纳米SiO2对混凝土性能影响的研究进展

混凝土是土木工程中使用最为广泛的材料之一,当今普通混凝土已无法完全满足超限建筑业的需求,因此高性能纳米SiO₂改性混凝土应运而生。为更好地了解纳米SiO₂改性混凝土的各项性能,对其和易性、凝结时间、抗压强度和抗氯离子渗透性的研究进行了回顾和总结。相关研究表明：在混凝土中添加适量纳米SiO₂,可有效提高混凝土的抗压强度,且对早期抗压强度的影响大于后期的影响,但纳米SiO₂含量过高会使混凝土的抗压强度下降;适量的纳米SiO₂,还可以有效填充混凝土中的孔隙,改善其微观结构,提高混凝土的抗氯离子渗透性;然而,混凝土中掺入纳米SiO₂,会缩短其初凝时间和终凝时间,同时也会大幅影响混凝土的和易性,使之不利于长距离输送,增加施工难度。     

纳米SiO2对高性能混凝土力学性能的影响

在混凝土中掺入纳米SiO2制备高性能混凝土,测试其力学性能。结果表明,对于同一种的混凝土,掺不同量的纳米SiO2后均能不同程度地提高混凝土的抗压强度,其中当纳米SiO2掺量为3%时,7 d龄期的混凝土抗压强度增强效果明显,较基准混凝土提高8.4%。     

纳米SiO2和粉煤灰复掺对再生混凝土性能的影响

使用质量取代法研究粉煤灰和纳米SiO₂单掺及复掺对再生混凝土(RAC)工作性能、抗压强度(7,28,90 d)、抗折强度(28 d)和劈裂抗拉强度(28 d)的影响。浇筑试样时,基于现有的搅拌方式,提出了新的两阶段搅拌法,先将再生粗骨料和纳米SiO₂、附加水进行搅拌,使得部分纳米SiO₂颗粒能够被再生粗骨料吸收,用于填补老砂浆孔隙和微裂缝。结果表明:随着纳米SiO₂掺量增加,再生混凝土的坍落度逐渐减小,复掺粉煤灰能够减少纳米SiO₂引起的坍落度损失; 粉煤灰掺量不变的情况下,再生混凝土抗压、抗折和劈裂抗拉强度随着纳米SiO₂掺量的增加而增加; 复掺纳米SiO₂和粉煤灰不但能够补偿再生混凝土由粉煤灰引起的早期强度降低,而且90 d龄期抗压强度明显高于2种材料单掺的再生混凝土; 纳米SiO₂掺量(质量分数)为1%时,再生混凝土在90 d龄期的抗压强度相对再生混凝土提高了3.0 MPa; 复掺纳米SiO₂和粉煤灰对再生混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度也有显著提升,S2F30的抗折强度相对于F30增加了24.17%,且劈裂抗拉强度高于2种材料单掺的再生混凝土,相对于F30提高了12.68%。     

纳米SiO2对掺污泥焚烧灰水泥胶砂性能的影响

研究了纳米SiO₂对污泥焚烧灰-水泥复合胶凝体系性能的影响,并对其水化程度进行了分析。结果表明:随着污泥焚烧灰掺量的增加,复合胶凝体系的标准稠度用水量增加、凝结时间延长,水泥胶砂流动度降低、抗压和抗折强度降低;纳米SiO₂的掺入在一定程度上缩短了复合胶凝体系的凝结时间,提高了水泥胶砂的强度,但对工作性不利;掺入纳米SiO₂后,复合胶凝体系7 d内的化学结合水生成量和生成速率较高,纳米SiO₂对复合胶凝体系早期水化影响较大。     

