鈣通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成額外C-S-H膠凝。第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二種改進(jìn)方法（減少漿體孔隙率）是使用高效減水劑或超塑化劑。作用：減少用水量獲得密實(shí)性，提高滲透性，降低分層離析和泌水。第三種改進(jìn)方法主要是消除集料顆粒周圍過(guò)渡區(qū)的薄弱區(qū)域。這種方法可以通過(guò)消耗水化水泥獎(jiǎng)體中的部分氫氧化鈣量形成C-S-H膠凝來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于CH強(qiáng)度較低，是結(jié)構(gòu)中最弱的組分，所以對(duì)膠凝材料的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。二氧化硅和氫氧化鈣之間的反應(yīng)即火山灰反應(yīng)正是為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。也就是說(shuō)，在水泥體系中需要使用各種火山灰?；钚蕴砑游锿ㄟ^(guò)眾所周知的火山灰反應(yīng)和氫氧化鈣或其它水化相（C-S-H）發(fā)生反應(yīng)，生成附加的或二次C-S-H膠凝，使系統(tǒng)的強(qiáng)度提高。第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖2硅灰的掃描電鏡圖像

硅灰的粒徑的最小尺寸在0.1μm左右。因此，擴(kuò)大粒徑尺寸分布并且使用納米尺寸范圍內(nèi)的納米級(jí)顆粒是非常必要的。通過(guò)使用尺寸限制在1～100nm范圍內(nèi)的納米添加物（納米級(jí)火山灰），體系可獲得更高更好的密實(shí)性。納米級(jí)添加物可以填充很細(xì)的空洞，或通過(guò)物理—化學(xué)的雙重作用機(jī)制減小大空洞的尺寸。它們的作用是物理填充效應(yīng)和額外C-S-H的生成。納米級(jí)添加物的使用使材料耐久性和其它各項(xiàng)性能的提高成為可能。

第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五人工合成納米火山灰材料

在各種合成的納米火山灰添加物中，火成氧化物是一類特殊物質(zhì)（圖3），具有良好的穩(wěn)定性。此外，它們的粒徑尺寸可以控制，表面可以改性。除了高純度（>99.8%SiO2）之外，火成氧化物還具有高活性，這是由于它具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)，很小的原位粒徑尺寸和較大的比表面積。工業(yè)上火成氧化物是氣相水解過(guò)程的產(chǎn)物,這種物質(zhì)比其它天然或人造的用于水泥系統(tǒng)中的火山灰有更高活性。

第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖3aerosil?產(chǎn)品的掃描電鏡圖像和透射電子顯微圖像

第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖4典型火成氧化物的X射線衍射圖

第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5火成氧化物的火山灰反應(yīng)活性

火成氧化物和氫氧化鈣混合系統(tǒng)的PH值很明顯地下降，這說(shuō)明了火成氧化物比硅灰有更高的反應(yīng)活性。

第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6為顯微鏡觀察到的硅酸三鈣晶粒和懸浮在水中的無(wú)定形二氧化硅粒子相互作用的發(fā)射X射線顯微圖像。作為對(duì)比，圖7為分散的惰性碳酸鈣晶粒和無(wú)定形二氧化硅粒子相互作用的發(fā)射X射線顯微圖像。

第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6火成氧化物與分散硅酸三鈣反應(yīng)的發(fā)射X射線顯微圖像（TXM）（反應(yīng)開始200分鐘后）

第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖7分散火成氧化物與惰性碳酸鈣反應(yīng)的發(fā)射X射線顯微圖像（TXM）

