UHPC混凝土掺入纳米材料后性能改善研究

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1、夏正兵(江苏城市职业学院南通校区建筑工程学院，江苏南通226006)摘要：超高性能混凝土(UHPC)是超高性能水泥基复合类材料，特点为高强、高韧、高耐久性，其应用前景必将非常广泛。而混凝土毕竟为脆性材料．科技工作者应考虑如何提高UHPC的韧性和强度。研究引入了纳米CaCO，和纳米Si02，可以大大改善混凝土的性能；采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究。结果表明．双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能，纳米SiO：和纳米CaCO，主要起到了填充增强和晶核的作用，二者共同作用下，使得复合材料结构更为科学．

2、研究可以为在实践中运用纳米材料改善混凝土性能提供参考。关键词：超高性能混凝土；复合材料；纳米材料；Si02Abstract：UHPCisanultrahighperformancecement—basedcompositematerialcharacterizedbyultrahighstrength，hightoughHessandhighdurability．Itsapplicationprospectsmustbeverybroad．However，concreteisabrittlematerial．Scientistsshouldconsiderho

3、wtoimprovethetoughnessandstrengthofUHPC．Thisstudyintroducesnano—Si02andnano—CaC03toobtainUHPCwithbetterperformance．Hydrationheatanalysis，X—Raydiffraction()(RD)，mercuryintrusionporosimetry(MIP)andnanoindentationtestsareusedtoexplorehydrationprocessandmicrostructure．Theresultsshowthat

4、double—dopednano—materialscanfurtherenhancevariousmechanicalperformancesofmaterials．NanoSi02andnanoCaC03mainlyplaytheroleofcrystalnucleuseffectandfillingeffect．Underthecombinedactionofthetwo，thecompositestructureismorescientific．Thisstudycanbeusedfortheapplicationofnano—materialsinp

5、racticetoprovideareferencetoimprovetheperformanceofconcrete．Keywords：UHPC；compositematerial；nano—material；Si020引言社会及科学技术在不断发展进步．人们居住空间也在发生巨大变化．将来的发展趋势是高层以及大跨度。目前常见的是混凝土结构的房屋，这类居住建筑一直受到外界恶劣环境的腐蚀．因此科技工作者必须想办法优化混凝土材料的技术性能和工艺特性。最近科学界研究比较多的混凝土材料是超高性能水泥基复合材料(UHPCC)，该材料有很多优异的性能．被工程实践所接受并运用

6、，在后续的检测中明显比普通混凝土性能优越。基金项目：江苏省九三学社科技创新项目基金fYHKl408)；江苏省江豪专项资助项目基金(1503)。—．14-1试验相关过程1．1试验用原材料水泥：42．5R，P·11，矿渣硅酸盐水泥，其密度为3．4g／cm3。粉煤灰：南通热电厂I级粉煤灰．比表面积400m2，kg，密度2．0g／cm3(表1)。纳米SiO：：盐城光机所晶体中心生产，粒径在15nm左右，而且其表面多孔，纯度特别高(99％为SiO：成分)。纳米CaCO，：苏州纳米材料有限公司生产．其粒径在30nm左右。纯度极高(99．9％的化学成分为CaCO，)。_·互

7、盔材型垡幽三兰苎：!兰!!兰兰兰兰全竺兰兰兰竺兰竺竺兰竺兰-_l霜重冒幽根据相关文献研究．UHPCC混凝土中纳米SiO：的最佳掺量为2．5％，粉煤灰的最佳掺量为40％，水泥的最佳掺量为50％，因此本研究将纳米SiO：的掺量确定为2．5％，粉煤灰的掺量为确定为40％，水泥的掺量确定为50％不变，仅仅选择纳米CaC03的不同掺量，相关的配合比见表2。表2UHPCC试验材料的成分配合比单位：％1．2结果及分析本研究分别对不同的养护龄期情况下．UH．PCC混凝土的静力学方面的性能进行检测．如图1所示．2520塾霎·。53123养护龄期／d(a)抗压强度728∞养护龄期

8、／d(b)抗折强度图1不同龄期情况下U