納米材料對(duì)水泥砂漿性能影響試驗(yàn)研究初探

許 繼 剛

(國(guó)電大渡河金川水電建設(shè)有限公司，四川 金川 624100)

1 試驗(yàn)機(jī)理

水泥本身的顆粒粒徑通常為微米級(jí)，但其約為70%的水化產(chǎn)物——水化硅酸鈣凝膠(C-S-H凝膠)尺寸在納米級(jí)范圍。水泥硬化漿體實(shí)際上是由水化硅酸鈣凝膠為主凝聚而成的初級(jí)納米材料,但是這些納米結(jié)構(gòu)在細(xì)觀上是比較粗糙的。在膠凝材料中引入納米礦粉(如SiO2、CaCO3和Al2O3等),能夠鍵合更多納米級(jí)的C-S-H凝膠,形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以較大程度地提高水泥硬化漿體的物理力學(xué)性能和耐久性。為了解納米材料對(duì)水泥砂漿性能的影響開展了相關(guān)的試驗(yàn)研究工作。

2 試驗(yàn)用的原材料

2.1 水 泥

本次試驗(yàn)采用的膠凝材料為某低熱硅酸鹽水泥，該水泥中C2S含量達(dá)61%，其后期的抗沖擊性、耐磨性和抗干縮性能優(yōu)于普通硅酸鹽水泥。該水泥的粒徑主要集中在3～40 μm，3 d抗壓強(qiáng)度為21 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為51 MPa。

2.2 納米材料

本次試驗(yàn)使用某公司生產(chǎn)的納米材料，通過微觀分析得知，其單個(gè)粒子尺寸小于30 nm，但該納米材料分散性一般，易成團(tuán)。

2.3 其它材料

骨料采用中級(jí)砂，水膠比為0.3，減水劑的摻量為0.25%。試驗(yàn)組合方案見表1。

表1 納米材料對(duì)水泥砂漿性能影響試驗(yàn)組合方案表

3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)GB/T50081-2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，對(duì)以上不同試驗(yàn)組合方案進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，所取得的試驗(yàn)成果見表2。

表2 不同方案對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)果表明：納米材料可以提高水泥砂漿各齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，其摻量對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度具有一定的影響。隨著納米材料摻量的逐漸增加，水泥砂漿強(qiáng)度呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。對(duì)于水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)納米材料的摻量超過1%后，水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)不明顯；對(duì)于水泥砂漿的抗折強(qiáng)度，當(dāng)納米材料的摻量達(dá)到2%以后，其抗折強(qiáng)度的增長(zhǎng)不明顯。從砂漿流動(dòng)性分析得知，隨著納米材料摻量的增加其流動(dòng)性明顯下降。

同時(shí)，對(duì)部分較具代表性的試樣分別進(jìn)行了放大100倍和1 600倍電子掃描顯像圖顯示(圖1～3)。

圖b 放大1 600倍

圖a 放大100倍

圖b 放大1 600倍

圖a 放大100倍

圖b 放大1 600倍

對(duì)比結(jié)果表明：A2、A3和A4為納米材料摻量遞增的砂漿試樣，在電子掃描顯像放大100倍時(shí)，A2和A3試樣中的孔洞大部分消失，其主要原因是受納米材料的填充作用及對(duì)水的吸附作用影響試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密。當(dāng)納米材料摻量繼續(xù)增加至3%時(shí)，納米材料對(duì)水的吸附作用較強(qiáng)，導(dǎo)致試塊成型時(shí)不能充分振搗密實(shí)，為氣泡的存在創(chuàng)造了條件。在電子掃描顯像放大1 600倍時(shí)，納米材料參與了水化作用，A2和A3試樣砂漿硬化體中的凝膠體增多，水化結(jié)晶體體積變小，整體結(jié)構(gòu)更加緊密。

4 結(jié) 語

納米材料活性較高，通過填充和水化作用使水泥漿體結(jié)構(gòu)致密性得到改善，并在一定程度上可以提高水泥砂漿各齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：納米材料摻量在2%以內(nèi)時(shí)能夠較好地改善水泥砂漿性能。