第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖6表明在硅酸三鈣和二氧化硅反應(yīng)大約200分鐘后，硅酸三鈣粒子很明顯被無(wú)定形C-S-H膠凝相所覆蓋，并存在繼續(xù)覆蓋的趨勢(shì)。C-S-H膠凝相的形成特征是各種不同的反應(yīng)產(chǎn)物團(tuán)聚形成密實(shí)性不均勻的云狀結(jié)構(gòu)。從水泥漿體獲得的高早期強(qiáng)度和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的其它結(jié)果來(lái)看，可以認(rèn)為火成氧化物和硅酸三鈣粒子附近的早期水化產(chǎn)物發(fā)生了火山灰反應(yīng)。PH值測(cè)試實(shí)驗(yàn)和原位TXM圖像說(shuō)明了火成氧化物具有高火山灰活性。火成氧化物的反應(yīng)活性由它的性質(zhì)所決定，如細(xì)度、表面特征及其它各項(xiàng)參數(shù)。第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖8和圖9為自然狀態(tài)下混凝土試樣典型斷面的掃描電鏡圖像。圖像是在溫度為20℃，相對(duì)濕度為95％，經(jīng)過(guò)7天水化反應(yīng)后觀察所得?；炷猎嚇拥呐浜媳热绫?所示。表1典型試樣的配合比（％水泥的相對(duì)質(zhì)量）普通混凝土試樣的配合比UHPC試樣的配合比波特蘭水泥52.5RHS/NA

石英砂<2mm

水(外加)

1

2.5

0.45波特蘭水泥52.5RHS/NA硅灰（SF）粉煤灰（SWF）干燥火成氧化物（POx）石英砂125～500μm聚羧酸乙醚（SP）水1<0.25<0.22<0.05<1.5<0.025<0.3熱處理溫度20℃熱處理溫度20℃第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖8普通混凝土試樣養(yǎng)護(hù)7天后的掃描電鏡圖像（w/c=0.45）

圖8為普通混凝土試樣（w/c=0.45）斷裂表面的典型掃描電鏡圖像。圖9為含微米級(jí)和納米級(jí)火山灰UHPC混凝土試樣斷裂表面的典型掃描電鏡圖像。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，普通混凝土試樣的特點(diǎn)是集料和水泥漿體之間的連接不緊密。這可以從制樣時(shí)由于集料顆粒的脫落留下的孔洞來(lái)充分證明。第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖9含微米級(jí)和納米級(jí)火山灰試樣養(yǎng)護(hù)7天后的掃描電鏡圖像

含納米級(jí)火山灰典型試樣的集料粒子和水泥漿體之間的連接非常緊密。斷口表面比較平整，裂紋的形成不像普通混凝土那樣集中在集料粒子附近。在這種試樣中，斷裂是穿過(guò)集料粒子發(fā)生的（穿晶斷裂）。在含納米火山灰的試樣(UHPC)中，集料和水泥漿體幾乎有著相同的強(qiáng)度。所以集料可能是限制強(qiáng)度的因素。第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖10普通混凝土試樣養(yǎng)護(hù)56天后的原子力顯微圖像（左）

圖11含納米級(jí)火山灰火成氧化物試樣養(yǎng)護(hù)56天后原子力顯微圖像（右）第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五納米級(jí)尺度范圍內(nèi)UHPC試樣更為細(xì)致的結(jié)構(gòu)和特征圖像可以通過(guò)原子力顯微鏡觀察到。試樣經(jīng)過(guò)仔細(xì)的拋光并養(yǎng)護(hù)56天，便得到了典型試樣的原子力顯微圖像（500nm×500nm）。相關(guān)圖像如圖10和圖11所示。含納米級(jí)火山灰的試樣（圖11）其結(jié)構(gòu)不僅均勻而且更為細(xì)致。它的納米結(jié)構(gòu)像是由比普通混凝土試樣有更小的建筑結(jié)構(gòu)單元所組成。它的結(jié)構(gòu)看上去沒有多少“缺陷”，并且相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元也處在一個(gè)緊密的結(jié)構(gòu)中。通過(guò)原子力顯微鏡觀察到的試樣結(jié)構(gòu)方面的特征與用N2吸附測(cè)試氣孔率和孔尺寸分布（圖12）所得的結(jié)果是一致的[24,25]。對(duì)比混凝土水化條件下得到的試驗(yàn)結(jié)果，表明相對(duì)于只含有微米級(jí)火山灰或不含火山灰的試樣，含納米級(jí)火山灰的試樣孔更細(xì)小，并且總的孔隙率也降低了。第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖12養(yǎng)護(hù)7天后試樣孔徑分布曲線

