崔云　楊帥　王印　方偉

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司華東分院　南京　210023）

微硅粉與納米SiO2增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土基本力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)研究

崔云楊帥王印方偉

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司華東分院南京210023）

本文以摻量為6％的補(bǔ)償收縮混凝土為基準(zhǔn)配比，通過(guò)試驗(yàn)，在其中摻加微硅粉和納米SiO2，研究這兩種礦物摻合料對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。分析得出：兩種礦物摻合料對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土都能起到增強(qiáng)其抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度的作用，且在抗壓強(qiáng)度方面，其增強(qiáng)及早強(qiáng)效果尤為明顯。

納米SiO2；微硅粉；抗壓強(qiáng)度；劈裂抗拉強(qiáng)度

1　引言

在很多市政工程、或地下防水工程中，混凝土結(jié)構(gòu)表面的微細(xì)裂紋會(huì)導(dǎo)致水的滲入，接觸到其內(nèi)部的鋼筋，從而使得鋼筋氧化，發(fā)生銹蝕，從而縮短整個(gè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的使用壽命。目前我國(guó)工程界在解決混凝土裂縫問(wèn)題的主要措施就是摻加微細(xì)高活性礦物摻合料，尤其是硅粉類材料在混凝土中應(yīng)用廣泛，本文根據(jù)大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究[1]，以膨脹劑等量取代膠凝材料6％的補(bǔ)償收縮混凝土為基體，在其中分別摻加摻量為1.2％的納米SiO2和微硅粉進(jìn)行相同配比、相同養(yǎng)護(hù)條件7d和28d齡期下，抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)分析和機(jī)理探討。

2　微硅粉與納米SiO2對(duì)混凝土物理性能的影響

由于微硅粉和納米SiO2的粒徑都較小，納米SiO2的粒徑甚至達(dá)到了納米級(jí)，比表面積都很大，加上兩種材料對(duì)水的親和力都非常高，從而導(dǎo)致在混凝土制備過(guò)程中，一方面在混凝土流動(dòng)性不變的前提下，其用水量會(huì)相應(yīng)加大；另一方面，兩種材料中的SiO2顆粒會(huì)吸附大量的游離水分子，使其變成吸附水分子，游離水的減少，會(huì)很明顯的降低混凝土的泌水現(xiàn)象。

3　微硅粉與納米SiO2增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)分析

三種混凝土相同配合比、相同養(yǎng)護(hù)條件下，7d及28d齡期的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　微硅粉與納米SiO2增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表1中可以得出：摻入微硅粉，其7d及28d齡期下的抗壓強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)一定程度的提高，與未摻時(shí)相比，7d抗壓強(qiáng)度可提高4.4％，28d抗壓強(qiáng)度可以提高2.1％；而摻加納米SiO2之后，與相同的齡期和養(yǎng)護(hù)條件下的微硅粉補(bǔ)償收縮混凝土想比，其混凝土的抗壓強(qiáng)度提高得更加明顯，與基準(zhǔn)混凝土相比，其7d抗壓強(qiáng)度可提高24.8％，28d抗壓強(qiáng)度則提高了9.4％。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，不難看出，摻加微硅粉，其7d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到28d的64.3％，與基準(zhǔn)配比混凝土相比，提高了1.5％；摻加納米SiO2，其7d抗壓強(qiáng)度則可以達(dá)到28d的71.7％，提高約9％，提高幅度較大。這說(shuō)明摻入納米SiO2之后，其不僅能對(duì)基準(zhǔn)配比混凝土的抗壓強(qiáng)度起到明顯增強(qiáng)作用，而且還起到了非常顯著的早強(qiáng)效果。

4　微硅粉與納米SiO2增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土抗拉強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)分析

三種混凝土相同配合比、相同養(yǎng)護(hù)條件下，7d及28d齡期的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　微硅粉與納米SiO2增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

摻入微硅粉，與基準(zhǔn)配比混凝土相比，7d劈裂抗拉強(qiáng)度可提高4.1％，28d劈裂抗拉強(qiáng)度提高了4.3％；而摻入納米SiO2后，與基準(zhǔn)配比混凝土相比，7d抗拉強(qiáng)度可提高6.7％，28d抗拉強(qiáng)度則提高了5.6％，這說(shuō)明：摻加1.2％的納米SiO2，其對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果優(yōu)于微硅粉。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，摻加微硅粉和納米SiO2，其對(duì)應(yīng)混凝土在劈裂抗拉強(qiáng)度方面的早強(qiáng)作用，并不像其在抗壓強(qiáng)度方面那樣顯著，幾乎不起早強(qiáng)作用。

5　機(jī)理探討

是什么原因?qū)е聯(lián)郊蛹{米SiO2之后，其混凝土表現(xiàn)出來(lái)的的增強(qiáng)和早強(qiáng)效果要比相同摻量、相同配合比、相同養(yǎng)護(hù)條件、相同齡期下的微硅粉更加顯著呢？首先，微硅粉在混凝土中表現(xiàn)出來(lái)的增強(qiáng)和早強(qiáng)效果是由于其火山灰效應(yīng)及填充效應(yīng)[2]，而其機(jī)理歸根結(jié)底由于其中的微米級(jí)SiO2產(chǎn)生的，所以微硅粉中SiO2的含量和細(xì)度是其主要的質(zhì)量指標(biāo)，SiO2的含量越高，細(xì)度越小，其活性就越大，微硅粉對(duì)混凝土的增強(qiáng)和早強(qiáng)效果也就越明顯。而納米SiO2與微硅粉相比，其粒徑達(dá)到納米級(jí)，其比表面積也就更大，表面效應(yīng)更顯著，在其表面原子配位嚴(yán)重不足的情況下，將會(huì)導(dǎo)致大量的懸鍵和不飽和鍵，使之處于較大的熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)，表面較高的活性，使得其非常容易與其它原子相結(jié)合，不斷催化Ca（OH）2的消耗，火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)更加明顯。

6　結(jié)論

（1）在補(bǔ)償收縮混凝土中分別摻加微硅粉和納米SiO2，都能增強(qiáng)混凝土的抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度，且在抗壓方面，其早強(qiáng)效果明顯。相同摻量、相同配合比、相同養(yǎng)護(hù)條件、相同齡期下的納米SiO2比微硅粉的增強(qiáng)和早強(qiáng)效果更明顯，摻入納米SiO2，其混凝土7d和28d齡期下抗壓強(qiáng)度分別可提高24.8％和9.4％。

（2）目前微硅粉在防滲抗裂混凝土中被廣泛采用，而納米SiO2相對(duì)昂貴，應(yīng)用較少，需要不斷深入地優(yōu)化納米級(jí)材料的制備方法，降低其制備成本，才能使其優(yōu)良的材料性能在高性能混凝土中得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]崔朋勃.膨脹劑對(duì)噴射補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2010，5（10）：45～47.

[2]蒲心誠(chéng)，王勇威.高效活性礦物摻料與混凝土的高性能化[J].混凝土，2002（2）：3～6.

TU528

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2015-6-22