纳米SiO2 对水泥混凝土力学性能影响研究

蒋方听 敖清文 杨 柳 叶 晨

(贵州宏信创达工程检测咨询有限公司， 贵州 贵阳 550014)

0 前言

近几年来，水泥混凝土路面在国内道路建设应用较为广泛。目前普通水泥混凝土路面已经无法满足路用性能的要求，因此对于水泥混凝土路面改性研究，显得迫切重要。

纳米SiO2作为水泥混凝土的一种优良外掺材料，逐渐应用在水泥混凝土中。目前，国内较多的研究学者开展了纳米SiO2材料对水泥混凝土的改性机理和增强效果研究。比如西南科技大学的徐子芳[1]，提出纳米SiO2材料对水泥的初凝和终凝时间均产生一定的影响。但大都研究学者只是研究了纳米SiO2材料在某一特定添加剂量下，对试件的性能作用效果。不同掺量且不同养护时间的纳米SiO2材料改性机理及改性效果研究很少。本课题旨在研究国内常用的纳米SiO2材料，在不同掺量下，对普通水泥混凝土的改性效果和机理。

1 试验方案及原材料技术指标

1.1 试验组织方案

本文旨在研究纳米SiO2材料，在掺量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%条件下，对水泥混凝土的改性机理及效果。

为使得SiO2材料在混合料内部分布均匀，现将SiO2材料和水泥一起干拌90s，再加入水进行制备搅拌均匀。根据工程经验，本研究采用配合比为砂：水泥：碎石：水= 1.56：1：5.12：0.55。

2 试验结果及分析

2.1 抗压性能试验结果与分析

为研究SiO2材料，对试件抗压性能的改性机理和效果。根据规范[2]要求，本实验主要器材为万能压力机，试件采用圆柱形试件。试件大小为直径×高=150mm×300mm，加载速度为0.7MPa/s。试件养护3d、7d 和28d 后，进行抗压强度测试。试件抗压强度测试结果见图1。

图1 抗压强度测试图

由图1 可知，添加SiO2材料试件的抗压强度，均相比于无添加SiO2材料试件的有所提升。这表明本研究采用的SiO2在一定程度上提高了试件的抗压性能。当纳米SiO2掺量为0.5%时，其试件3d 强度相比于未添加纳米SiO2的试件提高了21.3%，其试件7d 强度相比于未添加纳米SiO2的试件提高了6.1%，其试件28d 强度相比于未添加纳米SiO2的试件提高了0.4%。由此可知，本研究采用的SiO2材料，对提高试件的初期抗压强度效果较为明显，对提高试件最终抗压强度效果不明显。当SiO2材料掺量在1.5%时，其试件强度的提升效果已经达到较为理想水平，继续增加纳米SiO2材料的掺量，对试件强度的提升效果明显降低。因此，本研究采用的纳米SiO2材料在其掺量为1.5%，能够取得较好的初期抗压强度和经济效益。

在一定SiO2材料掺量下，其试件的初期抗压强度有所提升，后期强度提升效果较弱。分析认为纳米SiO2与水泥水化产物Ca(OH)2进行反应，产生C-S-H 凝胶，因此试件初期强度得以提高。由于纳米SiO2比表面积较大，会吸附较多的表面水，使其试件内部水分减少，导致试件后期水化反应开始降低，因此试件后期强度提升效果不明显。

2.2 弯拉性能试验结果与分析

为研究纳米SiO2材料，在不同掺量条件下，对普通水泥混凝土试件抗弯拉性能的作用效果。按照规范[2]要求，进行抗弯拉强度试验。试验采用三分点处双点加载装置，试件大小为150mm×150mm×450mm。试件养护28d 后，放在试验机上以0.08MPa/s 的加载频率进行试验。试验结果如图2 所示：

图2 试件弯拉强度测试图

有图2 可知，添加SiO2材料试件的抗折强度，相比于无添加SiO2材料试件的有所提升。这表明本研究采用的SiO2在一定程度上提高了试件的抗折性能。当SiO2掺量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%时，其试件28d 抗折强度相比于未添加纳米SiO2的试件分别提高了3.5%、7.6%、12.1%、11.8%和11.6%。由此可知，本研究采用的SiO2材料，对提高其抗折强度效果较抗压强度效果弱。当SiO2材料掺量在1.5%时，其试件抗折强度的提升效果已经达到较为理想水平。当继续增加纳米SiO2剂量时，其抗折强度的提升效果开始降低。因此，本研究采用的纳米SiO2材料在其掺量为1.5%时，能够取得较好的抗折强度。

在一定纳米SiO2材料掺量下，其试件的抗折强度有所提升，当其掺量大于1.5%时，试件提高抗折性能开始减弱。其原理与上述纳米SiO2材料提升抗压强度的原理一致。

3 结论

本文选取了纳米SiO2材料，在不同掺量条件下，通过抗压试验和抗折试验，对比分析了其试件的力学性能。得出以下结论：

（1）研究采用的纳米SiO2材料，能够有效提高试件抗压、抗折性能，且对提高试件的初期抗压强度效果较为明显，对后期强度提升效果较弱。

（3）研究采用的纳米SiO2材料，对提高试件抗压强度的效果优于提高试件抗折效果。

（4）在纳米SiO2材料掺量为1.5%时，其抗压性能和抗折性能能够达到较为理想的效果。当纳米SiO2材料添加过多时，对其试件的抗压和抗折性能影响均开始减小。