纳米SiO2改性补偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后压拉性能分析.pdf

2 0 1 3年第 l 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CONC RET E AND CE MENT P RO DUC I IS 2 01 3 No 1 2 De c e mb e r 纳米 S iO2 改性补偿收缩混凝土受硫酸盐 侵蚀后压拉性能分析 张伟 马芹永 ( 安徽理工大学土木与建筑学院 ， 淮南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要 ： 补偿收 缩混凝 土 中掺 入不 同量的 纳米 S i O 进 行抗硫 酸盐侵蚀 试验 ， 并对其 抗压强度和劈 裂抗拉 强度 进行 了测定 。 分析 了 纳米 S i O2 掺量对补偿收缩 混凝 土受硫 酸盐侵 蚀后 压拉性能的影响 。 结果表 明， 掺纳米 S i O： 能有 效改善补偿 收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后 的压拉性 能， 纳米 S i O： 掺 量为 0 6 时效果最为理想。 双掺 0 6 纳米 S i O 和 1 2 钢纤维还 能进一步提高补偿收 缩混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 能。 关键词 ： 纳米 S i O2 ； 补偿 收缩混凝土 ； 硫 酸盐侵蚀 Ab s t r a c t ：B y a d d i n g n a n o - s i l i c a i n t o s h r i n k a g e - c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e i n d i ff e r e n t c o n t e n t s ， a n t i - s u l f a t e e r o s i o n e x p e fime n t i s c o n d u e t e d Th e n t h e i n flu e n c e o f n a n o- s i l i c a c o n t e n t s i s i n v e s t i g a t e d b y a n a l y z i n g c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h b e f o r e a n d a f t e r s u lf a t e e r o s i o n n1 e r e s u l t s s h o w t h a t a d d i n g n a n o s i l i c a c o u l d e ff e c t i v e l y i mp r o v e t h e c o mp r e s s i v e a n d t e n s i l e p e rf o r ma n c e o f s h r i n k a g e - c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e a f t e r s u l f a t e e r o s i o n ，a n d wh e n n an o - s i l i c a c o n t e n t i s 0 6 the e ff e c t i s the b e s t Wh i l e d o u b l e mi x i n g 0 6 n a n o - s i l i c a a n d 1 2 s t e e l fi b e r c o u l d f u r t h e r i mp r o v e t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e o f s h r i n k a g e c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e Ke y wo r d s ：Na n o - s i l i e a ； S h ri n k age - c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e ； S u lf a t e e ros i o n 中圈分类号 ： T U 5 2 8 5 5 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 1 2 1 3 - 0 4 0前 言 混凝土受硫酸盐侵蚀是研究 混凝 土结构耐久 性最主要的内容之一【 l 1 。研究表明， 通过预先在混凝 土 内部提供膨胀组分来提高混凝土的密实性 ， 能有 效改善混凝土的耐久性闼 。文献【 3 】 就是在喷射混凝 土 中掺入适量膨胀剂后 通过膨胀剂 的补偿收缩作 用 ， 减少 了混凝土裂 隙的生成 ， 最终使混凝土抗硫 酸盐侵蚀的压拉性能有了很大程度的提高 。