纳米SiO2-CaCO3对珊瑚海水混凝土力学性能影响试验研究

对混掺纳米SiO₂-CaCO₃的珊瑚海水混凝土进行了静态抗压强度、静态劈裂抗拉强度和动态压缩性能试验,得到了纳米SiO₂-CaCO₃对珊瑚海水混凝土力学性能的影响规律。结果表明：混掺纳米材料比单掺纳米材料对提升珊瑚海水混凝土力学性能效果更佳;纳米SiO₂-CaCO₃掺量为2%、混掺比为1∶2时,珊瑚海水混凝土的静态抗压强度、静态劈裂抗拉强度提升幅度最大,分别较基准组提高了27.15%、21.34%,动态压缩性能试验结果与静态抗压强度试验结果较为一致;掺量过大时珊瑚海水混凝土的力学性能会下降,甚至出现负效应。     

改性纳米SiO2有机成膜涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

为了研究改性纳米SiO_2有机成膜涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。选择氯化橡胶(CR)、丙烯酸(AA)、醇酸磁漆(AR)三种有机成膜涂料,制备出了6种改性和未改性纳米SiO_2有机成膜复合涂层混凝土,并采用电通量方法对涂层混凝土进行抗氯离子渗透能力测试。试验结果表明:在不同涂层材料中掺入未改性纳米SiO_2的掺量为1%、2%以及改性纳米SiO_2的掺量为2%、3%时,成膜复合涂层混凝土的抗氯离子渗透性能最好,且改性比未改性纳米SiO_2的改善效果要好。接触角测试结果表明:涂层混凝土的抗氯离子渗透能力与涂层的疏水能力之间存在正相关关系,即表面涂层的疏水性能越强,涂层混凝土的抗氯离子渗透性能越好。     

纳米SiO2、纳米TiO2和纳米CaCO3对水泥基材料早期性能的影响

采用纳米SiO₂、纳米TiO₂和纳米CaCO₃分别替代部分水泥,研究了3种不同类型的纳米颗粒对水泥基材料流变性能、早期水化过程、早期强度和微观特性的影响。通过压汞孔隙度测定法(MIP)、热重分析仪(TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察纳米材料对水泥基材料早期微观结构及形貌的影响。探讨了3种纳米颗粒在改善水泥混凝土材料早期强度方面的差异。结果表明,纳米材料的填充效应、火山灰活性、成核效应,纳米尺寸效应及分散性等对水泥混凝土材料的早期力学性能有显著影响。     

纳米SiO2对橡胶混凝土断裂行为的影响

为改善橡胶混凝土的力学性能,以纳米SiO₂为改性剂,研究了纳米SiO₂增强橡胶混凝土的断裂行为,采用数字图像相关方法,分析了纳米SiO₂增强橡胶混凝土断裂性能,并结合微观结构分析探讨了其增强机理.结果表明：纳米SiO₂的掺入对橡胶混凝土的断裂性能和强度提高效果显著;纳米SiO₂与橡胶的协同作用提高了混凝土裂缝扩展稳定性,延长了断裂过程起裂到失稳的时间;纳米SiO₂对橡胶混凝土断裂性能的提升归结于其对水泥基质的改善,从而提高了混凝土的承载能力.     

利用纳米SiO2改善常温养护的地聚合物再生混凝土性能研究

为促进我国建筑业可持续发展和实现双碳减排目标,地聚合物混凝土及再生骨料利用推广亟待得到深入研究。传统粉煤灰基地聚合物混凝土需要热养护,限制其在工程场合下的应用。利用纳米SiO₂改善常温养护的地聚合物再生混凝土,对比了不同纳米SiO₂掺量下的混凝土工作性、无侧限抗压强度、抗裂性能及微观结构变化。结果表明,纳米SiO₂对粉煤灰基地聚合物再生混凝土的早期强度提升更为明显,其为聚合反应提供了硅组分且起到了填充作用,使实际体系内的三维网状胶凝结构更加密实,但过量的纳米SiO₂会导致基体过度脱水和裂纹生成。     

