納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響及機(jī)理*1

王　沖,劉俊超,張　超,張　聰,李宗陽,尹道道

(重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶　400045)

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納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響及機(jī)理*1

王沖?,劉俊超,張超,張聰,李宗陽,尹道道

(重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045)

摘要：采用超聲波分散方式將納米CaCO3摻入水泥基材料，研究了不同摻量納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響，并利用X射線衍射和掃描電鏡分析其影響機(jī)理.結(jié)果表明：摻入納米CaCO3后，水泥基材料流動(dòng)度降低，漿體表觀密度增大，抗折和抗壓強(qiáng)度提高.納米CaCO3摻量為1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，對(duì)水泥基材料的力學(xué)性能提高最為顯著，納米CaCO3摻量過多則不利于強(qiáng)度發(fā)展.納米CaCO3的摻入會(huì)加速水泥的水化，早期使水化產(chǎn)物Ca(OH)2等增加；納米CaCO3改善了界面結(jié)構(gòu)和水泥石結(jié)構(gòu)，使水泥基材料的結(jié)構(gòu)變得更加均勻密實(shí).結(jié)果顯示納米CaCO3摻入后對(duì)水泥基材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)有利.

關(guān)鍵詞：納米CaCO3；水泥基材料；強(qiáng)度；微觀結(jié)構(gòu)

納米技術(shù)是在20世紀(jì)末逐漸發(fā)展起來的前沿交叉性的新興學(xué)科.如今，該技術(shù)已經(jīng)滲透到諸多領(lǐng)域，建筑材料領(lǐng)域就是其中之一.通過對(duì)傳統(tǒng)建筑材料的改性表明該技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力和前景[1-3].納米顆粒因其尺度在納米范圍，從而具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)[4]，具有傳統(tǒng)材料所不具備的一些新特性.

納米CaCO3是目前最大宗也是最廉價(jià)的納米材料之一，其價(jià)格約只有納米SiO2的十分之一[5].目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)納米SiO2在水泥基材料中的應(yīng)用有較多研究，而對(duì)納米CaCO3的研究相對(duì)較少.王沖等[6]研究了納米顆粒在水泥基材料中應(yīng)用的可行性.黃政宇等[7]研究了納米CaCO3對(duì)超高性能混凝土的性能影響，研究表明摻入納米CaCO3能促進(jìn)水化反應(yīng)，使超高性能混凝土的流動(dòng)性下降，能提高超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度.Sato等[8]采用傳導(dǎo)量熱法發(fā)現(xiàn)，納米CaCO3的摻入可以顯著加快早期的水化反應(yīng)，且摻量越多加快效果越明顯.Detwiler和Tennis[9]發(fā)現(xiàn)，在水泥水化過程中，石灰石粉顆粒會(huì)成為成核的場(chǎng)所，增加了水化產(chǎn)物C-S-H凝膠沉淀在石灰石粉顆粒上的概率，加快了水泥石中C3S的水化.本文通過超聲波分散方式將納米CaCO3摻入水泥基材料中，研究其對(duì)水泥基材料性能和結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)一步通過XRD和SEM分析納米CaCO3對(duì)水泥基材料的影響作用機(jī)理，以期為納米CaCO3在水泥基材料的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ).

1原材料與方法

1.1原材料

水泥為P·O42.5R普通硅酸鹽水泥，由重慶天助水泥有限公司生產(chǎn)，化學(xué)成分見表1；細(xì)集料為岳陽產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.48；高效減水劑為重慶三圣特種建材股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，固含量為33%；納米CaCO3由北京博宇高科新材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)，表現(xiàn)為親水性，部分技術(shù)指標(biāo)列于表2，掃描電鏡圖見圖1，X射線衍射結(jié)果見圖2.

表1　水泥化學(xué)成分分析

表2　納米CaCO3技術(shù)指標(biāo)

圖1　納米碳酸鈣的SEM圖像

2θ/(°)

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1納米CaCO3分散方式

根據(jù)前期試驗(yàn)驗(yàn)證，超聲波分散方式對(duì)納米CaCO3有更好的分散效果.制備水泥砂漿試件時(shí)，將減水劑和納米CaCO3加入水中，超聲波分散10 min，再手工攪拌2 min，以待測(cè)試.