另外 ， 通过微集料 的填充效应与火 山灰效应来 改善混凝 土 内部的孔体结构 。 增加 C S H键的数量也能达到 提高混凝土耐久性 的目的。研究表 明 ， 在普通硅酸 盐水泥中掺入一定量的硅灰 ， 通过硅灰的火 山灰效 应 。 能使混凝土基料 中 C a ( O H) ： 晶体 的取 向程度 降 低 ， 减少裂缝的生成 ； 同时硅 灰的微集料填充作用 还能堵塞和改善混凝土内部的孔体结构 ， 提高混凝 土的密实性 。而纳米 S i O 与硅灰相 比， 由于其粒 径小 ， 比表面积大 ， S i O 2 纯度更高 ， 微集料填充效果 和火 山灰效 应也 更显 著 ， 文献 7 1 研 究表 明 ， 纳 米 S i O ： 对界 面富集的 C a( O H) 2 晶粒的吸收和细化能 力要远高于硅灰， 且纳米 S i O ： 能使混凝土结构变的 基金项 目： 高校博士点专科科研基金 ( 2 0 1 3 3 4 1 5 1 3 0 0 0 1 ) 。 更加致密嘲 。 本试验通过在补偿 收缩混凝土 中掺人不 同量 的纳米 S i 0 2 。采用连续浸泡法将立方体试块在硫酸 钠溶液 中侵蚀不同龄期 ， 研究纳米 S i O ： 的掺量对补 偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀压拉性能的影响。 1 试 验设 计 1 1 材 料 试验使用 4 2 5级普通硅酸盐水泥； 石子采用最 大粒径不超过 2 0 m m的级配碎石 ：砂采用细度模数 为 2 7的中砂 ， 砂率为 4 5 ； 膨胀剂使用 H C S A型高 效膨胀剂 ； 钢纤维采用剪切端钩型钢纤维 ； 纳米 S i O 为亲水性 H T S i 一 0 1 ， 表观为白色粉末 平均粒径不大 于 2 0 n m 比表面积不小于 1 7 8 9 m ： g 灼烧失重量为 8 6 ， 其主要成分见表 1 ； 侵蚀试验所用工业硫酸钠 其 N a S O 含量 I9 9 ； 水使用洁净的 自来水。 1 2 混凝土配合 比设计 试验使用的水胶 比为 0 4 8 。每 m 混凝土中， 水 泥用量 为 4 4 0 k g ，石子用 量为 9 6 1 8 k g ，砂用量 为 7 8 7 O k g ， 水用量为 2 1 1 2 k g 。 各试验组组分见表 2 。 文 献 3 】 研究表明， 补偿收缩混凝土中膨胀剂合理掺量 为 6 ， 用 B表示 ； S 0 6 、 S 1 2 、 S 1 8分别表示在 B的基 础上再掺人 0 6 、 1 2 、 1 8 的纳米 S i O 2 ； S G表示 一 】 3一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张伟 ， 马芹永 纳米 S i O ： 改性补偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后压拉性能分析 善 醴 出 侵 蚀 龄 期 d 图 4 侵蚀不 同龄期 混凝 土试 件的抗压强度 1 0 0 d， 1 5 0 d ， 2 0 0 d ， 2 5 0 d后 的抗压强度和劈裂抗拉强 度变化曲线。 由图 4可见 ， 4组不 同配 比的混凝土试件 ， 其抗 压强度均 随侵蚀龄期 的增长呈先 上升后 下降 的趋 势。侵蚀 1 0 0 d 、 掺人纳米 S i O ： 的各试验组较之未掺 加纳米 S i O 的 B试验组 ， 抗压强度都有所 提高 ，且 侵蚀不 同龄期混凝土试件 的抗压强度变化 曲线大 致均在 B试验组之上 ， 说明纳米 S i O ： 的掺人能有效 提高补偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后 的抗压强度 。 这是 因为纳米 S i O ： 能有效提高水泥的水化程度 ， 同 时还会与 C a ( O H) ： 发生二次反应 ， 增加水泥浆体 中 C S H键的数量 ， 从而有效提高了混凝土的强度。 图 5中 4条 曲线 的变化规 律也都是 随着侵 蚀 龄期 的延长 。 对应的劈裂抗拉强度大致呈先上升后 下 降的趋势。其 中， 未掺入纳米 S i O ： 的 B组试验组 劈裂抗拉强度在侵蚀 1 0 0 d时达到最 高 ，而掺人纳 米 S i O ： 的 3组试验组 ， 其侵蚀后试件的劈裂抗拉强 度在 1 5 0 d时达到最高。这是由于纳米 S i O 的微集 料填充作用改善了混凝土内部的孔体结构 ， 提高了 混凝土的密实性 ，阻断 了外界 S O Z - 的渗入途径 ， 从 而延缓 了混凝土试件受硫酸盐侵蚀破坏的过程。 侵蚀 1 5 0 d 、 掺入纳米 S i O ： 的 3 组试验组相互比 较 ， S 0 6组的劈裂抗拉强度最大 ， $ 1 2组次之 ， S 1 8组 侵蚀龄期 d 图 6 侵蚀不 同龄期混凝土试件 的抗 压强度 暖 擐 赫 侵 蚀 龄 期， d 图 5 侵蚀不同龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度 最低 ， 说 明随着纳米 S i O ： 掺量 的增加 ， 侵蚀 1 5 0 d混 凝土的劈裂抗拉强度提高程度反而在不断下降。