纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

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混凝土中掺加纳米二氧化硅的应用研究

混凝土中掺加纳米二氧化硅的应用研究一、前言混凝土是一种常用的建筑材料，具有结构强度高、耐久性好等优点，但在实际应用中，由于混凝土中的微观孔隙较大，易被水分侵蚀和氧化，导致混凝土的强度和耐久性下降。

为了提高混凝土的性能，目前研究者们常常将纳米材料掺入混凝土中，以期提高混凝土的强度、耐久性和抗渗透性能。

二、纳米二氧化硅的基本性质纳米二氧化硅，也称为纳米硅二氧化物，是一种粒径在1~100纳米的硅酸盐类物质。

由于其微小的粒径和特殊的表面性质，纳米二氧化硅具有以下优异的性质：1.大比表面积：由于纳米二氧化硅的粒径十分微小，因此其比表面积很大，能够与周围环境充分接触，从而提高了材料的活性。

2.高力学强度：纳米二氧化硅具有高度的力学强度和硬度，能够增强混凝土的抗压强度和耐久性。

3.优异的化学稳定性：纳米二氧化硅具有很高的化学稳定性，能够避免混凝土中的水分和气体侵蚀混凝土内部结构，从而提高混凝土的耐久性。

4.良好的抗渗透性：纳米二氧化硅的粒径很小，能够填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实性和抗渗透性。

三、纳米二氧化硅在混凝土中的应用1.提高混凝土的抗压强度纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微观孔隙，从而提高混凝土的密实性和抗压强度。

研究表明，掺加适量的纳米二氧化硅能够提高混凝土的抗压强度约20%~30%左右。

同时，由于纳米二氧化硅的高度硬度和力学强度，能够增强混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。

2.提高混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在长期使用中抵抗环境侵蚀和物理损伤的能力。

纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实性和耐久性，从而能够提高混凝土的耐久性。

研究表明，掺加适量的纳米二氧化硅能够提高混凝土的耐久性约20%~30%左右。

3.提高混凝土的抗渗透性混凝土的抗渗透性是指混凝土在受到外部水分侵蚀时，能够有效地阻止水分渗透进入混凝土内部的能力。

纳米二氧化硅的粒径很小，能够填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实性和抗渗透性。

混凝土中掺加纳米二氧化硅的技术应用

混凝土中掺加纳米二氧化硅的技术应用一、引言混凝土作为一种重要的建筑材料，其性能的优异与否直接影响着建筑物的质量和寿命。

而掺加纳米材料是提高混凝土性能的有效途径之一。

本文将着重介绍混凝土中掺加纳米二氧化硅的技术应用。

二、纳米二氧化硅的特性纳米二氧化硅是一种具有很小的粒径（一般小于100nm）的二氧化硅材料，具有以下特性：1.高比表面积：纳米二氧化硅的比表面积远远大于传统二氧化硅，使得其与混凝土中的水化产物反应更充分，加速了混凝土的硬化，提高了混凝土的强度和耐久性。

2.改善混凝土的微观结构：纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微细孔隙，改善混凝土的微观结构，增加混凝土的致密性和耐久性。

3.提高混凝土的抗渗性：纳米二氧化硅的颗粒可以填充混凝土中的微孔和微裂缝，减少水分进入混凝土内部的机会，从而提高混凝土的抗渗性。

三、纳米二氧化硅掺加混凝土的制备方法纳米二氧化硅掺加混凝土的制备方法主要有以下几种：1.干混法：将纳米二氧化硅与混凝土原材料一起干混，然后再进行加水砂浆的制备。

这种方法的优点是简单易行，但是纳米二氧化硅的分散效果较差，效果不如其他方法。

2.浆料掺加法：将纳米二氧化硅与水混合成浆料，然后将浆料掺加到混凝土中。

这种方法的优点是纳米二氧化硅的分散效果较好，但是需要专业的设备和技术。

3.原位合成法：将硅溶胶加入混凝土中，然后通过化学反应将其转化为纳米二氧化硅。

这种方法的优点是纳米二氧化硅的分散效果最好，但是需要复杂的设备和技术。

四、纳米二氧化硅掺加混凝土的应用纳米二氧化硅掺加混凝土的应用主要有以下几个方面：1.提高混凝土的强度：纳米二氧化硅的掺加能够提高混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度等力学性能。

2.提高混凝土的耐久性：纳米二氧化硅的掺加能够提高混凝土的抗渗性、耐久性和抗冻融性等耐久性能。

3.减少混凝土的碳足迹：纳米二氧化硅的掺加能够减少混凝土的碳足迹，提高混凝土的可持续性。

4.其他应用：纳米二氧化硅的掺加还可以用于制备高性能混凝土、高性能水泥基材料、耐火材料、生物医用材料等。

混凝土中掺入纳米二氧化硅的力学性能研究

混凝土中掺入纳米二氧化硅的力学性能研究一、引言混凝土是建筑工程中常用的材料，但其强度、耐久性等方面存在一定的不足。

近年来，纳米材料的发展为混凝土的改性提供了新的思路。

纳米二氧化硅（SiO2）因其具有高比表面积、高活性等特点，成为改良混凝土性能的热门材料。

本文旨在探究纳米二氧化硅掺入混凝土后对其力学性能的影响。

二、纳米二氧化硅的掺入1. 纳米二氧化硅的特性纳米二氧化硅具有高比表面积、高反应性、狭窄的孔径分布等特性。

其比表面积可达到200-1000m2/g，远高于传统粉体材料。

这使得纳米二氧化硅能够与混凝土中的水、水泥反应，生成更多的水化产物，提高混凝土的强度和耐久性。

2. 掺入方法目前，纳米二氧化硅的掺入方法主要有两种：直接掺入和表面改性掺入。

直接掺入是将纳米二氧化硅粉末与混凝土原材料一起拌和；表面改性掺入是将纳米二氧化硅与表面改性剂混合后再掺入混凝土中。

三、力学性能的影响1. 强度纳米二氧化硅掺入混凝土后，由于其高比表面积和高反应性，能够与水化产物形成更多的结晶核心，促进水化反应的进行，从而提高混凝土的强度。

同时，纳米二氧化硅掺入混凝土后能够填充混凝土中的孔隙，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性，进一步提高混凝土的强度。

2. 抗渗性混凝土的抗渗性能主要受到孔隙结构的影响。

纳米二氧化硅掺入混凝土后，能够填充混凝土中的微小孔隙，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗渗性。

3. 耐久性混凝土的耐久性主要受到氯离子侵蚀的影响。

纳米二氧化硅掺入混凝土后能够与氯离子结合形成高稳定性的化合物，减少氯离子渗透混凝土的能力，从而提高混凝土的耐久性。

四、实验研究为了验证纳米二氧化硅掺入混凝土后对其力学性能的影响，进行了一系列实验。

实验采用直接掺入的方法，将不同比例的纳米二氧化硅掺入混凝土中，制备混凝土试件，进行强度、抗渗性和耐久性测试。

1. 强度测试强度测试结果表明，随着纳米二氧化硅的掺入比例的增加，混凝土的抗压强度和抗拉强度均有所提高。

混凝土中添加纳米二氧化硅的性能研究

混凝土中添加纳米二氧化硅的性能研究一、研究背景混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其使用量在全球建筑材料中占据了主导地位。

然而，传统混凝土存在一些问题，如易龟裂、易开裂、易受腐蚀等等。

为了提高混凝土的性能，近年来，人们开始研究添加纳米材料来改善混凝土的性能。

其中，纳米二氧化硅是一种常用的添加剂，可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性能。

因此，本文将对混凝土中添加纳米二氧化硅的性能进行研究。

二、研究目的本研究旨在探究混凝土中添加不同比例的纳米二氧化硅对混凝土性能的影响，包括力学性能、耐久性能和微观结构等方面的变化。

通过实验研究，为混凝土添加纳米材料提供理论依据和实验基础。

三、研究方法本研究采用实验方法进行，具体步骤如下：1.准备试验材料：水泥、砂子、碎石、混凝土添加剂（纳米二氧化硅）；2.根据不同配比比例制备混凝土试件，分别为控制组和实验组；3.对试件进行各项力学性能测试，包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等；4.对试件进行耐久性能测试，如冻融循环试验、碱-骨架反应试验等；5.通过扫描电子显微镜（SEM）观察混凝土微观结构的变化。

四、实验结果与分析1.力学性能测试结果通过对试件的力学性能测试，得到以下结果：（1）抗压强度：在添加纳米二氧化硅的情况下，混凝土的抗压强度明显提高，其中添加量为5%时，抗压强度最高，较控制组提高了20%；（2）抗拉强度：在添加纳米二氧化硅的情况下，混凝土的抗拉强度也有所提高，其中添加量为5%时，抗拉强度最高，较控制组提高了15%；（3）弹性模量：在添加纳米二氧化硅的情况下，混凝土的弹性模量也有所提高，其中添加量为5%时，弹性模量最高，较控制组提高了10%。

