纳米材料在水泥基材料中的应用研究.pdf

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1、第14卷第4期中国水运VoI．14No．42014生4月ChinaWaterTransportApriI2014纳米材料在水泥基材料中的应用研究王龙，罗伟(浙江Z-业大学建筑工程学院，浙江杭州310032)摘要：简要介绍了纳米材料的特性，综合评述了纳米材料在水泥基材料中的应用现状，同时提出了纳米材料在水泥基材料应用中的一些问题，最后提出了建议和展望。关键词：纳米材料；水泥基材料；强度；耐久性中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1006-7973(2014)04-0373-02纳米级结构材料简称为

2、纳米材料，广义上是指三维空间李颖l4等通过实验研究发现，在水泥浆体中掺入纳米二中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称，包氧化硅后，水泥浆体的凝结时间会变短且流动性变小，随着括金属、非金属、有机、无机和生物等多种颗粒材料。由于纳米二氧化硅掺量的增加，水泥浆体的标准稠度用水量也会纳米材料超细，使微粒表面电子结构和晶体结构发生变化，随着增加。唐明_5l等通过将纳米二氧化硅掺入到水泥基复合所以纳米材料与常规颗粒材料相比较具有了一些特殊性质。材料中后发现，当纳米二氧化硅掺量较小时，水泥基复合材一、纳米材料

3、的主要特性Ⅲ料的需水量变化不大，当随着掺量的进一步增加，需水量就(1)小尺寸效应。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理会增大，由此提出，纳米材料的最佳掺量宜不大于3％。性质的变化称为小尺寸效应。随着颗粒尺寸的量变，在一定2．纳米材料对水泥基复合材料水化产物及结构的影响条件下会引起颗粒性质的质变。由于纳米材料颗粒极小，所水泥基材料中未掺纳米材料时，发现在其充分水化硬化以比表面积很大，相比大尺寸颗粒，纳米颗粒在很多方面都的时候，水泥硬化浆体和骨料界面处富集了大量具有取向性发生了变化。的Ca(OH)晶体。然而，在掺

4、加纳米颗粒后，发现硬化浆(2)表面效应。随着颗粒粒径减小，其表边原子比例增体和骨料界面处的Ca(OH)。晶体大幅度减少，这是因为纳大，从而导致性质上的变化，这就是表面效应。其实表面效米颗粒和Ca(OH)2进行二次水化反应生成了C—S—H凝胶。应的实质是小尺寸效应，球体的比表面积与直径成反比，所研究表明l6】：纳米SiO具有很高的活性，能够提高水泥以直径越小，比表面积就越大，导致表面原子的所占比例显基材料的强度，形成网络骨架状致密、均匀的显微结构，与著增大。而表面原子配位数不足，表面自由能很高，很容易硅灰复

5、合运用时，既可以发挥纳米粉体的高活性又可以增加结合其它原子从而稳定下来，所以化学活性很高。水泥基材料使用的经济性。早在发现活性纳米SiO能形成网(3)量子尺寸效应。纳米材料能级之间的间距随着颗粒络骨架状致密、均匀的显微结构之前，叶青I1等对纳米SiO尺寸的减小而增大。当能级间距大于热能、光子能量、静电混凝土的增强机理进行了研究，经测试分析得到纳米SiO能以及磁能等的平均能级间距时，就会出现一系列与块体材与Ca(oH)反应后的产物主要为水化硅酸钙凝胶C—S—H料截然不同的反常特性，这种效应称之为量子尺寸效应

6、。(I)，并且在12h和ld龄期内就能检出C—s—H(I)凝胶的(4)体积效应。由于纳米粒子体积很小，所以其包含原存在，在3~28d龄期内能明显的检出c—s—H(I)凝胶的存子数很少，许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质在。加以说明，即称体积效应。3．纳米材料对水泥基材料力学性能的影响的研究由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的纳米材料影响水泥基材料力学性能的表现在两个方面，质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块一方面，一些纳米材料例如SiO。具有火山灰活性，能与水化状物质的

7、性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为小尺寸产物Ca(OH)。迅速发生化学反应，不仅能够消耗强度较低效应。的Ca(OH)。晶体，而且还生成强度较高的水化硅酸钙凝胶，二、纳米材料在水泥基复合材料中应用进展进而提高水泥硬化浆体的强度；另一方面，纳米材料微细颗研究发现【2t31，超细球磨处理可以提高外掺料的活性，粒填充到水泥颗粒之间的空隙中，使结构更加密实，有利于填充效果也大大改善，从而提高混凝土的性能。而纳米材料提高混凝土的强度。具有极小的粒径尺寸，它作为一种相对新型的外掺料，以其叶青等_7】发现，在掺加1—

8、3％的纳米SiO。后，硬化水泥特有的性能对于混凝土性能有很好的改善作用。国内外关于浆体7d、28d的强度比未掺时提高了50％，且其韧性、耐纳米材料改善水泥基材料力学性能及耐久性方面的研究已经久性也得到了改善。李固华I8】的研究结果表明：纳米SiO能取得了许多成果。够提高混凝土的早期强度，但对后期强度的提高影响较小。1．纳米材料对水泥基复合材料流动性能的影响的研究掺加纳米SiO后可以提高粉煤灰一水泥体系以及纯水泥体收稿日期：20