这 是 由于纳米 S i O ： 的比表面积非常大 ， 当其掺人过量 时 ， 会大量 吸收水化反应 所需要 的水分 ， 导致水泥 水化反应程度降低 ， 同时还会加剧混凝土水化过程 产生 的干缩 。使膨胀 剂的补偿 收缩作用受到 了抑 制 ， 对混凝土的强度增长反而不利。 2 2 双掺纳米 S i O ： 和钢纤维补偿收缩混凝土受硫 酸盐侵蚀后 的压拉性能试验 文献 f 3 1 研究表 明 ， 在补偿 收缩混 凝土 中掺入 1 2 钢纤维能有效提高其受硫酸盐侵蚀后 的压拉 性能。 为此 ， 进行双掺 0 6 纳米 S i O ： 和 1 2 钢纤维 的补偿 收缩混凝土硫酸盐侵蚀试验 ， 测定其不 同侵 蚀龄期对应 的压拉强度 ， 结果见图 6 、 图 7 。 图 6中双掺 1 2 钢纤维 和 0 6 纳米 S i O 2 的 S G试验组侵蚀 1 0 0 d后 。 抗压强度与未侵蚀 时相比， 上升了 4 5 6 2 。图 7中 S G试验组侵蚀 1 5 0 d后 ， 其 劈裂抗拉强度相 比未侵蚀时上升了 2 1 8 1 。 有文献 研究表 明 在补偿 收缩混凝土 中单掺 1 2 的钢纤 维 。 其抗压强度在侵蚀 1 0 0 d时达到最高 ， 相 比未侵 蚀时 ， 抗压强度上升 了 3 1 9 9 ； 而其劈裂抗拉强度 在受硫酸盐侵蚀后开始下降3 1 。由此可以说 明。 双掺 1 2 钢纤维 和 0 6 纳米 S i O 补偿收缩混凝 土 比 罨 骥 瓠 侵蚀龄期 d 图 7 侵 蚀不同龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度 一 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 1 2 期 混凝 土 与水 泥制 品 总第 2 1 2 期 单掺 1 2 钢纤维补偿收缩混凝土 的抗硫酸盐侵蚀 性能好 ， 其原因在于钢纤维具有不亲水性 界 面处 水灰 比要远高 于混凝 土基体 ，这会导致界面处 C a ( O H) 和钙矾石富集 ，削弱 了钢纤维和基体 的界面 结 合力 。而纳米 S i O 能吸 收和细 化界 面中的 C a ( O H) 晶体 ， 改善钢纤维和基体 的界面结合状况 ， 使 混凝土强度有所增加。 从 图 6 、图 7中还 可 以 看 出 ， S G试 验组 不 同侵 蚀龄期的强度变化曲线在 S 0 6组之上 ， 说明补偿收 缩混凝土中双掺 1 2 钢纤维和 0 6 纳米 S i O 时其 抗硫酸盐侵蚀性能 比单掺 0 6 纳米 S i O ： 时要好 ， 这主要还是 由于钢纤维在混凝 土 中呈三维乱象分 布 ， 能显著提高混凝土的强度和韧性 。 3结论 ( 1 ) 掺入纳米 S i O ： 能有效提高补偿收缩混凝土 受硫酸盐侵蚀后的压拉性能。试验表明，纳米 S i O 掺量为 0 6 时， 补偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后压 拉性能的改善效果较好。 ( 2 ) 补偿收缩混凝土 中双掺 1 2 钢纤维和 0 6 纳米 S i O 比钢纤维或纳米 S i O ： 单掺时 ， 更有效地 提高补偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后的压拉性能。 ( 3 ) 纳米 S i O 能有效延缓补偿收缩混凝土受硫 酸盐侵蚀破坏的进程 。掺人 0 6 的纳米 S i O ： 的补 偿收缩混凝土受硫酸盐侵蚀后 ， 其劈裂抗拉强度 在 1 5 0 d时达到 5 0 1 MP a ，比未侵蚀时上升了 2 9 4 6 ； 抗压强度在 1 0 0 d时达到 5 9 8 8 MP a ，比未侵蚀时上 升 了 3 9 9 4 参 考文献 ： 【 1 】 马芹永 混凝土结构 基本原理： 第 2版 M 】 北京： 机 械 _ =I = 业 出 版社 ， 2 0 1 2 2 1 王伟， 杨德斌 ， 刘志 前 掺膨胀 剂混凝土抗硫 酸盐侵蚀性能 研究 J 水利与建筑工程学报， 2 0 0 8 ， 6 ( 3 ) ： l l 7 1 l 8 f 3 l 方张平， 马芹永 硫 酸盐侵蚀 下矿用补偿 收缩 钢纤维混凝 土压拉 性能试 验研究I J 1 煤炭工程， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 0 9 一 l 1 1 4 肖佳， 邓德化， 元强， 等 硅灰对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀 性能 的改善作 用 J 1 西南石油学院学报， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 3 ) ： 1 0 3 1 0 5 5 】 徐子芳， 王军， 张 明旭 纳米级 S i O ： 改性 水泥胶砂作用 机理 研究【 J 1 