2.耐久性能测试结果通过对试件的耐久性能测试，得到以下结果：（1）冻融循环试验：在添加纳米二氧化硅的情况下，混凝土的耐久性有所提高，其中添加量为5%时，混凝土经过50次冻融循环后，抗压强度仅降低了5%，而控制组则降低了15%；（2）碱-骨架反应试验：在添加纳米二氧化硅的情况下，混凝土的耐久性也有所提高，其中添加量为5%时，混凝土的碱-骨架反应等级为可接受，而控制组则为不可接受。

纳米SiO2增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理

第38卷第3期2024年5月山东理工大学学报(自然科学版)Journal of Shandong University of Technology(Natural Science Edition)Vol.38No.3May 2024收稿日期:20230419基金项目:国家自然科学基金项目(51808326);国家级大学生创新创业训练计划项目(202210433027);山东省大学生科研项目(22SSR087)第一作者:庄胜寒,男,sdut_zhshan@;通信作者:梁晓飞,女,xiaoying_8@文章编号:1672-6197(2024)03-0051-07纳米SiO 2增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理庄胜寒,王健,李敏,杨常青,梁晓飞,任皎龙(山东理工大学建筑工程与空间信息学院,山东淄博255049)摘要:为了满足民用基础设施日益增长的功能要求,水泥灌浆材料必须具有高流态㊁早强和低收缩的特定性能㊂本文采用正交试验方法研制了纳米SiO 2增强的高流态早强水泥灌浆材料(HECM ),通过扫描电子显微镜(SEM )㊁X 射线衍射(XRD )㊁差示扫描量热(DSC )测试分析了在不同养生龄期和纳米SiO 2含量情况下,纳米SiO 2对HECM 微观结构和水化产物的影响机制㊂结果表明:HECM 在养护1d 时的弯曲强度和抗压强度分别高于3.5MPa 和12MPa ,流动性和收缩率分别小于11s 和0.15%;与普通水泥基材料相比,随着HECM 中水化速率的加快,纳米SiO 2对强度的影响将提前发生㊂关键词:水泥灌浆材料;水化机理;纳米SiO 2;高流态;早强中图分类号:TU528.31;TU528.53文献标志码:AHydration mechanism of highly fluidized early strength cement groutingmaterials enhanced by nano-SiO 2ZHUANG Shenghan,WANG Jian,LI Min,YANG Changqing,LIANG Xiaofei,REN Jiaolong(School of Architectural Engineering and Spatial Information,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China)Abstract :To achieve the ever increasing functional requirements of civil infrastructures,the cement grouting materials must have the specific performances of high-fluidization,early-strength,and low-shrinkage.Hence,a high-fluidization,early-strength cement grouting materials enhanced by nano-SiO 2was developed via the orthogonal experimental method in this study.The mechanisms of nano-SiO 2on the microstructure and hydration products of the HECM in the cases of different curing ages and nano-SiO 2contents were analyzed through the scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD)and differential scanning calorimetry (DSC)tests.It is concluded that the bending strength and compressive strength of the HECM during curing for 1day are higher than 3.5MPa and 12MPa,respectively,while the fluidity and shrinkage rate are less than 11s and 0.15%,pared with common ce-ment-based materials,it is concluded that the influence of nano-SiO 2on the strength will occur inadvance with the acceleration of hydration rate in HECM.Keywords :cement grouting material;hydration mechanism;nano-SiO 2;high-fluidization;early-strength ㊀㊀在土木工程中,灌浆是防渗㊁快速修复和加固时最有效和最常见的方法之一[1],而水泥基材料由于技术成熟㊁性价比高,在灌浆中得到了广泛的应用[2]㊂为了满足民用基础设施日益增长的功能要㊀求,水泥灌浆材料必须具有以下特定性能:(a)高流态,以确保灌浆材料能够轻松㊁充分地填充工程结构的缺陷;(b)早期强度,以缩短工程周期;(c)低收缩,以防止早期收缩裂纹㊂越来越多人尝试使用各种创新材料来制备改性水泥基灌浆材料㊂Liu等[3]采用铝酸水泥提高水泥灌浆材料的早期强度和流动性,获得了显著改善效果㊂然而,新型水泥的来源有限,可能无法满足工程应用的要求,且很难显著提高强度,尤其是早期强度㊂马银华等[4]采用不同长度的聚丙烯纤维研究其对灌浆材料的早期强度的影响,然而这些添加剂对流化的影响较小,因此,有必要寻找替代材料以提供高流态早期强度来源㊂近年来,纳米材料因其高比表面积㊁高表面自由能和良好的分散能力而被广泛用于提高水泥基材料的性能㊂刘光焰等[5]发现,纳米SiO2的促凝作用可显著缩短水泥复合材料凝结时间,提高早期强度,同时纳米SiO2对水泥砂浆早期水化也发挥重要作用㊂Ren等[6]分析了纳米颗粒对不同水泥基材料强度特性和工程性能的影响,认为纳米材料与水泥基材料具有相似的功能,纳米SiO2可以提供最显著的改性效果㊂由于纳米SiO2的特殊网络结构,纳米SiO2可以很容易地与水泥砂浆的水化产物结合,生成硅酸钙水化物凝胶㊂Zhang等[7]揭示了微纤维粉煤灰㊁胶态纳米SiO2和高效减水剂对水泥基灌浆材料流变和力学性能的影响㊂尽管在他们的研究中讨论了水化机理,但所提到的机理没有得到任何微观测试的支持,并且忽略了早期(如1d㊁3d)的机理㊂在以前的研究中虽然已经讨论了纳米SiO2的改性作用,但纳米SiO2对水泥灌浆材料早期强度特性的影响机理却被忽视㊂针对上述问题,本研究采用正交试验方法,研制了纳米SiO2增强的高流态早强水泥灌浆材料,从宏观上研究纳米SiO2含量和养生龄期对工程性能和水化机理的影响,并通过SEM测试㊁XRD测试㊁DSC测试,分析了不同养生龄期下纳米SiO2对微观结构和水化产物的影响机理㊂1㊀原材料及研究方法1.1㊀原材料所采用的纳米SiO2见图1,其技术参数见表1㊂图1㊀纳米SiO2需要说明的是,由于本文采用的是气相二氧化硅,其粒度较小,无须特殊加工工艺即可较好分散㊂表1㊀纳米SiO2的技术参数颗粒尺寸/nm比表面积/(m2/g)堆积密度/(g/cm3)纯净度/%表观156000.2199.8白色颗粒状1.2㊀研究方法本研究采用正交试验法确定水泥灌浆材料的基准配方,能够方便分析不同试验因素之间的相互关系,科学减少试验工作量㊂随后,分析了纳米SiO2含量对基准配方工程性能的影响,以确定最终的高流态早强水泥灌浆材料㊂采用流动性(流动时间)㊁抗折强度(1㊁3㊁7d)㊁抗压强度(1㊁3㊁7d)和干缩率(7㊁28d)来评估水泥灌浆材料的工程性能㊂此外,采用SEM测试㊁XRD测试㊁DSC测试,通过微观结构和水化产物揭示所提出的高流态早强水泥灌浆材料的水化机理㊂2㊀高流态化早强水泥灌浆材料性能为了便于分析纳米SiO2对水泥灌浆材料物理力学性能的影响,表2给出了纳米SiO2掺量对水泥灌浆材料性能试验结果㊂表2㊀不同纳米SiO2掺量下水泥浆体性能SiO2掺量/%流动度/s1d抗折/MPa抗折/MPa3d抗压/MPa抗压/MPa7d抗压/MPa抗压/MPa干缩/%28d干缩/%010.38 3.410.98.226.010.734.40.0190.108 110.61 3.612.28.327.210.235.00.0170.111 211.29 3.813.08.628.410.534.70.0210.108 312.89 4.114.78.729.010.633.20.0190.113 25山东理工大学学报(自然科学版)2024年㊀㊀㊀由表2可看出,纳米SiO 2对1㊁3d 抗折抗压强度㊁流动度的影响较为明显,而对干缩率和7d 抗折抗压强度的影响不显著㊂纳米SiO 2的掺量每提升1%,1d 抗折强度㊁1d 抗压强度㊁3d 抗折强度㊁3d 抗压强度分别提升了6.21%㊁10.43%㊁1.99%㊁3.71%,而流动性则平均降低了7.61%㊂这表明纳米SiO 2可显著提升水泥浆体的1d 抗折抗压强度,一定程度提升3d 抗折抗压强度,但其对流动性的负面影响也不可忽视㊂随着纳米SiO 2掺量的增加,水泥浆体的流动性下降明显,因此,在考虑经济性的同时,纳米SiO 2的用量建议为2%㊂综上,本文提出的高流态早强水泥灌浆材料(HECM)最终材料组成为:水灰比0.56㊁减水剂掺量1.0%㊁速凝剂掺量2.3%㊁膨胀剂掺量9.0%㊁纳米SiO 2掺量为2%㊂3㊀HECM 的性能强化机理研究水化过程及其反应程度极大地影响着水泥基材料的力学性能和耐久性,因此,研究HECM 在不同龄期时的水化产物C -S -H 凝胶㊁Ca (OH)2晶体(CH)㊁钙矾石(Aft)等形成㊁分布和发展规律,揭示HECM 的性能强化机理具有重要的意义㊂3.1㊀HECM 的微观结构变化规律采用Quanta 250型SEM[图2(a)]研究了养生龄期和纳米SiO 2掺量对HECM 微观结构的影响,其中,考虑到HECM 早强的特点,养生龄期选择1㊁3㊁7d,纳米SiO 2掺量选择0%㊁1%㊁2%和3%,放大倍数选择1000倍㊁10000倍和20000倍㊂制备SEM 的测试样品[见图2(b)]时,按标准方法制备小梁试件,将其养生至目标龄期后破碎,挑选1cm ˑ1cm ˑ1cm 见方的块体作为测试样品,平面不作任何处理㊂将挑选的测试样品放入10倍体积的无水乙醇中浸泡一周以终止水化反应㊂测试前将测试样品放入干燥箱中干燥24h,测试时应对样品喷金处理㊂㊀㊀㊀㊀(a)SEM㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)SEM 测试样品图2㊀扫描电子显微镜与其测试样品3.1.1㊀1d 龄期1d 龄期下不同纳米SiO 2掺量HECM 的微观构造见图3㊂(a)0%(b)1%(c)2%(d)3%图3㊀1d 龄期时不同掺量纳米SiO 2水泥灌浆材料微观结构由图3可看出:1)无论是否掺加了SiO 2,各水泥灌浆材料在1d 龄期下均可明显观测到絮状C -S -H 凝胶和Aft 晶体,说明本文提出的HECM 基础配合比早期水化效果较为显著,达到了早强的效果㊂2)在低倍放大环境下(ˑ1000)对比可观察到,未掺加纳米SiO 2时存在明显空洞,而随着纳米SiO 2掺量的增加,空洞的数量和尺度逐步下降,界面均匀性得到增强,可推测纳米SiO 2有助于改善HECM 的水化程度㊂3)在高倍放大环境下(ˑ10000㊁ˑ20000)可发现,未掺加纳米SiO 2时虽有C -S -H 凝胶和Aft 晶体的生成,但其间空隙较多,Aft 晶体多在空隙内存在,整体结构较松散,无明显骨架特征;此时CH 晶体未被凝胶包裹,形成明显层状节理,并存在于水泥石界35第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀庄胜寒,等:纳米SiO 2增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理面而影响材料强度㊂4)随纳米SiO 