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        納米材料對(duì)超高性能混凝土強(qiáng)度的影響

        2018-08-30 00:45:42李起典江森利顏成華楊?yuàn)蕵?/span>
        四川水泥 2018年9期
        關(guān)鍵詞:抗折減水劑納米材料

        李起典 江森利 顏成華 楊?yuàn)蕵?/p>

        (連云港市天豪基礎(chǔ)工程有限公司, 江蘇 連云港 222000)

        0 前言

        分析和研究了超高性能混凝土材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性受納米材料含量和種類的影響。超高性能混凝土不但具有高韌性和超高的強(qiáng)度,而且耐久性能也比較高,無論在石油和土木以及核電,還是海洋和市政等相關(guān)的設(shè)施中,應(yīng)用前景都非常廣闊,許多學(xué)者也在對(duì)期進(jìn)行分析和研究[1]。二十世紀(jì) 70年代初,在巖石和混凝土材料等動(dòng)態(tài)力性能上,已經(jīng)開始應(yīng)用試驗(yàn)分離子Hopkinson壓桿的裝置。從當(dāng)前來看,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用分離子Hopkinson壓桿。

        1 超高性能混凝土實(shí)驗(yàn)

        1.1 原材料和性能

        普通硅酸鹽水泥P·O52.5級(jí);10~20目石英砂,0.9~2毫米的粒徑范圍;灰白色硅灰粉末,88納米的平均粒徑,比表面積為每克18.5×104平方厘米;325目密度為每平方厘米2.626克;白色的納米CaCO3粉末,60納米的平均料徑;I級(jí)灰色粉末的粉煤灰,白色納米SiO2絮狀物,平均10納米粒徑;FOX-8HP型聚羧減水劑為高效減水劑,粉末為粉紅色,摻量適宜1.5%,減水率>30%。

        1.2 實(shí)驗(yàn)制備和養(yǎng)護(hù)以及實(shí)驗(yàn)方法

        1 試樣基準(zhǔn)的配合比

        水泥1.0、石英粉0.2、研英砂1.1、粉煤灰0.1、硅灰0.2、水膠比0.16

        和減水劑1.5%。

        2 攪拌成型

        將稱量好的硅灰和石英砂接照配合比混合以后,倒進(jìn)攪拌水泥膠砂的鍋內(nèi),

        攪拌5分鐘,再將粉煤灰和水泥以及納米和石英粉材料加入,攪拌5分鐘;將溶有一半用水量的減水劑加入其中,進(jìn)行 3分鐘攪拌;再將另一半的用水量倒進(jìn)進(jìn)行攪拌6分鐘;澆模成型,在40×40×160毫米的三聯(lián)聯(lián)模中,澆注拌合物,將其在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型,振動(dòng)的頻率通常為50赫茲[2]。

        3 養(yǎng)護(hù)

        成型以后,把試件移到(20±2)℃養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行24小時(shí)的養(yǎng)護(hù)再拆模,

        各個(gè)試件都要分別進(jìn)行,(20±2)℃~齡期為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù);標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)48小時(shí)養(yǎng)護(hù)在90℃熱水中,取出~規(guī)定齡期為熱水養(yǎng)護(hù)。

        4 實(shí)驗(yàn)

        有效運(yùn)用跳桌法,根據(jù)《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》GB2419-81來對(duì)拌合物的流動(dòng)度進(jìn)行測(cè)定;根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度度檢驗(yàn)方法》GB177-85來將試件抗折和抗壓的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定[3]。

        1.3 結(jié)果和分析

        (一)納米CaCO3影響UHPC的強(qiáng)度

        實(shí)驗(yàn)A組將不同摻量NC影響的UHPC的強(qiáng)度進(jìn)行了分析和研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及配合比,見表1所求。

        表1 納米CaCO3影響UHPC的強(qiáng)度

        從表中可以看出,將納米CaCO3摻入以后,下降了UHPC的流動(dòng)性,但是,也提升了抗折和抗壓的強(qiáng)度,與摻量4%效果進(jìn)行比較,摻量3%更好一點(diǎn),與28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度相比較,7天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度增長(zhǎng)的幅度要比較大一些,試件熱水養(yǎng)護(hù)以后,抗折和抗壓的強(qiáng)度,幅度都比試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)高摻入NC量為3%、水膠0.16,熱水養(yǎng)護(hù)48小時(shí)以后,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)~28小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到163.8MPa,抗折達(dá)到32.2,具有很顯著的效果,原因就是水泥結(jié)構(gòu)中加入NC,使C3S水化得到促進(jìn),將結(jié)構(gòu)形式改變了,水泥石體系中,料粒子的粘合提升了,混凝土微觀的結(jié)構(gòu)改善了,從而使UHPC的強(qiáng)度得以有效地提升。