硅酸盐通报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 5 8 6 2 【 6 李 茂英， 李加林， 曾庆军 纳米二氧化 硅改善水泥 土抗 腐蚀 性能机理研究U 】 路基丁程， 2 0 0 8 ( 5 ) ：4 0 4 2 7 】 叶青， 张泽 南， 孔德玉， 等 掺纳米 S i O 和掺硅粉高强混凝土 性能 的比较 J 建筑材料学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 4 ) ： 3 8 1 - 3 8 5 【 8 】 WA N G Q i a n k u n ， C HE N Y o u z h i m， L I F a n g x i a n Mi c r o s t r u c - t u r e a n d p r o p e r t i e s o f s i l i t y s i l i c e o u s C r u s h e d S t o n e l i me A e r e a t e d C o n c r e t e J J o u n a l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g Y Ma s t e r ， 2 0 0 6 ， 2 1 ( 2 ) ： 1 7 - 2 0 9 1 刘 亚辉 ， 申春妮， 方 祥位， 等 溶 液浓 度和温度对混凝土硫酸 盐 侵蚀 速 度 的影 响 重 庆建 筑大 学学 报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 2 9 1 3 5 f 1 0 1 中国土木工程学会 C C E S 0 l 一2 0 0 4混凝 土结构耐 久性 设 计与施工 指南 S 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 4 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 2 7 作者简介 ： 张伟 ( 1 9 8 9 一 ) ， 男 。 硕士研究生 。 通讯地址 ： 安徽理 T大学 土木建筑学 院 联 系电话 ： 1 3 8 5 5 4 9 8 6 8 1 E - mai l ： z h a n g w7 8 6 6 1 6 3 c o m 水泥工程 杂志征订启事 1 9 8 0年创 刊 ， 双 月 1 5日出版邮发代 号 ： 2 8 2 4 0 水泥工程 杂志 ( I S S N 1 0 0 7 0 3 8 9 ； C N 3 2 1 4 4 9 T U) 是由中国中材国际( 南京 ) 主办 、 面向国 内外公开发行 的水 泥专业 核 心技术期刊 。杂志主要设有” 设计研究” 、 ” 生产技术” 、 ” T艺装备” 、 ” 电气控制” 、 ” 计量检测” 、 ” 资源环保” 、 ” T程建设” 、 ” 混 凝 土工程” 等栏 目， 进行专业报道 水泥行业前瞻性 的开发思路 、 研发成 果和科研动态 ； 专业报道各种规模新型干法水 泥生 产线 的的设计 、 建设和生产经验 ； 专业报道水泥行 业及配套 产业的新工艺 、 新装备 、 新控 制 、 新技术的研发和应用 。高效 益的建设 经验 、 生产经 验 ， 以及节 能降耗 技术和资源综合利用 ( 如城市垃圾 和污泥的利用 ， 各种废渣 的利用和各种 劣质 原燃 材料的应 用等 ) 及能源综合利用 ( 如余热利用 ) 等是我刊报道重点 。 我们建有 自己的 网站 ( W W W e e c o rn e n ) ， 作者 、 读者均可在线进行相 关 的投稿 、 查 询和阅读 等操作 。 水泥工程 杂志采用标准 A 4版本 ， 是业 内同类期 刊中单期信息量最大 的期 刊 ， 每期报道 信息量高达 9 6页超 1 8万字 。 水泥T程 杂志是从事水泥行业及相关人员 的专业工作手册 、 技术信 息库 和不 可缺少 的技术资料 。 水泥工 程 杂志 已被 美国的 化 学文摘 ( C A) 、 美 国的 剑桥科学 文摘 ： 材 料信息 、 俄 罗斯的 文摘杂志 ( P ) 、 C N K I 一 中国学 术期 刊综合评 价数 据库 等国内外 多家数据库 收录为来源期刊 。 目前 ( 2 0 1 1 年 ) 全球机构用户超过 3 0 0 0个， 分布 5个国 家 和地 区： 个人读者分布在 9个国家和地区。 杂 志定价 ： 单 期 8元 ， 全年 4 8元 ( 含邮费 ) 。您可 通过邮局 订阅 ( 邮发 代码 ： 2 8 2 4 0 ) ， 也可 网络 订阅 ， 或 电话订 阅( 0 2 5 8 6 8 3 5 2 9 5 ， 沈新 ) 。地址 ： 南 京市江宁开发 区将 军大道 1 0 6号 ( 邮编 ： 2 l 1 1 0 0 ) E ma i l ： c e v i p s i n a c o n网址 ： - ,s a r w e e c o rne n 一 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m