溶胶型纳米SiO2和减水剂对粉煤灰-矿渣地聚物性能的影响

地聚物是一种有望替代普通硅酸盐水泥以降低土木工程行业碳排放的新型绿色环保胶凝材料。然而,粉煤灰-矿渣地聚物存在流动性差、干燥收缩大等问题,限制了其在工程领域的进一步推广应用。因此,通过试验研究了复掺减水剂和溶胶型纳米SiO₂对粉煤灰-矿渣地聚物工作性能、干燥收缩和抗压强度的影响,并分析了相关机理。试验结果表明,对于粉煤灰-矿渣质量比为7∶3的体系,与未掺加溶胶型纳米SiO₂和减水剂的粉煤灰-矿渣地聚物相比,当溶胶型纳米SiO₂和减水剂掺量分别为0.2%和1.0%时,粉煤灰-矿渣地聚物流动度从176 mm增大至198 mm,27 d干燥收缩降低了31.2%,3、7、28 d抗压强度分别提高了52.2%、24.5%、32.3%;溶胶型纳米SiO₂和减水剂复掺增加了参与反应的活性硅源,形成了更多的N-A-S-H和C-(A)-S-H凝胶产物,使得硬化后材料的结构更加致密。该研究可为粉煤灰-矿渣地聚物的进一步研究和应用提供参考。     

纳米SiO2和PVA纤维增强再生混凝土力学性能与抗冲击性能研究

研究了纳米SiO₂和PVA纤维掺量及掺入方式对再生混凝土(RAC)力学性能与抗冲击性能的影响。结果表明:掺入纳米SiO₂和PVA纤维均可以显著提高RAC的抗冲击性能;当混掺0.075%的PVA纤维与1.0%纳米SiO₂时,RAC抗压强度与抗冲击性能的提高幅度最显著。     

考虑钢筋锈蚀的纳米SiO2强化再生骨料混凝土梁受力性能研究

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,分别考虑强化液中纳米SiO₂掺量、再生粗骨料取代率的影响,设计制作了1根普通混凝土基准梁和8根再生骨料混凝土矩形截面梁,采用内置近距离小阴极的方法对梁内受力钢筋进行通电非均匀加速锈蚀,待受拉主筋锈蚀到一定程度后进行四点受弯加载,对加载过程中的裂缝开展情况、荷载-挠度曲线以及极限承载力进行了记录及分析。考虑钢筋锈蚀率及再生骨料取代率等因素的影响,对锈胀开裂之后的再生骨料混凝土梁的承载力计算公式进行了修正,得出了可用于设计的受弯承载力计算公式。结果表明:相同锈蚀程度下,强化再生骨料混凝土梁的抗弯承载力比天然骨料混凝土有所降低,其中25%再生骨料取代率时承载性能退化较多,抗弯承载力下降19.3%; 混凝土裂缝开展趋势较为一致,最大裂缝宽度随钢筋锈蚀程度增加而增大,随纳米SiO₂掺量增加先减小后增大; 近距离小阴极通电可实现混凝土内钢筋的加速非均匀锈蚀; 所提出的方法及获得的结论有助于推动再生骨料混凝土在沿海等不利环境中的应用。     

补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土抗冲击性能试验与分析

通过正交试验研究单掺纳米SiO2、单掺钢纤维以及双掺纳米SiO2与钢纤维对补偿收缩混凝土抗冲击韧性的影响。根据美国ACI544委员会推荐的试验方法,采用自行设计的自由落锤冲击试验装置。研究表明,单掺钢纤维会明显增强补偿收缩混凝土的抗冲击韧性,双掺纳米SiO2和钢纤维后,抗冲击韧性增强效果更佳。与未掺纳米SiO2相比,钢纤维掺量为0.8%、1.2%、1.6%时,抗冲击能量差最大分别可提高31.9%、24.5%和33.7%,钢纤维掺量不超过1.2%时,纳米SiO2的最佳掺量是0.6%。     

纳米SiO2增强高强套筒灌浆料及高温后性能试验研究

研究了常温下不同纳米SiO₂(NS)掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)对高强套筒灌浆料流动度和强度的影响,以及不同高温温度(150、200、250℃)下NS掺量对高强套筒灌浆料质量损失和强度的影响,并进行了微观机理分析。结果表明：常温下,NS的掺入降低了灌浆料的流动度,灌浆料的强度随NS掺量的增加先增大后降低;高温后,灌浆料的质量损失率随温度的升高逐渐增大,抗折强度逐渐降低,抗压强度先增大后降低;NS的掺入能够降低灌浆料的质量损失率和抗折强度损失率,提高抗压强度,且随着NS掺量的增加,质量损失率和抗折强度损失率先降低后增大;NS能够改善灌浆料的内部孔结构;随着温度的升高,灌浆料的内部结构先密实后疏松。     