1.2.2表觀密度

水泥漿體表觀密度試驗(yàn)采用水泥凈漿，水膠比為0.29，減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.15%，納米CaCO3摻量分別為膠凝材料質(zhì)量的0.5%,1.5%,2.5%.試驗(yàn)所采用容器為1 L的廣口瓶，采用水泥凈漿攪拌機(jī)制樣，放在振動(dòng)臺(tái)上振搗密實(shí).

1.2.3流動(dòng)性測(cè)試及成型

流動(dòng)度試驗(yàn)按照GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行；力學(xué)性能試驗(yàn)按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行．將水泥和砂在攪拌機(jī)中攪拌90 s，再將分散有納米CaCO3和減水劑的溶液倒入干料中攪拌90 s.采用40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)鋼模成型，1 d后脫模，在溫度為(20±2) ℃的飽和石灰水中養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期.水泥砂漿試件的配合比見表3，其中納米CaCO3和聚羧酸減水劑以膠凝材料的質(zhì)量百分比摻入.

表3　水泥砂漿試件的配合比

1.2.4微觀測(cè)試試驗(yàn)

XRD分析測(cè)試采用日本Rigaku公司D/MAX-2500PC型X射線衍射儀.測(cè)試條件：Cu靶，管壓40 kV，電流100 mA，掃描步長(zhǎng)0.02°，掃描速度4 °/min，掃描范圍5°～70°.樣品采用與表3相同膠凝材料組成與水膠比的水泥凈漿，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期破碎取樣，放入無水乙醇中浸泡3 d以終止水化，置于50 ℃干燥箱中干燥24 h，取出樣品用研缽研磨過0.08 mm方孔篩，將過篩的粉末樣品置于干燥器中以待測(cè)試.

掃描電鏡測(cè)試采用捷克TESCAN公司生產(chǎn)的Tescan VEGA Ⅱ LMU型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)，測(cè)試樣品取自強(qiáng)度測(cè)試破壞后的砂漿試塊，放入無水乙醇中浸泡3 d終止水化，裝入50 ℃干燥箱中干燥24 h，將樣品真空鍍金，在20 kV高壓鎢燈下分析其微觀形貌.

2結(jié)果與分析

2.1納米CaCO3對(duì)水泥基材料表觀密度的影響

對(duì)新拌的水泥凈漿漿體進(jìn)行表觀密度測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

NC摻量/%

結(jié)果表明，隨著納米CaCO3摻量的提高，水泥漿體的表觀密度隨之增大.摻量從0%增加到2.5%時(shí)，表觀密度由1.98 g/cm3提高到2.10 g/cm3.表明納米CaCO3可填充水泥漿體中熟料顆粒之間空隙，使?jié){體的結(jié)構(gòu)更加密實(shí).

2.2納米CaCO3對(duì)水泥基材料流動(dòng)性的影響

按表3拌制水泥砂漿測(cè)試流動(dòng)度，結(jié)果如圖4所示.隨著納米CaCO3摻量的增大，砂漿的流動(dòng)度逐漸減小.這是因?yàn)榧{米CaCO3比表面積大，其顆粒表面吸附更多的水導(dǎo)致需水量增大[10]，納米CaCO3同其它超細(xì)粉料一樣可以填充熟料顆粒之間的空隙，將熟料顆粒之間的填充水置換出來，起到減水作用，但納米CaCO3顆粒比表面積過大，其增加需水量的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于減水作用，宏觀表現(xiàn)為水泥砂漿的流動(dòng)度減小.

NC摻量/%

2.3納米CaCO3對(duì)水泥基材料力學(xué)性能的影響

按表3拌制水泥砂漿，分別測(cè)試3 d和28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度，結(jié)果如圖5和圖6所示.

