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濟和社會發展產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，可產生很好的效果。因此，必須加強納米粉體對水泥水化產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。經過翻閱國內外相關資料[1]，發現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，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。