掺纳米SiO2和掺硅粉高强混凝土性能的比较

对掺纳米SiO2和掺硅粉高强混凝土性能进行了研究，同时应用XRD和SEM对纳米SiO2、硅粉与水泥硬化浆体／大理石界面中氢氧化钙的反应程度进行了探讨。结果表明，掺入1％～3％纳米SiO2能显著提高混凝土的抗折强度、提高混凝土早期抗压强度和劈裂抗拉强度。掺3％纳米SiO2的混凝土，与掺10％硅粉的混凝土相比，其抗折强度约提高4％～6％，而与不掺硅粉的混凝土相比，其抗折强度约提高31％～57％。在3％相同掺量的条件下，与硅粉比较，纳米SiO2能更有效地吸收水泥硬化浆体／大理石界面中所富集的氢氧化钙，更有效地细化界面中的氢氧化钙晶粒，从而起到改善界面的积极作用。     

矿物掺合料对混凝土抗压强度和氯离子渗透性能的影响

就单掺粉煤灰、单掺矿渣微粉,以及复掺粉煤灰与矿渣微粉对混凝土抗压强度和氯离子渗透性能的影响进行了试验研究。结果表明,粉煤灰和矿渣微粉明显降低了混凝土的早期抗压强度,但后期强度发展良好,而两者复掺更有利于后期强度的增长;粉煤灰和矿渣微粉都不同程度的降低了混凝土的氯离子扩散系数,随着龄期的延长,矿物掺合料提高混凝土抗氯离子渗透性能的能力越显著。     

再生粗骨料含水状态对混凝土性能的影响

研究了再生粗骨料含水状态(绝干、气干及饱和面干)对新拌混凝土流变性能的影响规律,同时对其早期力学性能和耐久性能进行了测试.结果 表明:再生粗骨料的含水状态对新拌混凝土流变性能影响较大,拌和物中自由水的含量虽然对新拌混凝土的动态屈服应力影响不大,但会显著影响其静态屈服应力和塑性黏度;相对于其他2种含水状态,气干状态下的再...     

大掺量石灰石粉对混凝土性能的影响

研究了石灰石粉的掺量（0、12%、18%、24%、28%、32%）对混凝土工作性、力学性能和抗碳化性能的影响。结果表明：石灰石粉的掺入对混凝土的7 d抗压强度不利,但复掺适量粉煤灰和石灰石粉可提高混凝土的14 d、28 d和130 d抗压强度;混凝土的碳化深度随着碳化时间的增加而增大,复掺适量的粉煤灰和石灰石粉,同时适当延长养护龄期,可保证混凝土的抗碳化性能基本不变,甚至提高,建议石灰石粉的掺量不超过18%。     

纳米SiO2改性聚合物水泥砂浆力学性能及干缩性能研究

研究了不同掺量的纳米SiO₂对改性聚合物水泥砂浆力学性能的影响规律,用掺量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%纳米SiO₂对改性聚合物水泥砂浆的力学性能(抗压强度、抗折强度)、养护条件和干缩性能进行了评价。试验表明,与聚合物水泥砂浆相比,纳米SiO₂的加入有效改善了砂浆的力学性能,但增加了砂浆的干缩性。1.5%掺量下的纳米SiO₂可使聚合物水泥砂浆达到最佳的力学性能。对于养护条件的研究表明,早期干燥养护对砂浆力学影响较大,后期干湿循环更有利于砂浆的养护。     

粉煤灰掺量对混凝土的抗碳化性能的影响

本文研究了不同掺量的粉煤灰对混凝土抗碳化性能的影响,试验结果表明,掺入一定量的粉煤灰后,混凝土的抗碳化性能有所下降,随着粉煤灰掺量的增大,混凝土的抗碳化深度越大,碳化速度越快。