RPC----添加25％硅灰的活性粉末混凝土

SF――硅灰，POx--火成氧化物

第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖13從二元粒徑系統(tǒng)到三元粒徑系統(tǒng)試樣強(qiáng)度的增長(zhǎng)順序

RPC—添加25％硅灰的活性粉末混凝土，SF—硅灰

POx——火成氧化物

第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖14含微米級(jí)和納米級(jí)火山灰試樣的吸水系數(shù)

RPC―添加25％硅灰的活性粉末混凝土

SF-----硅灰，POx---火成氧化物，F(xiàn)A――粉煤灰

一些學(xué)者認(rèn)為后兩種混凝土試樣的低吸水系數(shù)是因?yàn)槠涓叨鹊拿軐?shí)性和增加了孔的扭曲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了此結(jié)論。基本上他們把含火成氧化物的試樣的吸水率低歸結(jié)為該試樣更細(xì)小的孔和整體的孔隙率降低。第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五表2Lesile&Cheesman分類的脈沖速度與混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)系

脈沖速度（m/s）結(jié)構(gòu)質(zhì)量>4575優(yōu)秀3660~4575良好3050~3660一般2135~3050差<2135很差超聲波探傷法可用于混凝土的質(zhì)量控制。如表2所示。

第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖15

普通混凝土試樣的超聲波檢測(cè)值

第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖16

含硅灰－粉煤灰的UHPC試樣的超聲波檢測(cè)值

第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖17含硅灰－粉煤灰－火成氧化物的UHPC試樣的超聲波檢測(cè)值

第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖15～17所示?？梢缘贸銎胀ɑ炷猎嚇拥某暡ㄋ俣茸畲笾禐?600~3700m/s，介于“普通”和“良好”范圍之間。作為對(duì)照，而含有硅微粉和粉煤灰混合物質(zhì)（二元系統(tǒng)）的UHPC混凝土試樣，其超聲波速度最大值達(dá)到了“良好”級(jí)別，大約為4200～4300m/s。含硅微粉，粉煤灰和火成氧化物（三元系統(tǒng)）的UHPC混凝土，超聲波速度最大值超過(guò)了5500m/s，達(dá)到了“優(yōu)秀”級(jí)別。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)有力的證實(shí)了前面的結(jié)論：混凝土試樣中添加納米級(jí)火成氧化物可提高試樣的強(qiáng)度、均勻性、密實(shí)性和水化相質(zhì)量。