NC摻量/%

NC摻量/%

由圖可知，納米CaCO3提高了水泥砂漿的3 d及28 d強(qiáng)度.1.5%的納米CaCO3摻量效果最好，其3 d的抗壓和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高20.6%和17.7%，28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高22.9%和11.1%.然而摻量增加到2.5%時(shí)，砂漿強(qiáng)度相較于1.5%摻量明顯下降.由試驗(yàn)結(jié)果可知納米CaCO3的摻量不宜過多，存在一個(gè)最佳摻量[11-12]，在本研究中這個(gè)最佳摻量為1.5%.

納米CaCO3可以提高水泥基材料早期強(qiáng)度有以下幾方面原因：納米CaCO3可以起到超細(xì)微集料的作用，填充熟料顆粒周圍的空隙，使結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)從而提高強(qiáng)度，這與圖3結(jié)果一致；納米CaCO3可以明顯降低Ca(OH)2在界面處的密集分布和定向排列，有助于改善界面的綜合性能[13]；納米CaCO3可促進(jìn)C3A與石膏反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石與納米CaCO3反應(yīng)生成碳鋁酸鈣也是早期強(qiáng)度提高的原因之一[13].而文獻(xiàn)[14]也指出，納米顆粒摻量過多容易產(chǎn)生團(tuán)聚，并包裹水泥顆粒，因而阻礙水化反應(yīng)，使得強(qiáng)度下降.納米CaCO3摻量過多所造成的團(tuán)聚也會(huì)影響納米CaCO3在水泥基材料中的分散，使新拌水泥砂漿產(chǎn)生過多的微小氣泡，增加硬化后的水泥漿體有害孔的數(shù)量，導(dǎo)致強(qiáng)度下降.

2.4納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理

2.4.1XRD分析

按表3配合比制備水泥凈漿,其3 d和28 d的XRD圖譜見圖7和圖8.由圖7可知，在3 d齡期內(nèi)，納米CaCO3并沒有改變水泥的水化產(chǎn)物組成.2組試樣的水化產(chǎn)物基本相同，均含有Ca(OH)2，鈣礬石(AFt)相，未水化的硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)，以及摻入的和因碳化而生成的CaCO3.分析2組試樣的C3S和C2S的特征衍射峰(2θ=32.3°)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中C3S和C2S的特征衍射峰比基準(zhǔn)組中低；而對(duì)照組中鈣礬石的特征衍射峰(2θ=23.1°)比基準(zhǔn)組中高；對(duì)照組中Ca(OH)2的特征峰(2θ=34.2°)略比基準(zhǔn)組強(qiáng)，說明前者Ca(OH)2含量略高于后者，這是由納米CaCO3加速硅酸三鈣的水化所致，使其水化產(chǎn)生更多的Ca(OH)2.上述分析說明納米CaCO3可以促進(jìn)水泥的早期水化.

2θ/(°)

2θ/(°)

由圖8可見，在28 d齡期內(nèi)水泥的水化產(chǎn)物中出現(xiàn)了水化碳鋁酸鈣(C3A·CaCO3·11H2O)，這與李固華等[12]的試驗(yàn)結(jié)果類似，即表明納米CaCO3參與了水泥的水化反應(yīng)，與水及鋁酸三鈣反應(yīng)生成了水化碳鋁酸鈣.對(duì)比2個(gè)樣品的C3S,C2S的特征衍射峰發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中C3S,C2S的特征衍射峰要比基準(zhǔn)組中低；而對(duì)照組中Ca(OH)2的特征峰略比基準(zhǔn)組低，根據(jù)前人的研究[15]，這是由于Ca(OH)2和CaCO3作用生成了堿式碳酸鈣，這種堿式碳酸鈣可以增強(qiáng)界面區(qū)的粘結(jié).納米CaCO3的這種效應(yīng)使得水化產(chǎn)物Ca(OH)2在更大程度上被消耗，因此其衍射峰強(qiáng)度低于基準(zhǔn)組.上述分析表明在3 d到28 d的齡期內(nèi)，納米CaCO3仍促進(jìn)水泥的水化，產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物相并從宏觀上導(dǎo)致水泥基材料強(qiáng)度提高，內(nèi)部界面區(qū)增強(qiáng)粘結(jié)能力更好，XRD圖譜從微觀方面解釋了28 d摻入納米CaCO3其力學(xué)性能優(yōu)于基準(zhǔn)組的原因.

