納米SiO2 對水泥混凝土力學性能影響研究

蔣方聽 敖清文 楊 柳 葉 晨

(貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司， 貴州 貴陽 550014)

0 前言

近幾年來，水泥混凝土路面在國內道路建設應用較為廣泛。目前普通水泥混凝土路面已經無法滿足路用性能的要求，因此對于水泥混凝土路面改性研究，顯得迫切重要。

納米SiO2作為水泥混凝土的一種優良外摻材料，逐漸應用在水泥混凝土中。目前，國內較多的研究學者開展了納米SiO2材料對水泥混凝土的改性機理和增強效果研究。比如西南科技大學的徐子芳[1]，提出納米SiO2材料對水泥的初凝和終凝時間均產生一定的影響。但大都研究學者只是研究了納米SiO2材料在某一特定添加劑量下，對試件的性能作用效果。不同摻量且不同養護時間的納米SiO2材料改性機理及改性效果研究很少。本課題旨在研究國內常用的納米SiO2材料，在不同摻量下，對普通水泥混凝土的改性效果和機理。

1 試驗方案及原材料技術指標

1.1 試驗組織方案

本文旨在研究納米SiO2材料，在摻量分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%條件下，對水泥混凝土的改性機理及效果。

為使得SiO2材料在混合料內部分布均勻，現將SiO2材料和水泥一起干拌90s，再加入水進行制備攪拌均勻。根據工程經驗，本研究采用配合比為砂：水泥：碎石：水= 1.56：1：5.12：0.55。

2 試驗結果及分析

2.1 抗壓性能試驗結果與分析

為研究SiO2材料，對試件抗壓性能的改性機理和效果。根據規范[2]要求，本實驗主要器材為萬能壓力機，試件采用圓柱形試件。試件大小為直徑×高=150mm×300mm，加載速度為0.7MPa/s。試件養護3d、7d 和28d 后，進行抗壓強度測試。試件抗壓強度測試結果見圖1。

圖1 抗壓強度測試圖

由圖1 可知，添加SiO2材料試件的抗壓強度，均相比于無添加SiO2材料試件的有所提升。這表明本研究采用的SiO2在一定程度上提高了試件的抗壓性能。當納米SiO2摻量為0.5%時，其試件3d 強度相比于未添加納米SiO2的試件提高了21.3%，其試件7d 強度相比于未添加納米SiO2的試件提高了6.1%，其試件28d 強度相比于未添加納米SiO2的試件提高了0.4%。由此可知，本研究采用的SiO2材料，對提高試件的初期抗壓強度效果較為明顯，對提高試件最終抗壓強度效果不明顯。當SiO2材料摻量在1.5%時，其試件強度的提升效果已經達到較為理想水平，繼續增加納米SiO2材料的摻量，對試件強度的提升效果明顯降低。因此，本研究采用的納米SiO2材料在其摻量為1.5%，能夠取得較好的初期抗壓強度和經濟效益。

在一定SiO2材料摻量下，其試件的初期抗壓強度有所提升，后期強度提升效果較弱。分析認為納米SiO2與水泥水化產物Ca(OH)2進行反應，產生C-S-H 凝膠，因此試件初期強度得以提高。由于納米SiO2比表面積較大，會吸附較多的表面水，使其試件內部水分減少，導致試件后期水化反應開始降低，因此試件后期強度提升效果不明顯。

2.2 彎拉性能試驗結果與分析

為研究納米SiO2材料，在不同摻量條件下，對普通水泥混凝土試件抗彎拉性能的作用效果。按照規范[2]要求，進行抗彎拉強度試驗。試驗采用三分點處雙點加載裝置，試件大小為150mm×150mm×450mm。試件養護28d 后，放在試驗機上以0.08MPa/s 的加載頻率進行試驗。試驗結果如圖2 所示：

圖2 試件彎拉強度測試圖

有圖2 可知，添加SiO2材料試件的抗折強度，相比于無添加SiO2材料試件的有所提升。這表明本研究采用的SiO2在一定程度上提高了試件的抗折性能。當SiO2摻量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%時，其試件28d 抗折強度相比于未添加納米SiO2的試件分別提高了3.5%、7.6%、12.1%、11.8%和11.6%。由此可知，本研究采用的SiO2材料，對提高其抗折強度效果較抗壓強度效果弱。當SiO2材料摻量在1.5%時，其試件抗折強度的提升效果已經達到較為理想水平。當繼續增加納米SiO2劑量時，其抗折強度的提升效果開始降低。因此，本研究采用的納米SiO2材料在其摻量為1.5%時，能夠取得較好的抗折強度。

在一定納米SiO2材料摻量下，其試件的抗折強度有所提升，當其摻量大于1.5%時，試件提高抗折性能開始減弱。其原理與上述納米SiO2材料提升抗壓強度的原理一致。

3 結論

本文選取了納米SiO2材料，在不同摻量條件下，通過抗壓試驗和抗折試驗，對比分析了其試件的力學性能。得出以下結論：

（1）研究采用的納米SiO2材料，能夠有效提高試件抗壓、抗折性能，且對提高試件的初期抗壓強度效果較為明顯，對后期強度提升效果較弱。

（3）研究采用的納米SiO2材料，對提高試件抗壓強度的效果優于提高試件抗折效果。

（4）在納米SiO2材料摻量為1.5%時，其抗壓性能和抗折性能能夠達到較為理想的效果。當納米SiO2材料添加過多時，對其試件的抗壓和抗折性能影響均開始減小。