微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土基本力学性能对比试验研究

崔云　杨帅　王印　方伟

（中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院　南京　210023）

微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土基本力学性能对比试验研究

崔云杨帅王印方伟

（中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院南京210023）

本文以掺量为6％的补偿收缩混凝土为基准配比，通过试验，在其中掺加微硅粉和纳米SiO2，研究这两种矿物掺合料对补偿收缩混凝土的抗压及劈裂抗拉强度的影响。分析得出：两种矿物掺合料对补偿收缩混凝土都能起到增强其抗压及劈裂抗拉强度的作用，且在抗压强度方面，其增强及早强效果尤为明显。

纳米SiO2；微硅粉；抗压强度；劈裂抗拉强度

1　引言

在很多市政工程、或地下防水工程中，混凝土结构表面的微细裂纹会导致水的渗入，接触到其内部的钢筋，从而使得钢筋氧化，发生锈蚀，从而缩短整个构件或结构的使用寿命。目前我国工程界在解决混凝土裂缝问题的主要措施就是掺加微细高活性矿物掺合料，尤其是硅粉类材料在混凝土中应用广泛，本文根据大量的基础实验研究[1]，以膨胀剂等量取代胶凝材料6％的补偿收缩混凝土为基体，在其中分别掺加掺量为1.2％的纳米SiO2和微硅粉进行相同配比、相同养护条件7d和28d龄期下，抗压及劈裂抗拉强度试验分析和机理探讨。

2　微硅粉与纳米SiO2对混凝土物理性能的影响

由于微硅粉和纳米SiO2的粒径都较小，纳米SiO2的粒径甚至达到了纳米级，比表面积都很大，加上两种材料对水的亲和力都非常高，从而导致在混凝土制备过程中，一方面在混凝土流动性不变的前提下，其用水量会相应加大；另一方面，两种材料中的SiO2颗粒会吸附大量的游离水分子，使其变成吸附水分子，游离水的减少，会很明显的降低混凝土的泌水现象。

3　微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土抗压强度对比试验分析

三种混凝土相同配合比、相同养护条件下，7d及28d龄期的抗压强度试验结果见表1。

表1　微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土抗压强度试验结果

从表1中可以得出：掺入微硅粉，其7d及28d龄期下的抗压强度都会出现一定程度的提高，与未掺时相比，7d抗压强度可提高4.4％，28d抗压强度可以提高2.1％；而掺加纳米SiO2之后，与相同的龄期和养护条件下的微硅粉补偿收缩混凝土想比，其混凝土的抗压强度提高得更加明显，与基准混凝土相比，其7d抗压强度可提高24.8％，28d抗压强度则提高了9.4％。

通过对数据的对比分析，不难看出，掺加微硅粉，其7d抗压强度可以达到28d的64.3％，与基准配比混凝土相比，提高了1.5％；掺加纳米SiO2，其7d抗压强度则可以达到28d的71.7％，提高约9％，提高幅度较大。这说明掺入纳米SiO2之后，其不仅能对基准配比混凝土的抗压强度起到明显增强作用，而且还起到了非常显著的早强效果。

4　微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土抗拉强度对比试验分析

三种混凝土相同配合比、相同养护条件下，7d及28d龄期的劈裂抗拉强度试验结果见表2。

表2　微硅粉与纳米SiO2增强补偿收缩混凝土劈裂抗拉强度试验结果

掺入微硅粉，与基准配比混凝土相比，7d劈裂抗拉强度可提高4.1％，28d劈裂抗拉强度提高了4.3％；而掺入纳米SiO2后，与基准配比混凝土相比，7d抗拉强度可提高6.7％，28d抗拉强度则提高了5.6％，这说明：掺加1.2％的纳米SiO2，其对补偿收缩混凝土抗拉强度的增强效果优于微硅粉。

经过计算可知，掺加微硅粉和纳米SiO2，其对应混凝土在劈裂抗拉强度方面的早强作用，并不像其在抗压强度方面那样显著，几乎不起早强作用。

5　机理探讨

是什么原因导致掺加纳米SiO2之后，其混凝土表现出来的的增强和早强效果要比相同掺量、相同配合比、相同养护条件、相同龄期下的微硅粉更加显著呢？首先，微硅粉在混凝土中表现出来的增强和早强效果是由于其火山灰效应及填充效应[2]，而其机理归根结底由于其中的微米级SiO2产生的，所以微硅粉中SiO2的含量和细度是其主要的质量指标，SiO2的含量越高，细度越小，其活性就越大，微硅粉对混凝土的增强和早强效果也就越明显。而纳米SiO2与微硅粉相比，其粒径达到纳米级，其比表面积也就更大，表面效应更显著，在其表面原子配位严重不足的情况下，将会导致大量的悬键和不饱和键，使之处于较大的热力学不稳定态，表面较高的活性，使得其非常容易与其它原子相结合，不断催化Ca（OH）2的消耗，火山灰效应和填充效应更加明显。

6　结论

（1）在补偿收缩混凝土中分别掺加微硅粉和纳米SiO2，都能增强混凝土的抗压及劈裂抗拉强度，且在抗压方面，其早强效果明显。相同掺量、相同配合比、相同养护条件、相同龄期下的纳米SiO2比微硅粉的增强和早强效果更明显，掺入纳米SiO2，其混凝土7d和28d龄期下抗压强度分别可提高24.8％和9.4％。

（2）目前微硅粉在防渗抗裂混凝土中被广泛采用，而纳米SiO2相对昂贵，应用较少，需要不断深入地优化纳米级材料的制备方法，降低其制备成本，才能使其优良的材料性能在高性能混凝土中得到更为广泛的应用。

[1]崔朋勃.膨胀剂对喷射补偿收缩钢纤维混凝土力学性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2010，5（10）：45～47.

[2]蒲心诚，王勇威.高效活性矿物掺料与混凝土的高性能化[J].混凝土，2002（2）：3～6.

TU528

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1673-0038（2015）27-0140-02

2015-6-22