        (二)納米SiO2影響UHPC的強(qiáng)度

        納米 SiO2屬于非晶體物質(zhì),在水泥材料中,與其他的礦物粉復(fù)合進(jìn)行應(yīng)用,可以將網(wǎng)絡(luò)交織狀骨架的結(jié)構(gòu)形成,由致密的產(chǎn)物在骨架結(jié)構(gòu)中間將二級(jí)界顯微結(jié)構(gòu)填充,致使水泥水化得以促進(jìn),從而使早期水泥砂漿強(qiáng)度得以提升。納米SiO2既能夠提升均勻性和致密性,又能夠提升早期水泥漿體的強(qiáng)度,所以,將納米SiO2摻入以后,不但能夠?qū)⒕鶆蛐院椭旅苄愿纳?,而且,還能夠?qū)?UHPC微觀結(jié)構(gòu)改善,致使具有更好地填充顆粒效果和更密實(shí)的微觀結(jié)構(gòu),從而使混凝土強(qiáng)度得以提升的目的得以實(shí)現(xiàn)。摻入不同量的NS,影響UHPC的強(qiáng)度也不同[4]。

        (三)分析摻入納米材料UHPC的微觀形貌

        運(yùn)用掃描電子顯微鏡來顯微結(jié)構(gòu)觀察超高性能混凝土,運(yùn)用掃描電鏡JSM-6700LV和掃描電鏡FEIQuanta200FEG,以高真空模式對(duì)48小時(shí)熱水養(yǎng)護(hù)以后~7天納米材料摻入的UHPC樣品微觀的形貌。

        將納米CaCO3摻入熱水養(yǎng)護(hù)以后,水泥石中C-S-H凝膠是主要的生成水化產(chǎn)物大量很小顆料狀的NC呈現(xiàn)在表面上,這些NC顆粒通常在斷裂面有一半露出,水泥漿體中嵌固了另一半,NC的表面效應(yīng)與微集料比較明顯,但是,漿體致密不怎么均勻,大孔隙很難看到,并且能夠?qū)⑵瑺畹乃a(chǎn)物Ca(OH)2生成,但是比較少,也就是說加入NC,促進(jìn)了水泥的水化,水泥水化反應(yīng)的速度加快了,此外,熱水養(yǎng)護(hù)的條件下,因?yàn)闈{體水膠過低,所需要的大量的結(jié)晶水鈣礬石沒有形成。

        從實(shí)驗(yàn)可以看出,納米材料摻入以后,UHPC抗折強(qiáng)度>20MPa,同時(shí)也加大了折壓比,混凝土既明顯提升了抗折強(qiáng)度,又有效地改善了界面,也提升了斷裂韌性,從而增韌了納米材料的效果[5]。

        (四)養(yǎng)護(hù)制度影響UHPC

        拌合和振搗混凝土密實(shí)成型以后,需要養(yǎng)護(hù)試件,為了能夠順利地水化膠凝材料,致使早期和后期都能夠有較高的強(qiáng)度產(chǎn)生,必須要將合理養(yǎng)護(hù)的制度選擇。通過研究了解到,針對(duì)于 UHPC養(yǎng)護(hù)條件具有很大的影響,UHPC組分中無論是粉煤灰和硅灰,還是納米 SiO2等相關(guān)的火山灰集料,尤其石英粉活性的發(fā)揮,都需要在一定溫度的作用條件下,石英粉在常溫下很難充分發(fā)揮,只是填充的作用,因此,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,UHPC強(qiáng)度要比其熱水養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度要低[6]。

        2 總結(jié)

        綜上所述,在水泥基復(fù)合材料中,均勻地將納米顆粒分散是很難做到的,摻入基體中以后,容易結(jié)團(tuán),致使提升UHPC強(qiáng)度在一定的程度上受到了限制,所以,將分散納米粒子怎樣進(jìn)行改善,均勻地分散UHPC,能夠很大程度地將混凝土強(qiáng)度有效地提升,必須要進(jìn)一步地分析和研究。

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