第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、納米惰性摻和料（石灰石粉）

北京恒坤公司試驗(yàn)結(jié)果超細(xì)碳酸鹽巖粉配制高性能混凝土的研究，研究利用石灰石、白云石尾礦資源和生產(chǎn)機(jī)制砂中產(chǎn)生的大量石粉，對(duì)其進(jìn)行超細(xì)加工，用超細(xì)碳酸鹽巖粉改善混凝土性能。這種混凝土采用水泥、超細(xì)碳酸鹽巖粉、多種礦物摻合料構(gòu)成的多元復(fù)合膠凝材料體系，以及以高效減水劑為主的外加劑、粗、細(xì)骨料和水。研究的技術(shù)路線是，采用超細(xì)碳酸鹽巖粉改進(jìn)粉體材料的堆積效率，使混凝土單位用水量顯著降低，進(jìn)而大幅度降低水泥用量，配制出內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度更高、水化溫升小，體積穩(wěn)定性好不易開裂的高性能的混凝土，這種混凝土不但具有優(yōu)良的性能，而且大量節(jié)約水泥，大量利用工業(yè)廢料，具有節(jié)約能源、資源，保護(hù)環(huán)境的作用。第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五技術(shù)原理提出摻加超細(xì)粉體的改進(jìn)混凝土性能的技術(shù)原理，即用超細(xì)粉體改善膠凝材料的粒度分布，提高粉體堆積效率，以便獲顯著的減水作用，從而改善了硬化后混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高密實(shí)度。第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五本課題所研究的超細(xì)碳酸鹽巖粉，是由碳酸鹽巖經(jīng)破碎、磨細(xì)而成。碳酸鹽巖所含主要碳酸鹽礦物為方解石和白云石；化學(xué)成分主要為CaO、MgO和CO2，其次為SiO2、TiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2O、H2O以及某些微量元素。碳酸鹽巖中最常見的是石灰?guī)r、白云巖兩大巖石類型，以及由這類巖石變質(zhì)形成的大理巖等。石灰?guī)r類主要礦物為方解石，其次為白云石、菱鎂礦、石英、長(zhǎng)石和粘土礦物等。白云巖類主要由白云石組成，其次為方解石、菱鎂礦、石英、長(zhǎng)石、粘土礦物等。工業(yè)用高品質(zhì)石灰?guī)r和白云巖礦石開采過(guò)程中產(chǎn)生的尾礦也可用來(lái)加工超細(xì)碳酸鹽巖粉，對(duì)資源綜合利用和環(huán)保有重要意義。第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五采用石灰石、石灰石尾礦石和白云石尾礦石磨細(xì)加工超細(xì)碳酸鹽巖粉碳酸鹽巖易于磨細(xì)，粉磨能耗較低，可采用球磨機(jī)、立式輥磨機(jī)、振動(dòng)磨、雷蒙磨等加工。第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五。圖1～圖4分別為通過(guò)顆粒圖像儀觀察到的水泥、粉煤灰、磨細(xì)礦粉、超細(xì)碳酸鹽巖粉法顆粒圖像，可以看出超細(xì)碳酸鹽巖粉更細(xì)的細(xì)度。

第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)石灰石和白云石這類礦石易于磨細(xì)，當(dāng)超細(xì)碳酸鹽巖粉粒度分布參數(shù)D(50)小于3.5微米、D(90)小于12微米時(shí)具有很好的減水效果。第五十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五序號(hào)水粉比石灰石粉(g)水泥(g)水(g)GleniumACE68(%)凈漿流動(dòng)度(mm)10.18石粉粒度分布參數(shù)D(50):1.06μmD(90):1.95μm90210550.526020.18D(50):2.05μmD(90):5.28μm90210550.525530.18D(50):3.34μmD(90):9.37μm90210550.525040.19D(50):4.22μmD(90):12.25μm90210570.525050.22D(50):5.67μmD(90):17.20μm90210650.525860.24D(50):10.04μmD(90):27.52μm90210730.525570.27D(50):15.66μmD(90):31.44μm90210800.525580.28D(50):23.38μmD(90):64.67μm90210850.526090.290300870.5250第五十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)情況表明碳酸鹽巖粉的細(xì)度對(duì)減水效果影響很大，當(dāng)粒度分布參數(shù)D(50)≤3.5微米、D(90)≤12微米時(shí)減水效果顯著，更細(xì)的細(xì)度對(duì)減水效果的增加不再顯著，但會(huì)顯著增加粉磨成本，因此應(yīng)此范圍內(nèi)選擇性價(jià)比適宜的粒度分布指標(biāo)。第五十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

摻超細(xì)碳酸鹽巖粉未摻超細(xì)碳酸鹽巖粉Mix01Mix02Mix03Mix04Mix05Mix06Mix07Mix08Mix09Mix10Mix11Mix12水125125127127127127165165165165165165水泥110120130150170200318226195302370420磨細(xì)礦渣110120130150170200098128100100100超細(xì)碳酸鹽巖粉130110100100110100000000砂950951948892832757963960960828744706碎石1030103110261046106010