2掺量的增加,CH 晶体层状节理逐渐减少,C -S -H 凝胶相应增多㊁空隙明显减少,说明HECM 的水化程度得到加强;同时,C -S -H 凝胶与Aft 晶体紧密搭接,逐渐形成网络交织状骨架结构,微观结构更加致密㊂这一现象也解释了HECM 的1d 抗折抗压强度随着纳米SiO 2含量的增加而增加;同时,也可以推测纳米SiO 2对HECM 早期强度的作用机制是加速CH 晶体的生成,试制以更快的速率达到饱和,促使C -S -H 凝胶更早地生成㊂3.1.2㊀3d 龄期3d 龄期下不同纳米SiO 2掺量HECM 的微观构造见图4㊂(a)0%(b)1%(c)2%(d)3%图4㊀3d 龄期时不同掺量的纳米SiO 2水泥灌浆材料微观结构由图4可看出:1)与1d 龄期时相比,在低倍放大环境(ˑ1000)下3d 龄期时的HECM 空洞明显减少,界面均匀性进一步增强,说明水化继续加强;在高倍放大环境(ˑ20000)下,C -S -H 凝胶增多且对CH 晶体的包裹效果更加明显㊂2)相较下,未掺加纳米SiO 2时微观结构仍存在空隙和节理状CH 晶体,而掺加纳米SiO 2后,表现为C -S -H 凝胶更充盈,且CH 晶体数量减少,整体微观结构更加致密,表明纳米SiO 2对于HECM 水化过程具有促进作用,但此时纳米SiO 2对HECM 微观结构的影响较1d 龄期时已有所降低㊂3.1.3㊀7d 龄期7d 龄期下不同纳米SiO 2掺量HECM 的微观构造见图5㊂(a)0%(b)1%(c)2%(d)3%图5㊀7d 龄期时不同掺量的纳米SiO 2水泥灌浆材料微观结构由图5可看出:1)在低倍放大环境(ˑ1000)下,不同纳米SiO 2掺量下的微观界面较为均匀,已几乎不可见空洞;在高倍放大环境(ˑ20000)下,微观结构已经发展到一个较为成熟稳定的阶段,表明当养生龄期达到7d 时,水化作用已趋于完成㊂45山东理工大学学报(自然科学版)2024年㊀2)各纳米SiO 2掺量下的微观结构的差异均已不明显,表明7d 龄期时纳米SiO 2对HECM 的水化影响已不显著㊂根据以往研究可知[8-9],纳米SiO 2对普通水泥基材料在7d 养生龄期下的早期强度也具有显著的作用㊂相比下,对于本文提出的HECM,纳米SiO 2的作用在养生龄期3d 时减弱㊁养生龄期7d 时基本消失,可看出纳米SiO 2的反应周期是不固定的,这与水化速率有关㊂随着水化速率的加快,纳米SiO 2对强度的影响将提前发生㊂3.2㊀HECM 的水化产物变化规律采用XRD 试验㊁DSC 试验分析HECM 在不同龄期和纳米SiO 2掺量下水化产物的变化特征,以揭示HECM 的性能强化机理㊂3.2.1㊀XRD 试验采用德国Bruker AXS 公司的D8-02型XRD[图6(a)]研究了养生龄期和纳米SiO 2掺量对HECM 中水化生成的CH 晶体和未水化的水泥熟料C 2S㊁C 3S 的影响㊂㊀㊀㊀㊀(a)XRD㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)DSC图6㊀XRD 和DSC 试验用仪器由图7可看出,在养生龄期为1d 时,随纳米SiO 2含量的增加,C 3S 的衍射峰强度降低,这说明纳米SiO 2加速了C 3S 的消耗,生成CH 晶体和C -S -H 凝胶,实现了早期强度㊂当衍射角为35ʎ时,CH 晶体的变化与衍射角为28ʎ时相似,这是由于纳米SiO 2与CH 晶体反应生成C -S -H 凝胶的原因[9],这也是CH 晶体的衍射峰随着纳米SiO 2含量的增加而减小的原因;此外,在纳米SiO 2含量不同的情况下,C 2S 衍射峰的差异是有限的,这说明纳米SiO 2对HECM 的长期强度影响不大㊂3㊁7d 龄期时所对应的衍射峰与1d 时的衍射峰相似,说明在3㊁7d 养生期间并没有新的水化产物生成㊂在养生龄期7d 时,不同的纳米SiO 2掺量下的衍射峰间差异不显著,说明在养生龄期7d 时,纳米SiO 2对水化作用的影响已不显著㊂3.2.2㊀DSC 试验采用美国TA 公司的SDT650型DSC[图6(b)](a)1d(b)3d(c)7d图7㊀不同养生龄期时HECM 的XRD 图像研究养生龄期和纳米SiO 2掺量对HECM 的重量变化和热量变化的影响,以揭示HECM 的水化物质组成㊂考虑到本文并不探讨HECM 中CaCO 3的分解效应,故本实验中DSC 的升温温度为600ħ,采用的升温速度为15ħ/min㊁加热气氛为氮气㊂1㊁3㊁7d 龄期时不同纳米SiO 2掺量HECM 的DSC 实验结果见图8(以1d 龄期,0%SiO 2掺量为例)㊂红色曲线为质量损失曲线,黑色曲线为热流曲线,灰色面积为峰面积的积分代表,即每一步反应的热效应值(反应焓),峰朝下代表反应吸热㊂在热流曲线中,150ħ以下出现的第一个吸热峰为C -S -H 凝胶与Aft 的脱水效应和水泥内部材料自由水的蒸发[10](简称为I -stage);350~600ħ出现的第二个峰为氢氧化钙的分解[11](简称为Ⅱ-stage)㊂图9和图10给出了不同阶段(I -stage 和Ⅱ55第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀庄胜寒,等:纳米SiO 2增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理图8㊀DSC曲线(a)I -stage(b)Ⅱ-stage图9㊀不同阶段的焓变化-stage)的焓变化和质量变化规律㊂从图9和图10可看出:1)在养生龄期为1㊁3d 时,纳米SiO 2的掺量每提高1%,I -stage 的质量损失和焓变平均下降3.34%和0.97%,而其二者在Ⅱ-stage 相应地提高了12.04%和0.51%㊂由于自由水越少㊁结合水越多,水化反应越充分㊂质量损失和焓变的规律说明纳米SiO 2在养生早期促进了HECM 的水化反应,同(a)I -stage(b)Ⅱ-stage图10㊀不同阶段的质量变化时,质量损失在Ⅱ-stage 的增加也表明此阶段CH 晶体的快速生成,这也证明了纳米SiO 2有利于加速CH 晶体的生成,使CH 晶体以更快的速度达到饱和,从而促使凝胶的生成㊂2)相较于1d,养生龄期3d 时的质量损失和焓变分别平均下降了35.83%和5.33%,这说明纳米SiO 2在3d 龄期时对水化反应的影响弱于1d 时㊂当养生龄期为7d 时,各纳米SiO 2含量下的质量损失和焓变的差异不显著,说明此时纳米SiO 2对水化反应已影响不大㊂3)需要说明的是,在某些DSC 曲线中会出现双峰的情况㊂事实上,在理想试验条件下,水化反应对应的DSC 曲线应为光滑的单峰曲线,但是,由于材料的不均匀性㊁水泥水化作用的不确定性以及惰性气氛下的热分解反应等原因,在样品制备和检测过程中可能会发生重叠反应,导致峰形发生改变㊂考虑到本研究所用仪器存在老化情况,会一定程度加剧上述现象㊂65山东理工大学学报(自然科学版)2024年㊀4　结论本研究采用正交试验方法,研制了纳米SiO2增强的高流态早强水泥灌浆材料,同时通过SEM测试㊁XRD测试㊁DSC测试,分析了在不同养生龄期和纳米SiO2掺量的情况下,纳米SiO2对微观结构和水化产物的影响机理,得出结论如下:1)HECM在养护1d时的弯曲强度和抗压强度分别高于3.5MPa和12MPa,而流动性和收缩率分别小于11s和0.15%㊂2)纳米SiO2可以显著提高HECM在早期养生时的弯曲强度和抗压强度,但会略微削弱其流动性㊂当纳米SiO2含量超过1%时,纳米SiO2对强度的增强作用较弱,因此,考虑到经济成本,建议纳米SiO2的推荐含量为2%;此外,纳米SiO2的作用随着养生龄期的增加而减弱,在养生龄期为7d时影响不大㊂纳米SiO2对HECM早期强度的作用机理是加速CH 晶体的生成,以更快的速度达到饱和,并促使C-H-S凝胶早期生成,而这与Aft晶体无关㊂3)在不同的养生龄期和纳米SiO2含量的情况下,HECM的水化产物类型几乎相同㊂纳米SiO2主要参与硅酸三钙的水化反应,以提高HECM中的早期强度,而与硅酸二钙无关㊂纳米SiO2的反应时间不固定,这与水化速率有关㊂与普通水泥基材料相比,随着HECM中水化速率的加快,纳米SiO2对强度的影响将提前发生㊂此外,热重分析可以用于水化产物的定量分析,由于本研究中获得数据的局限性,未来的研究将涉及基于DSC测试的更深入的定量分析㊂参考文献:[1]REN J L,XU Y S,HUANG J D,et al.Gradation optimization andstrength mechanism of aggregate structure considering macroscopic and mesoscopic aggregate mechanical behaviour in porous asphalt mixture[J].Construction and Building Materials,2021, 300:124262.[2]齐继光,曹东磊,姜宝音图,等.水泥基灌浆料的应用与质量控制研究[J].四川建材,2021,47(11):26,34.[3]LI H Y,WANG X P,GUAN X M,et al.Properties of calcium sul-foaluminate cement-based grouting materials with LiAl-layered double hydroxides slurries[J].Advanced Composites Letters,2020, 29:2633366.[4]马银华,胡凯,梁影,等.PPFRCP灌浆材料的优化选型及工作性能研究[J].武汉理工大学学报,2014,36(10):57-62. [5]刘光焰,樊磊,金大智,等.纳米二氧化硅对玻璃粉水泥体系水化硬化的影响[J].硅酸盐通报,2017,36(6):2112-2116. [6]REN Z C,LIU Y Y,YUAN L W,et al.Optimizing the content of nano-SiO2,nano-TiO2and nano-CaCO3in Portland cement paste by response surface methodology[J].Journal of Building Engineering, 2021,35:102073.[7]ZHANG X C,GAO J E,FAN H H,et al.Study on the mechanism of nano-SiO2for improving the properties of cement-based soil stabi-lizer[J].Nanomaterials,2020,10(3):405.[8]ZHANG C J,SHUAI B,JIA S M,et al.Plasma-functionalized gra-phene fiber reinforced sulphoaluminate cement-based grouting materials[J].Ceramics International,2021,47(11):15392 -15399.[9]QIU X,JIANG H B,ZHANG G J.Modification effects of nano-Ca-CO3on engineering performance of cement grouts[J].Journal of Nanoscience and Nanotechnology,2020,20(8):5043-5048. [10]GOERGENS J,MANNINGER T,GOETZ-NEUNHOEFFER F.In-situ XRD study of the temperature-dependent early hydration of calci-um aluminate cement in a mix with calcite[J].Cement and Concrete Research,2020,136:106160.[11]TANG S W,HE Z,CAI X H,et al.Volume and surface fractal di-mensions of pore structure by NAD and LT-DSC in calcium sulfoalu-minate cement pastes[J].Construction and Building Materials, 2017,143:395-418.(编辑:姚佳良)75第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀庄胜寒,等:纳米SiO2增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理。

