納米二氧化硅與硅灰復摻對水泥凈漿的改性研究

1．引言

納米技術是對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響的一種關鍵性前沿技術，利用微納米粉體技術改性水泥漿體，可產(chǎn)生很好的效果。因此，必須加強納米粉體對水泥水化產(chǎn)物之間的相互作用機理的研究，為水泥基材料的高性能、多功能、智能化及超耐久性打下扎實的基礎。經(jīng)過翻閱國內(nèi)外相關資料[1]，發(fā)現(xiàn)不具有火山灰活性的納米粉體對水泥漿體性能的影響非常顯著，納米級SiO2對水泥基材料的作用尤其明顯，本文對納米級SiO2對水泥凈漿的改性機理進行研究。期望能通過添加納米級微粉進一步改善水泥漿體的性能，為拓寬納米材料在水泥基材料領域開展的應用打下良好的基礎[2]。

2.實驗部分

2.1原料

1) 水泥(C):：P·I 42.5 普通硅酸鹽水泥，亞泰鼎鹿牌，其各項性能技術指標均滿足國家標準要求，其中，初凝時間為2 : 27，終凝時間為3 ：14。

2) 納米SiO2：自制，平均尺寸30 nm，比表面積171 m2/g，密度0.5 g /cm3。

3) 硅灰：市場購買。

2.2納米粒子表面改性..

由于無機納米材料本身的極性和顆粒細微化，具有極大的比表面積和較高的比表面能，使它們易團聚，不易在有機介質(zhì)中分散，與聚合物配伍性能差,

直接應用影響納米粒子的實際作用。為了降低納米材料的表面極性，提高納米粒子在有機介質(zhì)中的分散能力和親和力[3]，擴大納米材料應用范圍，需要對納米粒子進行表面改性[4] 。為了提高納米SiO2的分散性，先取一定量納米SiO2置于盛有水和無機分散劑的燒杯中，用超聲波分散25 min 制得懸浮液。

2.3實驗方案

實驗方案如表一所示，P部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同百分含量單摻納米SiO2粉體；O部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同百分含量單摻納米硅灰粉體；S部分：在普通硅酸鹽水泥中按不同質(zhì)量百分比復摻納米SiO2粉體及硅灰，并保持其總量為50g。對上述水泥凈漿進行凝結時間的測試，以觀察三個體系凝結時間的變化情況，對水泥硬化漿體抗壓與抗折強度實驗結果進行分析，找出最佳納米二氧化硅與硅灰的摻量，并分析二者對水泥水化歷程影響的原因。按GB/T1346一2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間和安定性檢驗方法》測定改性水泥凈漿的凝結時間。抗壓、抗折強度參照 GB/T 17671—99《水泥膠砂強度檢驗方法》進行測試。

表1改性水泥漿體配比方案表

3 實驗結果與分析

3.1 改性水泥凈漿凝結時間的測定與分析

對改性水泥凈漿凝結時間進行了測定，得到結果如表2所示。

表 2 改性水泥凈漿凝結時間及水泥硬化漿體抗壓/抗折強度

表2結果可知，納米SiO2粉體的加入使水泥凈漿的初凝時間、終凝時間以及初終凝時間差都明顯縮短，且納米SiO2粉體摻量越多，對凝結時間的影響越顯著。這是由于無定型納米SiO2所特有的“表面效應”[8尺寸小、表面能較高，位于表面原子占相當大的比例，加速了水泥水化反應速度。對于單摻10%硅灰的試樣，水泥漿體的初凝時間和終凝時間都有所增加，說明硅灰對水泥凈漿的凝結有一定的抑制作用。S體系在納米級SiO2粉體與硅灰在水泥凈漿雙摻總量保持10%不變時，納米SiO2摻量為3%以內(nèi)，隨SiO2摻量增加，終凝效果增加很多，而由3%增至5%，則終凝效果增加較少。

3.2 水泥硬化漿體抗壓與抗折強度分析

水泥硬化漿體抗壓與抗折強度實驗結果如表2所示。

表2結果可知：P體系當中隨著納米SiO2摻入量的增加,試件抗壓、抗折強度和壓折比較空白試件均有所降低。Q體系單摻5%和10%硅灰的水泥硬化漿體28d抗壓強度和抗折強度均高于空白試件，且隨硅灰摻入量增加而明顯提高，壓折比變化不大。S體系可以看出納米SiO2和硅灰雙摻時，隨納米SiO2摻量減少，硅灰摻量增加，強度明顯提高，壓折比有所提高，但均低于空白試件。當雙摻總量為10%，納米SiO2摻量為1%時，試件各項強度均最高，

4.結論

（1）納米SiO2粉體的加入使水泥凈漿的初凝時間、終凝時間以及初終凝時間差都明顯縮短，且納米SiO2:粉體摻量越多，對凝結時間的影響越顯著。

(2) 隨著納米SiO2摻量增加,試件強度及壓折比較空白試件均有所降低，而雙摻納米SiO2和硅灰時強度均有所提高，當雙摻總量為10%，納米SiO2摻量為1%時為最佳復摻量。

（3）單摻納米SiO2時，壓折比有明顯降低，復摻納米SiO2和硅灰時壓折比有所降低。