2.4.2SEM分析

按表3成型的水泥砂漿試樣的3 d和28 d SEM圖片見圖9和圖10.圖9顯示了4組試樣水化3 d的微觀形貌結(jié)構(gòu).分析發(fā)現(xiàn)：試樣(a)已有一定程度的水化，發(fā)現(xiàn)有針狀的AFt晶體和水化硅酸鈣凝膠，但整體結(jié)構(gòu)不太密實(shí)，存在較多的空隙，在過渡區(qū)處水泥石與集料的結(jié)合不太緊密.摻入納米CaCO3后對(duì)于界面過渡區(qū)來說有明顯的改善，水泥石更加密實(shí).試樣(b)和(c)已有明顯的水化，水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠增多，形成網(wǎng)絡(luò)狀和絮凝狀的凝膠填充未水化顆粒之間的空隙，使整體結(jié)構(gòu)更加致密[16].由圖可知，隨著摻量的提高，當(dāng)納米CaCO3摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.5%(試樣c)時(shí)，其對(duì)界面的改善效果最好，水泥石結(jié)構(gòu)也更加致密，在界面過渡區(qū)幾乎看不到水泥石與集料之間的間隙，說明連接很緊密，與上述力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果相符.但未明顯發(fā)現(xiàn)有Ca(OH)2晶體，這可能是因?yàn)镃a(OH)2晶體被大量的水化硅酸鈣凝膠所覆蓋.隨著摻量的繼續(xù)提高，從試樣(d)中可看出，水泥石的孔隙變多，結(jié)構(gòu)變得不密實(shí).在界面過渡區(qū)處水泥石與集料之間存在間隙并發(fā)現(xiàn)了針狀鈣礬石晶體和六方片狀的Ca(OH)2晶體，水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠也隨之減少.這是由于納米CaCO3摻量過多，分散不均勻形成團(tuán)聚引起的.水泥石結(jié)構(gòu)的致密程度以及水泥石和集料的界面過渡區(qū)的結(jié)合緊密程度都會(huì)影響水泥基材料的強(qiáng)度，上述分析從微觀角度解釋了水泥基材料力學(xué)性能變化的原因.

圖9　水泥砂漿3 d的 SEM圖像

圖10　水泥砂漿28 d 的SEM圖像

圖10顯示了4種試樣水化28 d后的微觀形貌結(jié)構(gòu).分析發(fā)現(xiàn)：隨著水化的進(jìn)行，在28 d齡期內(nèi)各組試樣中的水化產(chǎn)物都較3 d增多，水泥石結(jié)構(gòu)也更加致密，水泥石與集料的在界面過渡區(qū)處的結(jié)合也更加緊密.但在試樣(a)和試樣(d)中集料與水泥石的界面過渡區(qū)處的結(jié)合仍不是很緊密，且存在一定的縫隙，水泥石自身結(jié)構(gòu)也存在一定的空隙，不是十分致密，而在試樣(b)和試樣(c)中則發(fā)現(xiàn)集料與水泥石的界面過渡區(qū)處的結(jié)合更為緊密，水泥石中存在大量的凝膠狀的水化產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)密實(shí).尤其在試樣(c)中，界面過渡區(qū)處找不到連接的間隙，水泥石中都是凝膠狀水化產(chǎn)物幾乎沒有孔隙，這些水化產(chǎn)物并不獨(dú)立分散，而是呈現(xiàn)整體化結(jié)構(gòu).上述現(xiàn)象說明適宜摻量的納米CaCO3可以促進(jìn)水泥基材料早期的水化，使水泥熟料顆粒水化產(chǎn)生更多的水化硅酸鈣凝膠[17].同時(shí)，納米CaCO3可以增加水化硅酸鈣凝膠在界面處的含量，可以改善Ca(OH)2晶體的定向排列性能，使得界面位置的水化結(jié)構(gòu)由平面排列向空間結(jié)構(gòu)過渡，所以適宜的摻量可以改善界面的綜合性能[13].