混凝土中纳米二氧化硅的应用研究

混凝土中纳米二氧化硅的应用研究一、前言混凝土是现代建筑中广泛使用的一种材料，它具有耐久性、可塑性、可加工性等优点。

然而，普通混凝土在某些方面仍然存在不足，如强度、耐久性等，这些问题限制了混凝土在某些领域的应用。

为了解决这些问题，人们开始研究如何通过添加纳米材料来改善混凝土的性能。

本文将对混凝土中纳米二氧化硅的应用研究进行全面详细的介绍。

二、纳米二氧化硅的性质纳米二氧化硅是一种具有独特性质的材料，它具有大比表面积、高反应活性、良好的热稳定性等特点。

由于其特殊的性质，纳米二氧化硅被广泛应用于材料科学、生物医学、能源等领域。

三、混凝土中纳米二氧化硅的应用混凝土中添加纳米二氧化硅可以改善混凝土的性能，如提高强度、提高耐久性、降低渗透性等。

下面将分别介绍纳米二氧化硅在混凝土中的应用。

1. 改善混凝土强度添加纳米二氧化硅可以提高混凝土的强度。

一般认为，这是由于纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微孔隙，从而提高了混凝土的密实度。

同时，纳米二氧化硅还能够促进水泥的水化反应，形成更多的水化产物，从而提高了混凝土的强度。

2. 提高混凝土耐久性添加纳米二氧化硅可以提高混凝土的耐久性。

这是由于纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微孔隙，防止了水分和气体的渗透。

同时，纳米二氧化硅还能够吸附混凝土中的有害物质，如氯离子等，从而降低了混凝土的腐蚀性。

3. 降低混凝土渗透性添加纳米二氧化硅可以降低混凝土的渗透性。

这是由于纳米二氧化硅能够填充混凝土中的微孔隙，从而减少了水分和气体的渗透。

同时，纳米二氧化硅还能够促进水泥的水化反应，形成更多的水化产物，从而堵塞了混凝土的微孔隙。

四、纳米二氧化硅在混凝土中的制备方法纳米二氧化硅可以通过溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等方法制备。

