微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土基本力學(xué)性能對比試驗研究

崔云　楊帥　王印　方偉

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司華東分院　南京　210023）

微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土基本力學(xué)性能對比試驗研究

崔云楊帥王印方偉

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司華東分院南京210023）

本文以摻量為6％的補償收縮混凝土為基準配比，通過試驗，在其中摻加微硅粉和納米SiO2，研究這兩種礦物摻合料對補償收縮混凝土的抗壓及劈裂抗拉強度的影響。分析得出：兩種礦物摻合料對補償收縮混凝土都能起到增強其抗壓及劈裂抗拉強度的作用，且在抗壓強度方面，其增強及早強效果尤為明顯。

納米SiO2；微硅粉；抗壓強度；劈裂抗拉強度

1　引言

在很多市政工程、或地下防水工程中，混凝土結(jié)構(gòu)表面的微細裂紋會導(dǎo)致水的滲入，接觸到其內(nèi)部的鋼筋，從而使得鋼筋氧化，發(fā)生銹蝕，從而縮短整個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的使用壽命。目前我國工程界在解決混凝土裂縫問題的主要措施就是摻加微細高活性礦物摻合料，尤其是硅粉類材料在混凝土中應(yīng)用廣泛，本文根據(jù)大量的基礎(chǔ)實驗研究[1]，以膨脹劑等量取代膠凝材料6％的補償收縮混凝土為基體，在其中分別摻加摻量為1.2％的納米SiO2和微硅粉進行相同配比、相同養(yǎng)護條件7d和28d齡期下，抗壓及劈裂抗拉強度試驗分析和機理探討。

2　微硅粉與納米SiO2對混凝土物理性能的影響

由于微硅粉和納米SiO2的粒徑都較小，納米SiO2的粒徑甚至達到了納米級，比表面積都很大，加上兩種材料對水的親和力都非常高，從而導(dǎo)致在混凝土制備過程中，一方面在混凝土流動性不變的前提下，其用水量會相應(yīng)加大；另一方面，兩種材料中的SiO2顆粒會吸附大量的游離水分子，使其變成吸附水分子，游離水的減少，會很明顯的降低混凝土的泌水現(xiàn)象。

3　微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土抗壓強度對比試驗分析

三種混凝土相同配合比、相同養(yǎng)護條件下，7d及28d齡期的抗壓強度試驗結(jié)果見表1。

表1　微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土抗壓強度試驗結(jié)果

從表1中可以得出：摻入微硅粉，其7d及28d齡期下的抗壓強度都會出現(xiàn)一定程度的提高，與未摻時相比，7d抗壓強度可提高4.4％，28d抗壓強度可以提高2.1％；而摻加納米SiO2之后，與相同的齡期和養(yǎng)護條件下的微硅粉補償收縮混凝土想比，其混凝土的抗壓強度提高得更加明顯，與基準混凝土相比，其7d抗壓強度可提高24.8％，28d抗壓強度則提高了9.4％。

通過對數(shù)據(jù)的對比分析，不難看出，摻加微硅粉，其7d抗壓強度可以達到28d的64.3％，與基準配比混凝土相比，提高了1.5％；摻加納米SiO2，其7d抗壓強度則可以達到28d的71.7％，提高約9％，提高幅度較大。這說明摻入納米SiO2之后，其不僅能對基準配比混凝土的抗壓強度起到明顯增強作用，而且還起到了非常顯著的早強效果。

4　微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土抗拉強度對比試驗分析

三種混凝土相同配合比、相同養(yǎng)護條件下，7d及28d齡期的劈裂抗拉強度試驗結(jié)果見表2。

表2　微硅粉與納米SiO2增強補償收縮混凝土劈裂抗拉強度試驗結(jié)果

摻入微硅粉，與基準配比混凝土相比，7d劈裂抗拉強度可提高4.1％，28d劈裂抗拉強度提高了4.3％；而摻入納米SiO2后，與基準配比混凝土相比，7d抗拉強度可提高6.7％，28d抗拉強度則提高了5.6％，這說明：摻加1.2％的納米SiO2，其對補償收縮混凝土抗拉強度的增強效果優(yōu)于微硅粉。

經(jīng)過計算可知，摻加微硅粉和納米SiO2，其對應(yīng)混凝土在劈裂抗拉強度方面的早強作用，并不像其在抗壓強度方面那樣顯著，幾乎不起早強作用。

5　機理探討

是什么原因?qū)е聯(lián)郊蛹{米SiO2之后，其混凝土表現(xiàn)出來的的增強和早強效果要比相同摻量、相同配合比、相同養(yǎng)護條件、相同齡期下的微硅粉更加顯著呢？首先，微硅粉在混凝土中表現(xiàn)出來的增強和早強效果是由于其火山灰效應(yīng)及填充效應(yīng)[2]，而其機理歸根結(jié)底由于其中的微米級SiO2產(chǎn)生的，所以微硅粉中SiO2的含量和細度是其主要的質(zhì)量指標，SiO2的含量越高，細度越小，其活性就越大，微硅粉對混凝土的增強和早強效果也就越明顯。而納米SiO2與微硅粉相比，其粒徑達到納米級，其比表面積也就更大，表面效應(yīng)更顯著，在其表面原子配位嚴重不足的情況下，將會導(dǎo)致大量的懸鍵和不飽和鍵，使之處于較大的熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)，表面較高的活性，使得其非常容易與其它原子相結(jié)合，不斷催化Ca（OH）2的消耗，火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)更加明顯。

6　結(jié)論

（1）在補償收縮混凝土中分別摻加微硅粉和納米SiO2，都能增強混凝土的抗壓及劈裂抗拉強度，且在抗壓方面，其早強效果明顯。相同摻量、相同配合比、相同養(yǎng)護條件、相同齡期下的納米SiO2比微硅粉的增強和早強效果更明顯，摻入納米SiO2，其混凝土7d和28d齡期下抗壓強度分別可提高24.8％和9.4％。

（2）目前微硅粉在防滲抗裂混凝土中被廣泛采用，而納米SiO2相對昂貴，應(yīng)用較少，需要不斷深入地優(yōu)化納米級材料的制備方法，降低其制備成本，才能使其優(yōu)良的材料性能在高性能混凝土中得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]崔朋勃.膨脹劑對噴射補償收縮鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2010，5（10）：45～47.

[2]蒲心誠，王勇威.高效活性礦物摻料與混凝土的高性能化[J].混凝土，2002（2）：3～6.

TU528

A

1673-0038（2015）27-0140-02

2015-6-22