3結(jié)論

1)納米CaCO3的摻入增加了水泥漿體的表觀密度，降低了水泥基材料的流動(dòng)度，摻入適量的納米CaCO3有助于水泥砂漿3 d和28 d齡期強(qiáng)度的提高，但摻量不宜過大.

2)摻入適量的納米CaCO3可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，增加水化產(chǎn)物的生成量.在3 d的齡期內(nèi)，納米CaCO3并沒有改變水泥的水化產(chǎn)物組成；在28 d的齡期內(nèi)，在水泥的水化產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了新的水化產(chǎn)物——水化碳鋁酸鈣.摻入適量的納米CaCO3還可以改善水泥基材料的界面結(jié)構(gòu)和水泥石的結(jié)構(gòu)，使集料與基體結(jié)合的更加緊密，水泥石更加密實(shí).

參考文獻(xiàn)

[1] 孫瑞平. 建筑材料領(lǐng)域中納米技術(shù)的應(yīng)用[J]. 建材技術(shù)與應(yīng)用, 2010(12):9-11.

SUN Rui-ping. Application of nano-technology in the fields of building materials[J]. Research & Application of Building Materials, 2010(12):9-11.(In Chinese)

[2]趙文軒, 張?jiān)? 建筑材料中納米材料和納米技術(shù)的應(yīng)用[J]. 河南建材, 2012(2):24-26.

ZHAO Wen-xuan, ZHANG Yue. The application of nano materials and nano-technology in building materials[J]. Henan Building Materials, 2012(2):24-26. (In Chinese)

[3]肖力光, 周建成, 馬振海. 納米技術(shù)及其在建筑材料中的應(yīng)用[J]. 吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 20(1):27-32.

XIAO Li-guang, ZHOU Jian-cheng, MA Zhen-hai. Nano-technology and its application in building materials[J]. Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute, 2003, 20(1):27-32. (In Chinese)

[4]白春禮. 納米科技及其發(fā)展前景[J]. 科學(xué)通報(bào), 2001, 46(2): 89-92.

BAI Chun-li. Nano science and technology and its development prospect[J]. Chinese Science Bulletin, 2001, 46(2): 89-92. (In Chinese)

[5]劉立軍. 納米CaCO3鋼纖維復(fù)合增強(qiáng)混凝土韌性的研究[D]. 天津:天津大學(xué)建筑工程學(xué)院, 2009.

LIU Li-jun. Study on increasing the toughness of cement concrete by using nano-CaCO3/ steel fiber composite[D]. Tianjin:School of Civil Engineering,Tianjin University,2009. (In Chinese)

[6]王沖, 蒲心誠, 劉芳, 等. 納米顆粒材料在水泥基材料中應(yīng)用的可行性研究[J]. 新型建筑材料, 2003(2): 22-23.

WANG Chong, PU Xin-cheng, LIU Fang,etal. Feasibility study of nanoparticles materials apply to cement-basted materials[J]. New Building Materials, 2003(2): 22-23. (In Chinese)

[7]黃政宇, 祖天鈺. 納米CaCO3對(duì)超高性能混凝土性能影響的研究[J]. 硅酸鹽通報(bào), 2013, 32(6):1103-1109,1125.

HUANG Zheng-yu, ZU Tian-yu. Influence of nano-CaCO3on ultra high performance concrete[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2013, 32(6):1103-1109,1125. (In Chinese)

[8]SATO T, BEAUDOIN J J. Effect of nano-CaCO3on hydration of cement containing[J]. Advances in Cement Research, 2010, 23(1): 1-29.

[9]DETWILER R J, TENNIS P D. The use of limestone in Portland cement:a state-of-the-art review[M]. Skokie, IL: Portland Cement Association, 1996.