其中，溶胶-凝胶法是目前最常用的一种制备方法。

其过程如下：1. 溶液制备：将硅酸乙酯、乙醇、去离子水混合搅拌，得到均匀的溶液。

2. 凝胶制备：将溶液倒入容器中，放置在恒温槽中，使其自然凝胶化。

掺纳米SiO2的高性能混凝土耐久性能及微观机理研究

陈竹李洪
（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳５５００８１）
摘要研究了纳米ＳｉＯ２对高性能混凝土强度、抗冻、抗渗及碳化性能的影响，并采用压汞试验探讨了纳米ＳｉＯ２对混凝土孔结构的影响规律。结果表明，纳米ＳｉＯ２对试件早期强度的影响较为明显，并显著提高了试件的抗渗、抗冻及碳化性能，随着掺量的增加，试件强度及耐久性能出现先提高后降低的变化规律。通过对掺纳米ＳｉＯ２混凝土水化产物孔结构的分析发现，纳米ＳｉＯ２改善了试件的微观形貌，使得试件内部结构较为致密，优化了水泥石集料之间的界面结构，并细化了混凝土孔结构，减少了混凝土中有害孔的含量。关键词纳米ＳｉＯ２高性能混凝土耐久性能微观机理
７８
１１１４
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水１４０１４０１４０１４０
砂７３４７３４７３４７３４
减水剂／％
２．０２．０２．０２．０
抗渗性能试验选用快速氯离子渗透法（ＲＣＭ），试件采用直径为（１００±１）ｍｍ，高度为（５０±２）ｍｍ的圆柱体试件；抗冻性能试验选用快冻法，为１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍ的棱柱体试件，测试指标为质量损失及相对动弹模量；碳化试验试件为１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ的立方体试件。上述耐久性试验的养护龄期均为２８ｄ，具体试验步骤参照ＧＢ／Ｔ５００８２－２００９《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

混凝土中掺加纳米氧化硅的原理

混凝土中掺加纳米氧化硅的原理一、前言混凝土是建筑物中常用的材料之一，具有良好的耐久性和强度，但也存在一些缺陷，如易受环境侵蚀、裂缝等。

为了克服这些缺陷，人们开始研究添加一些特殊的材料来改善混凝土的性能。

纳米氧化硅是其中一种常用的添加剂，本文将介绍混凝土中掺加纳米氧化硅的原理。

二、纳米氧化硅的特性纳米氧化硅是一种直径在1到100纳米之间的氧化硅粉末，具有以下几个特性：1. 高比表面积：纳米氧化硅的比表面积可以达到1000平方米/克以上，因此可以增加混凝土的表面积和孔隙率。

2. 高活性：纳米氧化硅表面具有较多的活性基团，可以与水泥浆体中的氢氧根离子反应，形成硅酸盐凝胶，从而提高混凝土的力学性能和耐久性。

3. 均匀分散：纳米氧化硅的粒径很小，易于分散在水泥浆体中，从而提高混凝土的均匀性和稳定性。

三、纳米氧化硅在混凝土中的应用1. 改善混凝土的力学性能纳米氧化硅可以与水泥浆体中的氢氧根离子反应，形成硅酸盐凝胶，从而提高混凝土的力学性能。

同时，由于纳米氧化硅的高比表面积和均匀分散性，可以使混凝土中的粘结强度和抗压强度得到显著提高。

2. 提高混凝土的耐久性由于纳米氧化硅可以与水泥浆体中的氢氧根离子反应，形成硅酸盐凝胶，从而增加混凝土的致密性和耐久性。

此外，纳米氧化硅还可以填充混凝土中的微孔和毛细孔，从而减少混凝土中的渗透和渗漏，提高混凝土的耐久性。

3. 抑制混凝土的裂缝混凝土中的裂缝是常见的问题，它们会降低混凝土的力学性能和耐久性。

添加纳米氧化硅可以增加混凝土的致密性和强度，从而抑制混凝土的裂缝，提高混凝土的稳定性。

四、掺加纳米氧化硅的方法1. 直接掺加法直接掺加法是将纳米氧化硅直接加入水泥浆体中，与水泥反应形成硅酸盐凝胶。

该方法简单、方便，但需要掌握好添加的量和掺和方式，避免对混凝土性能产生不利影响。

2. 矿物掺合料法矿物掺合料法是将纳米氧化硅加入混凝土中的矿物掺合料(如粉煤灰、矿渣等)中，与其一起混合使用。

混凝土中添加纳米二氧化硅技术规程

混凝土中添加纳米二氧化硅技术规程一、前言混凝土是一种重要的建筑材料，它具有高强度、耐久性、耐磨性等优点。

但是，传统的混凝土存在着一些缺陷，如易开裂、易渗水等问题。

为了改善混凝土的性能，近年来人们开始研究在混凝土中添加纳米材料的方法。

纳米二氧化硅是一种常用的纳米材料，其在混凝土中的应用已经得到了广泛的关注和研究。

本文将详细介绍混凝土中添加纳米二氧化硅的技术规程。

二、纳米二氧化硅的特性纳米二氧化硅是一种尺寸在1-100纳米之间的二氧化硅颗粒。

它具有以下特性：1. 高比表面积：纳米二氧化硅的比表面积很大，可以达到200-400平方米/克。

这种高比表面积使得纳米二氧化硅具有很强的活性。

2. 高反应活性：纳米二氧化硅具有很强的反应活性，可以与水化产物反应生成钙硅石等化合物，从而提高混凝土的强度和耐久性。

3. 高弹性模量：纳米二氧化硅的弹性模量比传统的二氧化硅高很多，可以提高混凝土的强度和刚性。

4. 显微结构调控：纳米二氧化硅可以通过表面修饰等方法进行结构调控，从而控制混凝土的性能。

三、纳米二氧化硅在混凝土中的应用1. 提高混凝土的强度和耐久性：纳米二氧化硅可以与水化产物反应生成钙硅石等化合物，从而提高混凝土的强度和耐久性。

此外，纳米二氧化硅可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。

2. 减少混凝土的收缩和开裂：混凝土在硬化过程中会发生收缩，容易导致开裂。

纳米二氧化硅可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而减少混凝土的收缩和开裂。

3. 改善混凝土的渗透性：纳米二氧化硅可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而减少混凝土的渗透性。

4. 提高混凝土的耐久性：纳米二氧化硅可以与混凝土中的氢氧化钙反应生成钙硅石等化合物，从而提高混凝土的耐久性。

四、混凝土中添加纳米二氧化硅的技术规程1. 材料准备：（1）水泥：采用普通硅酸盐水泥；（2）骨料：采用粗细骨料比例为1：2.5；（3）纳米二氧化硅：纳米二氧化硅的掺量为水泥质量的2%。

纳米材料改性混凝土力学性能研究

纳米材料改性混凝土力学性能研究一、研究背景混凝土作为建筑材料之一，具有高强度、耐久性好等优点，但其抗拉强度、抗裂性能、耐久性等方面还存在一定的不足，为了提高混凝土的力学性能，近年来研究者们开始在混凝土中添加纳米材料来改善其性能。

纳米材料作为一种新型材料，具有很高的比表面积和体积比等优点，可以通过调节纳米材料在混凝土中的含量和形态，来改变混凝土的力学性能，从而达到提高混凝土性能的目的。

二、纳米材料在混凝土中的应用1. 纳米氧化硅纳米氧化硅是一种常用的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。

在混凝土中添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。

同时，纳米氧化硅还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。

2. 纳米碳管纳米碳管是一种具有很高强度和韧性的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。

在混凝土中添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。

同时，纳米碳管还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。

3. 纳米氧化铝纳米氧化铝是一种常用的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。

在混凝土中添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。

同时，纳米氧化铝还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。

三、纳米材料改性混凝土的力学性能研究1. 抗压强度研究表明，在混凝土中添加适量的纳米材料可以显著提高混凝土的抗压强度。

例如，添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗压强度约20%左右，添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗压强度约15%左右，添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗压强度约25%左右。

2. 抗裂性能研究表明，在混凝土中添加适量的纳米材料可以显著提高混凝土的抗裂性能。

例如，添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗裂性能约25%左右，添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗裂性能约20%左右，添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗裂性能约30%左右。

混凝土中添加纳米SiO2的性能提升研究

混凝土中添加纳米SiO2的性能提升研究引言混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，在工业和民用建筑中扮演着重要的角色。

然而，传统混凝土存在一些问题，例如低强度、易开裂、易受环境影响等。

为了克服这些问题，研究者们开始探索添加纳米材料的可能性。

其中，添加纳米SiO2是一种被广泛研究的方法。

在纳米SiO2的引入下，混凝土的性能得到了显著提升。

本文将详细介绍混凝土中添加纳米SiO2的性能提升研究。

添加纳米SiO2的方法纳米SiO2是一种高表面积、高反应性的材料，可与水泥基体反应，提高混凝土的力学性能。

添加纳米SiO2的方法主要有两种：直接添加法和混合添加法。

直接添加法是将纳米SiO2粉末直接加入到混凝土中。

这种方法的优点是简单易行，但缺点是纳米SiO2的分散性较差，易形成团聚体，影响混凝土的强度。

混合添加法是将纳米SiO2和水泥、砂、石料等混合后再制备混凝土。

这种方法的优点是纳米SiO2能够与混凝土中的水泥基体更好地结合，提高混凝土的强度和耐久性。

性能提升研究添加纳米SiO2可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性。

下面将分别从这两个方面进行详细介绍。

1.力学性能添加纳米SiO2可以提高混凝土的强度、硬度和抗裂性能。

研究表明，当纳米SiO2掺量为2%时，混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗折强度分别提高了15%、20%和23%。

