纳米材料对混凝土性能影响分析

2019-02-17 13:09杨建功贺亚杰罗远航
四川水泥 2019年7期
关键词:纳米级抗渗碳酸钙

杨建功 贺亚杰 罗远航

(北京科技大学天津学院 城市建设学院土木工程系,天津 301830)

0 引言

近些年,我国大型工程项目越来越多,混凝土材料的应用需求不断扩大,混凝土材料的性能也在不断被研究提高。随着科技水平的发展,将纳米级材料与混凝土材料进行结合,为混凝土应用领域的发展与完善提供了新的研究思路。本文主要针对混凝土性能影响因素和纳米材料对混凝土性能的影响进行探讨分析。

1 混凝土性能的影响因素

1.1 混凝土原料

混凝土配合比设计中,各基本组成物质的含量,是混凝土各方面性能最直接的影响因素。

1.2 冻融破坏

冻融破坏作为评定混凝土抗冻性能、耐久性能的重要指标之一[1],在冻融循环过程中,冻胀作用导致混凝土内部孔隙构造逐渐增大甚至迅速增大,孔隙之间联通会导致混凝土内部及表面发展形成贯通裂缝,促使混凝土的耐久性和力学性能急剧降低[2]。

1.3 抗渗性

抗渗性也是混凝土耐久性的重要指标之一。抗渗性的关键在于外部环境中的有害物质是否能够渗透到混凝土的内部,产生化学反应导致混凝土产生破坏。例如:氯离子的会对混凝土内部的钢筋进行锈蚀作用,导致材料的胶结能力下降,降低混凝土强度,从而引起构件的破坏。

1.4 其他因素

外部坏境的温湿度、酸碱程度、二氧化碳浓度等,对混凝土的力学性能和耐久性均会产生不同的影响。例如酸性气液体会对混凝土材料进行腐蚀,产生碳化反应,导致混凝土内部的钢筋发生锈蚀现象[3]。

2 纳米材料对混凝土性能的影响

纳米级碳酸钙粉末是纳米材料之一,价格低廉且具有一定活性,经实验研究发现,加入纳米碳酸钙粉体后的混凝土,水泥硬化浆体中的微小孔隙得到了有效地减少,且纳米材料与水化物结合形成了纳米微粉晶核,其表面形成的网络状结构水化硅酸钙凝胶,可有效地提高混凝土的耐久性。

杜应吉等研究学者在慢冻法冻融试验中研究发现,掺加纳米材料的混凝土,其产生泌水和离析的现象明显减少,混凝土的抗渗性能得以提高,达到了有效降低混凝土毛细吸水作用的情况。同时,纳米材料能够有效封堵小于150nm 的微小孔隙,减小因孔隙水结冰而导致的膨胀破坏,提升混凝土抗冻性至少50%以上[4]。。

此外,对掺加纳米碳酸钙材料的混凝土,进行腐蚀盐溶液浸泡和干湿循环腐蚀实验,发现其耐腐蚀性有较大程度的提高;除此以外,实验研究还发现,纳米碳酸钙利用中间产物的晶核作用,达到了减小孔隙率的目的,良好的改善了混凝土的微观结构,对水泥基材料的抗压强度起到了明显的提高效果。通过对掺加纳米二氧化硅材料的纳米混凝土试验发现,中间生成物中的氢氧化钙,含量则明显降低,这促使水泥浆体的碱度产生明显减小,延缓了中间生成物钙矾石、石膏的结晶析出,对纳米混凝土的耐腐蚀性起到了显著提升的效果。

3 小结

采用试验手段,通过控制掺加不同的的纳米材料、掺加不同含量的纳米材料等控制方式,展开定性分析,发现纳米级材料对混凝土各方面性能,均存在有效影响。介于纳米材料的造价等因素,导致纳米混凝土在工程中的实际应用受到一定程度限制。故如何降低纳米混凝土的生产成本,以及从宏观和微观双重角度着手,针对纳米混凝土的性能展开研究,以期提高其在实际工程项目中的应用,可作为纳米混凝土以后的研究课题。

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