[10]王玉杰, 劉炳華. 納米碳酸鈣對(duì)水泥物理性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 山東交通科技, 2014 (2):39-41.

WANG Yu-jie, LIU Bing-hua.The study on the effects of nanometer calcium carbonate to the physical properties of cement[J]. Shandong Transportation Technology, 2014 (2):39-41. (In Chinese)

[11]JEAN Pera, SPOTRIC Husson. Influence of finely ground limestone on cement hydration[J]. Cement and Concrete, 1999(21) : 99-105.

[12]李固華, 高波. 納米微粉SiO2和CaCO3對(duì)混凝土性能影響[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2006, 28(1):131-136.

LI Gu-hua, GAO Bo. Effect of level SiO2and level CaCO3on concrete performance[J]. Journal of the China Railway Society, 2006, 28(1):131-136. (In Chinese)

[13]孟濤, 錢匡亮, 錢曉倩, 等. 納米碳酸鈣顆粒對(duì)水泥水化性能和界面性質(zhì)的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2008, 37(S2):667-669.

MENG Tao, QIAN Kuang-liang, QIAN Xiao-qian,etal. Effect of the nano-CaCO3on hydrated properties and interface of cement paste[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2008, 37(S2):667-669. (In Chinese)

[14]范基駿, 孫中華, 陳日高, 等.NS影響硅酸鹽水泥性能的機(jī)理研究[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2009, 34(2):158-163.

FAN Ji-jun, SUN Zhong-hua, CHEN Ri-gao,etal. Study on mechanism of Portland cement performances as NS affected[J]. Journal of Guangxi University:Natural Science, 2009, 34(2):158-163. (In Chinese)

[15]陸平, 陸樹標(biāo). CaCO3對(duì)C3S水化的影響[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 1987,15(4):289-294.

LU Ping, LU Shu-biao. Effect of calcium carbonate on the hydration of C3S[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 1987,15(4):289-294. (In Chinese)

[17]楊杉, 籍鳳秋. 納米碳酸鈣對(duì)鋼纖維混凝土物理力學(xué)性能的影響[J]. 鐵道建筑, 2011(8):133-135.

YANG Shan, JI Feng-qiu. Effect of nano CaCO3on the physical and mechanical properties of steel fiber reinforced concrete[J]. Railway Engineering, 2011(8):133-135. (In Chinese)

Influence and Mechanism of Nano-CaCO3on Properties and Structures of Cement-based Materials

WANG Chong?, LIU Jun-chao, ZHANG Chao, ZHANG Cong, LI Zong-yang, YIN Dao-dao

( College of Material Science and Engineering, Chongqing Univ,Chongqing400045,China)

Abstract:Nano-CaCO3was adopted into cement-based materials in the ultrasonic dispersion method. The influence of nano-CaCO3with different contents on the properties and structures of cement-based materials was studied, and its mechanism was investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscope. The results show that the fluidity is decreased, the apparent density of cement paste is increased, and the flexural strength and compressive strength are improved due to the addition of nano-CaCO3. The mechanical properties of cement-based materials containing nano-CaCO3of 1.5% (in mass) are significantly improved. However, excessive dosage of nano-CaCO3goes against the improvement of strength. The hydration can be accelerated, the hydration products such as Ca (OH)2increase with the addition of nano-CaCO3at the early age; the interface transition zone between aggregate and cement paste and the microstructure of hardened cement paste are greatly improved so that the whole structure can get more dense and homogeneous. The above results indicate that the incorporation of nano-CaCO3is good for the physical properties and structures of cement-based materials.

Key words:nano-CaCO3; cement-based materials; strength; microstructure

文章編號(hào)：1674-2974(2016)06-0022-07

收稿日期：2015-03-13

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51572038)，National Natural Science Foundation of China(51572038) ；重慶市科委自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(cstcjcyja30004)

作者簡(jiǎn)介：王沖(1972-)，男，寧夏中寧人，重慶大學(xué)副教授，博士 ?通訊聯(lián)系人，E-mail:wangchnx@126.com.

中圖分類號(hào)：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A