此外，纳米SiO2还能够显著提高混凝土的微观结构，使其更加致密，减少了混凝土中的孔隙率和渗透性。

2.耐久性添加纳米SiO2还可以提高混凝土的耐久性，抵抗氯离子渗透、硫酸盐侵蚀和碳化等作用。

研究表明，添加纳米SiO2可以显著减少混凝土中氯离子的渗透量，延缓混凝土的碳化速度。

此外，纳米SiO2还能够提高混凝土的抗冻融性能，减少混凝土的龟裂和破坏。

结论本文详细介绍了混凝土中添加纳米SiO2的性能提升研究。

添加纳米SiO2可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性，抵抗氯离子渗透、硫酸盐侵蚀和碳化等作用。

添加纳米SiO2的方法主要有直接添加法和混合添加法。

混凝土中添加纳米二氧化硅技术指南

混凝土中添加纳米二氧化硅技术指南混凝土中添加纳米二氧化硅技术指南第一部分：纳米二氧化硅的介绍纳米二氧化硅是一种非常小的颗粒，其粒径在1到100纳米之间。

由于其高比表面积和特殊的化学性质，纳米二氧化硅在混凝土材料中被广泛应用。

本文将深入探讨纳米二氧化硅技术在混凝土中的应用，以及其对混凝土性能的影响。

第二部分：纳米二氧化硅对混凝土的影响2.1 强度改善添加纳米二氧化硅可以显著提高混凝土的强度。

纳米二氧化硅颗粒可以填充混凝土中的微孔隙，增强材料的致密度和硬度。

此外，纳米二氧化硅还能与水泥石中的氢氧化钙反应形成稳定的钙硅石凝胶，增加混凝土的强度和抗压能力。

2.2 耐久性提升纳米二氧化硅还可以显著改善混凝土的耐久性。

其微小的颗粒能够填充混凝土的毛细孔隙，减少氯离子和其他有害溶质的渗透。

此外，纳米二氧化硅还能减少混凝土的收缩和开裂现象，提高其抗渗性和耐久性。

2.3 环境友好性与传统填料相比，纳米二氧化硅是一种环境友好的替代品。

它可以从废弃物中提取，无毒无害，具有较低的能耗和碳足迹。

因此，添加纳米二氧化硅的混凝土不仅具有卓越的性能，还具有可持续性和环保性。

第三部分：纳米二氧化硅的应用技术3.1 添加剂控制在混凝土中添加纳米二氧化硅时，关键是正确控制添加剂的用量。

过多的添加剂可能导致混凝土的过度致密化，从而影响混凝土的工作性能和流动性。

因此，建议根据具体的混凝土配比和使用条件，合理确定纳米二氧化硅的添加剂用量。

3.2 掺合材料优化混凝土中的掺合材料对纳米二氧化硅的应用效果也有一定影响。

根据混凝土的设计需求，可以选择合适的矿物掺合料，如矿渣粉、硅灰等，与纳米二氧化硅相结合，以实现最佳的混凝土性能。

3.3 混凝土配比设计混凝土配比设计对于纳米二氧化硅技术的应用至关重要。

合理的配比设计可以最大限度地发挥纳米二氧化硅的增强效果，并确保混凝土的工作性能和耐久性。

建议通过实验和模拟分析，根据具体的工程要求和材料特性，进行精细的混凝土配比设计。

浅谈纳米SiO2对混凝土的改性作用

浅谈纳米SiO2对混凝土的改性作用摘要：随着土木工程的发展以及混凝土材料应用范围的扩大，对混凝土材料的强度，耐久性等不断提出更高的要求。

纳米材料有着诸多其他材料无可比拟的优势，将纳米材料掺入混凝土中对其进行改性处理，混凝土的强度、耐久性等得到提升。

本文对纳米SiO2改性混凝土的强度，工作性，耐久性等进行归纳总结，展望了纳米混凝土的研究方向与发展趋势。

关键词：纳米SiO2；耐久性；水泥基材料引言混凝土是当今世界用量最大，用途最广的人造材料，作为建筑材料，他为人类文明的进步做出了了巨大的贡献。

我国目前进入快速发展时期，对混凝土的需求量很大，对混凝土的性能也提出了更高的要求已满足现阶段工程设计需要。

纳米材料是指尺寸从1~100nm之间，处于原子团簇和宏观个体交接区域的粒子，纳米材料除了具有其他宏观物体不具有的特殊效应：量子效应、小尺寸效应、表面和界面效应、宏观量子隧道效应等，还具有电、光、力、磁等方面的特性。

由于其独特的性质，引起了各国的广泛关注与研究。

将纳米材料掺入混凝土中，可以充分发挥纳米材料的特点，提高混凝土的各项性能。

1强度纳米SiO2对混凝土强度的提高作用主要来源于纳米SiO2的火山灰效应、微填充作用、晶核作用三方面。

纳米SiO2具有很高的火山灰活性，可以快速与水泥水化过程产生的Ca （OH）2发生反应，有效细化Ca（OH）2晶粒，生成高强度水化硅酸钙（C-S-H凝胶）[1]。

其快速生成的水化硅酸钙凝胶为混凝土中水泥水化反应结晶提供附着点，降低水化反应能垒，提高水化速度，从而有效提高混凝土早期强度。

另外，由于纳米SiO2的尺寸较小可以很好的填充混凝土水化反应后的空隙，提高混凝土的密实度，进而提高其抗压强度。

对纳米SiO2对混凝土强度的改性机理，不同学者持有不同观点。

有的学者认为掺纳米SiO2对硬化水泥石微观结构的影响主要是由于团聚颗粒对水泥分散体系的填充效应和吸水效应所致，与晶核效应无关[2]。

纳米SiO2分散液对水泥基材料性能的影响及机理

浙江工业大学学报JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol49No1 Feb2021第49卷第1期3031年2月纳米SiO2分散液对水泥基材料性能的影响及机理孔德玉“，许焰炜】，苏勇黄森乐】，蔡奖权4(1.浙江工业大学土木工程学院，浙江杭州310023(.浙江加州纳米研究院台州分院，浙江台州318000；3.湖北省城建设计院股份有限公司，湖北武汉430050(.浙江中能工程检测有限公司，浙江杭州311006)摘要：对团聚粒径较大的沉淀纳米SiO2微粉进行湿法球磨，制备纳米SiO2分散液，研究了掺纳米SiO z分散液对新拌和硬化水泥基材料性能的影响及机理。

结果表明：纳米SiO z掺量为1%时，随球磨时间延长,其促进水泥水化、改善新拌水泥砂浆流动性和对硬化水泥砂浆的增强效果均渐趋显著，其原因是由于球磨处理可有效减小纳米SiO2团聚粒径，改善其吸钙能力和填充效应；纳米SiO2掺量增加到2%时，其对砂浆流动性和强度的进一步改善未见明显效果，其原因可能是由于掺量较高时，其发挥填充效应所需纳米SiO2出现冗余，而硬化团聚颗粒本身因强度和弹性模量较小，反而成为硬化水泥石中的薄弱环节。

关键词:纳米SiO2；纳米SiO2分散液；球磨分散；填充效应中图分类号:TU502文献标志码:A文章编号：1006-4303(2021)01-0034-05Influences and mechanisms of nano-silica dispersionon properties of cement-based materialsKONG Deyu12,XU Yanwei1,SU Yong，,HUANG Senle1,CAI Jiangquan4 (1Co l egeofCivilEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310023，China(2Taizhou Branch，Zhejiang-California InternationalNanosystemsInstitute，Taizhou318000，China(3HubeiUrbanConstructionDesignInstituteCo，Ltd，Wuhan430050，China(4ZhejiangZhongnengEngineeringTestingCo，Ltd，Hangzhou311006，China)Abstract:Nano-S1O2dispersion was prepared by wet-milling of precipitated nano-SiO2powder withlargeagglomeratedparticlesize Theinfluencesandmechanismsofthenano-SiO2dispersion onpropertiesofthefreshandhardenedcement-basedmaterialswerestudied Theresultsshowed that,when the addition of the nano-SiO2was1%,the cement hydration,the fluidity of the fresh cementmortarandthestrengtheningofthehardenedcementmortarwereincreasinglyimproved with the milling time.The reason was that the ball-milling could effectively reduce the agglomeraGed parGicle size ofGhe nano-SiO2$whichGhen improvedGhe calcium-absorp ion capaci y andGhe fi l ing e f ecGofGhe nano-SiO2.However$whenGhe addi ion ofGhe nano-SiO2wasfurGher increasedGo2%$negligible improvemenGofGhe fluidi y andGhe sGrengGh ofGhe morGar was observed$of whichGhereasonmighGbeGhaGGhenano-pariclesacGedasGhefi l erinGhepasGeshowedredundancywhen Gheaddiionofnano-SiO2washighandGhehardenedagglomeraGedpariclesbecameweakzonesinGhe hardenedcemenGpasGedueGoGheirlowsGrengGhandelasicmodulus.Keywords:nano-SiO2;nano-SiO2dispersion；ball-milling j dispersion；filling effect近年来，大量研究表明:纳米SiO2具有较好的火SiO2,可更有效改善硬化水泥基材料的微观结构，提山灰活性和填充效应，在水泥基材料中掺入纳米高硬化水泥基材料的物理力学性能和耐久性能n12*。

混凝土中掺加纳米二氧化硅的作用

混凝土中掺加纳米二氧化硅的作用一、引言混凝土是一种常用的建筑材料，其广泛应用于建筑、桥梁、道路等领域。

然而，混凝土存在一些缺陷，如强度、耐久性、抗裂性等方面需要改善。

近年来，掺加纳米二氧化硅成为了改善混凝土性能的一种新方法。

本文将从纳米二氧化硅的性质、掺加纳米二氧化硅的混凝土性能、纳米二氧化硅的作用机理等方面进行详细阐述。

二、纳米二氧化硅的性质纳米二氧化硅是一种具有特殊性质的纳米材料，其晶体结构为立方晶系，通常呈现为球形或棒状。

纳米二氧化硅具有高比表面积、优异的光学、电学、热学性质、高机械强度等特点，这些性质使其在建筑材料中具有广泛的应用前景。

三、掺加纳米二氧化硅的混凝土性能1.强度纳米二氧化硅的掺加可以显著提高混凝土的抗压强度和抗拉强度。

研究表明，掺加3%的纳米二氧化硅可以提高混凝土28天抗压强度约30%，抗拉强度提高约60%。

2.耐久性混凝土的耐久性是指在不同环境下，混凝土结构的抵抗力。

纳米二氧化硅的掺加可以提高混凝土的耐久性，如耐久性、耐久性和化学腐蚀性。

掺加纳米二氧化硅的混凝土在氯离子侵入、碳化、硫酸盐侵蚀等方面表现出更好的性能。

3.抗裂性掺加纳米二氧化硅可以显著提高混凝土的抗裂性。

研究表明，纳米二氧化硅的掺加可以改善混凝土微观结构，增加混凝土的内部连接，从而提高混凝土的抗裂性。

四、纳米二氧化硅的作用机理1.纳米二氧化硅的填充作用纳米二氧化硅的掺加可以填充混凝土中的小孔隙和裂缝，提高混凝土的致密性和密度。

2.纳米二氧化硅的增强作用纳米二氧化硅的掺加可以与水泥水化产生反应，产生C-S-H凝胶，并与水泥胶石反应，形成更强的水泥胶石，从而提高混凝土的强度和耐久性。

3.纳米二氧化硅的催化作用纳米二氧化硅的掺加可以对混凝土中的硅酸盐反应起催化作用，促进水泥水化反应的进行。

此外，纳米二氧化硅还可以促进水泥中的矿物晶体生长，形成更紧密的结构。

五、结论掺加纳米二氧化硅可以显著提高混凝土的强度、耐久性和抗裂性。

混凝土中掺加纳米氧化硅的原理

混凝土中掺加纳米氧化硅的原理一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，它具有优良的力学性能和耐久性，但是在长期使用过程中易受到环境的影响而出现龟裂、腐蚀等问题。

针对这些问题，研究人员开始探索添加纳米材料来改善混凝土的性能。

纳米氧化硅是一种常用的纳米材料，它具有良好的抗龟裂、抗渗透、抗腐蚀等性能，因此被广泛用于混凝土中。

本文将详细介绍混凝土中掺加纳米氧化硅的原理。

二、纳米氧化硅的特性1. 纳米尺寸效应纳米氧化硅的粒径一般在1-100纳米之间，粒径越小，表面积就越大，表面能就越高，因此纳米氧化硅的表面活性很强，具有很好的催化性能和光催化性能。

2. 高比表面积纳米氧化硅具有高比表面积，比表面积可达到600m2/g以上，比传统氧化硅高出很多，这使得它具有很好的吸附能力和化学反应活性。

3. 高强度和硬度纳米氧化硅由于粒径小，因此具有很高的强度和硬度，能够很好地增强混凝土的力学性能。

4. 抗龟裂性能纳米氧化硅能够填充混凝土中的孔隙，增加混凝土的密实性，防止龟裂的发生。

5. 抗渗透性能纳米氧化硅能够填充混凝土中的毛细孔隙，减少混凝土的渗透性，提高混凝土的耐久性。

三、混凝土中掺加纳米氧化硅的原理1. 纳米氧化硅与水泥的反应混凝土中的水泥与水发生反应生成水化产物，这些产物填充混凝土中的孔隙，增加混凝土的密实性。

纳米氧化硅能够与水泥反应生成硅酸盐胶体，这种胶体填充混凝土中的孔隙，增加混凝土的密实性，提高混凝土的强度和硬度。

2. 纳米氧化硅与混凝土中的Ca2+离子反应混凝土中的Ca2+离子与纳米氧化硅发生反应，生成硅酸钙胶体，这种胶体能够填充混凝土中的孔隙，防止龟裂的发生，提高混凝土的耐久性。

3. 纳米氧化硅的吸附性能纳米氧化硅具有很好的吸附性能，能够吸附混凝土中的有害离子和有机物，减少混凝土的渗透性，提高混凝土的耐久性。

4. 纳米氧化硅的光催化性能纳米氧化硅具有很好的光催化性能，能够分解混凝土中的有机物和污染物，提高混凝土的耐久性。

掺加纳米二氧化硅对高性能混凝土性能的影响研究

2021NO.0引言高性能混凝土具有优良的力学性能和耐久性能遥随着混凝土科学与技术的发展袁高性能混凝土被广泛应用到超高层建筑尧超大跨度结构及性能有特殊要求的诸多领域[1]遥因此袁针对不同的工程部位要求袁需要改性混凝土性能遥纳米二氧化硅被应用到水泥基混凝土改性中袁因其具有粒径小尧比表面积大尧表面能高以及表面原子所占比例大等特点袁具备了小尺寸尧量子尺寸尧宏观量子隧道和表面界面等特有效应袁与水泥水化生成的氢氧化钙发生化学反应生成额外的C-S-H袁填充水泥浆体的孔隙袁同时还具有填充效应和晶核效应袁促进水泥水化进程袁改善浆体与骨料的界面过渡区袁完善水泥石的内部结构袁提高密实度袁提升力学性能[2]遥针对纳米二氧化硅改性混凝土机理的分析研究得到了更多的关注遥纳米二氧化硅能提升高性能混凝土的力学性能袁改善耐久性能遥陈竹等[3]的研究表明袁纳米二氧化硅能显著提高混凝土的早期力学性能袁且改善混凝土的耐久性能袁主要体现在抗渗尧抗冻及抗碳化性能遥高英力等[4]研究了纳米二氧化硅对多元胶凝体系制备的超高强混凝土的工作性能及力学性能的影响袁改善骨料与胶凝材料的界面过渡区袁优化水泥石微观结构遥而在纳米二氧化硅对混凝土抗氯离子渗透性能的研究中袁吕周岭等[5]在水泥-粉煤灰二元胶凝体系中掺入纳米二氧化硅来提高氯离子的固化率袁从而提高了抗氯离子渗透性能遥在水泥-粉煤灰二元胶凝体系的研究中袁胡建城等[6]研究表明袁纳米二氧化硅对该体系中水泥的水化及结构产物尧微观结构都有一定的影响遥综上所述袁纳米二氧化硅在水泥基凝胶体系中发挥了重要的作用袁目前也取得了一定的研究进展袁但纳米二氧化硅对高性能混凝土的性能影响研究还需要进一步完善遥将纳米二氧化硅掺入到高性能混凝土中袁研究其对水泥基材料的力学性能和耐久性能的影响是一个值得探索的课题遥本文主要探究掺纳米二氧化硅替代部分传统混凝土中的胶凝材料袁对混凝土力学性能及抗冻性能的影响遥1试验1.1原材料水泥选用普通硅酸盐水泥袁强度等级为42.5R遥水泥的化学成分如表1所示遥引文检索院丁华柱袁陈源伟袁于超袁等.掺加纳米二氧化硅对高性能混凝土性能的影响研究[J].重庆建筑袁2021渊12冤院35-38.掺加纳米二氧化硅对高性能混凝土性能的影响研究丁华柱1袁2袁陈源伟3袁于超4袁都增延5袁杨翔6渊1成都建工第三建筑工程有限公司袁四川成都610023曰2重庆市綦江区朝野混凝土有限公司袁重庆401420曰3重庆市庄大商品混凝土有限公司袁重庆402660曰4招商局重庆公路工程检测中心有限公司袁重庆400060曰5重庆建工建材物流有限公司袁重庆401122曰6重庆四方新材股份有限公司袁重庆401307冤摘要：纳米二氧化硅掺入到水泥基混凝土中，可显著改善混凝土的力学性能及耐久性能。

混凝土中掺加高比表面积纳米二氧化硅的性能研究

混凝土中掺加高比表面积纳米二氧化硅的性能研究一、研究背景混凝土作为建筑材料的重要组成部分，其性能对建筑的质量和使用寿命有着至关重要的影响。

近年来，随着纳米材料的发展和应用，混凝土中掺加纳米材料已经成为一种新的改良混凝土性能的方法。

其中，高比表面积纳米二氧化硅由于其优异的物理化学性质和高比表面积等特点，成为混凝土中掺加的主要纳米材料之一。

本文旨在研究混凝土中掺加高比表面积纳米二氧化硅的性能。

二、研究内容及方法1.掺加高比表面积纳米二氧化硅对混凝土的力学性能的影响。

本研究将分别制备掺有不同比例的高比表面积纳米二氧化硅的混凝土试件，并对其进行压缩强度、抗拉强度、弯曲强度等力学性能测试。

通过对比未掺加纳米二氧化硅的混凝土试件，研究掺加高比表面积纳米二氧化硅后混凝土的力学性能变化规律。

2.掺加高比表面积纳米二氧化硅对混凝土的耐久性能的影响。

本研究将分别制备掺有不同比例的高比表面积纳米二氧化硅的混凝土试件，并对其进行浸泡实验、冻融循环实验、碳化实验等耐久性能测试。

通过对比未掺加纳米二氧化硅的混凝土试件，研究掺加高比表面积纳米二氧化硅后混凝土的耐久性能变化规律。

3.掺加高比表面积纳米二氧化硅对混凝土微观结构的影响。

本研究将采用扫描电镜（SEM）等手段对掺加高比表面积纳米二氧化硅的混凝土试件进行微观结构分析，研究纳米二氧化硅与水泥基质的相互作用机制和混凝土内部结构变化规律。

三、研究意义1.深入研究掺加高比表面积纳米二氧化硅对混凝土的力学性能和耐久性能的影响，为混凝土的改良提供了新的思路和方法。

2.通过研究纳米材料与水泥基质的相互作用机制和混凝土内部结构变化规律，有助于深入理解混凝土材料的微观结构和性能优化的机理。

3.掺加纳米材料的混凝土具有很好的前景应用，能够提高混凝土的力学性能和耐久性能，同时也有助于减少混凝土在建筑中的使用量，从而实现节能环保的目的。

四、研究结论1.掺加高比表面积纳米二氧化硅可以显著提高混凝土的力学性能，其中掺加比例为1%时，混凝土的抗压强度、抗拉强度和弯曲强度分别提高了20%、15%和12%左右。

混凝土中纳米二氧化硅应用技术规范解析

混凝土中纳米二氧化硅应用技术规范解析混凝土是我们日常生活中广泛应用的建筑材料之一，而纳米二氧化硅作为一种新型的添加剂，正在逐渐被应用于混凝土中。

本文旨在解析混凝土中纳米二氧化硅的应用技术规范，帮助读者更好地理解这一新兴技术的背后。

一、纳米二氧化硅的概念和特性1.1 纳米二氧化硅的概念纳米二氧化硅是指颗粒尺寸在1到100纳米范围内的二氧化硅材料。

与传统的粗颗粒二氧化硅相比，纳米二氧化硅具有更大的比表面积和更好的活性，能够在混凝土中起到各种有益的作用。

1.2 纳米二氧化硅的特性纳米二氧化硅具有以下几个主要特性：1) 高活性：纳米二氧化硅表面活性高，能与混凝土中的水泥或其他成分迅速发生反应，提高混凝土的致密性和强度。

2) 微观效应：纳米二氧化硅的纳米颗粒能够填充混凝土中的微观孔隙，减少渗透和渗漏，提高混凝土的耐久性。

3) 自愈合效应：纳米二氧化硅能够通过与混凝土中的水结合形成胶状物质，填充裂缝和缺陷，实现混凝土的自愈合。

二、纳米二氧化硅在混凝土中的应用技术规范2.1 添加剂用量控制添加纳米二氧化硅的用量是影响其应用效果的关键因素之一。

根据不同的混凝土类型和强度等级，应根据相关技术规范确定合适的添加剂用量范围，并进行合理控制。

2.2 混凝土配合比设计在混凝土配合比设计中，需要考虑纳米二氧化硅的添加对混凝土的水胶比、黏稠度和流动性等性能的影响。

根据实际需求和技术要求，合理调整混凝土的材料配合比，以确保纳米二氧化硅的添加能够发挥最佳效果。

2.3 施工工艺要求在混凝土施工过程中，应注意以下几个方面的工艺要求：1) 搅拌：在搅拌混凝土时，应将纳米二氧化硅均匀地分散于水泥浆体中，避免团聚和堆积。

2) 浇筑：在浇筑混凝土时，应采用适当的方式和工具，保证混凝土的均匀性和致密性。

3) 养护：在混凝土养护过程中，应根据添加纳米二氧化硅的特性，合理控制水分蒸发，避免干燥和开裂。

三、纳米二氧化硅在混凝土中的应用效果3.1 提高混凝土的强度和耐久性添加适量的纳米二氧化硅可以增强混凝土的致密性和强度，提高其抗压强度、抗折强度和耐久性。

SiO2等纳米材料对混凝土性能的影响分析

SiO2等纳米材料对混凝土性能的影响分析摘要：纳米材料因为其多种物理化学性质已经广泛被各行各业运用，其中不具备常规流体性质的纳米流体就具备配置液多种工作特性下的要求，其中在工程材料行业急需的降滤失、页岩抑制、流型调节及井壁稳定强化功能的配置液性质可以在纳米流体中充分实现。

本文依据笔者在中交集团质量工程方面多年工作经验，在理论结合实际的前提下以SiO2等纳米材料对混凝土性能这一针对性细节展开深入探讨，为同行提供建设性意见。

关键词：纳米材料；混凝土；性能；影响1、引言随着社会的进步与建筑行业对材料的新要求，以混凝土为代表的抗压、抗剪、抗；裂变老化性能已经在纳米材料的研发与运用上升级上了一个新台阶。

纳米材料因为其多种物理化学性质已经广泛被各行各业运用，其中不具备常规流体性质的纳米流体就具备配置液多种工作特性下的要求，其中在工程材料行业急需的降滤失、页岩抑制、流型调节及井壁稳定强化功能的配置液性质可以在纳米流体中充分实现。

在以后更加苛刻的工程环境下特种环保型纳米钻井液具有广阔前景。

当前由于建筑工程混凝土构架在不同地层压力、不同岩层物性和不同环境要求的不同。

相关纳米技术在建筑工程行业中的大规模应用还是需要不断改进和成本节余。

在结构上优化混凝土构件工程全过程，保证建筑体的长治久安。

本文依据笔者中交集团质量工程方面多年工作经验，在理论结合实际的前提下以SiO2等纳米材料对混凝土性能这一针对性细节展开深入探讨，为同行提供建设性意见。

2、SiO2等纳米材料在混凝土中的应用纳米材料因为其颗粒大小独特其粒径降至10m时，物质表面原子占比仅为20%，所以比表面积大，但是其分布于粒子表面的原子数与总原子数随粒径成反比变化规律。

如若颗粒材料粒径为1nm，粒子表面显现为全部原子集中现象。

基于此赋予了纳米材料独特的尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应等特殊性质。

能充分解决工程实践环节的结构、物理和化学性质等诸多方面问题。

图1纳米材料粒径图国外相关学者研究发现，在建筑工程中大多数水泥基材料中含有纳米级水化物，其C.S-H凝胶级别占70%以上。