纳米SiO_2对水工混凝土耐久性影响试验研究.pdf
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1、 3 3卷第 7期 2 0 I t F 7月 人民黄河 YELL0W RI VER Vo 1 3 3 N o 7 J u 1 2 01 1 【 水利水电工 程 】 纳米 S i O 2对水工混凝土耐久性影响试验研究 黄功学 , 谢晓鹏 ( 1 华北水利水电学院 水利职业学院, 河南 郑州4 5 0 0 0 8 ; 2 郑州航空工业管理学院, 河南 郑州 4 5 0 0 1 5 ) 摘要 : 纳米 S i O , 是一种具有表面效应、 小尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性能的新材料。采用影响水工混凝土 耐久性因素的对比试验, 分析 了纳米 S i O ,对水工混凝土抗裂、 抗渗、 抗冻等性能的影
2、响及作用机理。结果表明: 纳米 S i O 可以改善混凝土的微观结构和综合性能, 能够封堵混凝土 内部孔隙, 增强其抗裂性, 提高混凝土抗渗 、 抗冻、 抗化学 侵蚀 、 抗 冲磨等性 能, 从而提 高水工混凝土的耐久性。 关键词 :纳米 S i O , ;耐久性 ;抗压 强度 ;劈拉 强度 ;抗渗性能 ;水 工混凝土 中图分类号 :T U 3 1 7 ; T V 4 3 1 3 文献标识码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 1 0 7 0 5 2 Ex pe r i me nt a l St ud y o n t
3、he Ef jF e c t o f Na n o- Si O2 t o Dur a bi l i t y i n Hy d r a ul i c Co nc r e t e HUANG Go n g x ue , XI E Xi n o p e n g ( 1 V o c a t i o n a l C o l l e g e o f W a t e r C o use r v a n c y N o r t h C h i n a I nst i t u t e of Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o e l e c t r i
4、c P o w e r , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 8 , C h i n a ; 2 Z h e n g z h o uI n s t i t u t eofA e r o n a u t i c a l I n d u s t r yMa n a g e m e n t , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Na n o S i O2 i s t he n e w ma t e r i a l wh i c h h a s pa r t i c u l a r p r o
5、 p e i e s , s u c h a s s u r f a c e e ffe c t , s ma l l s i z e e ffe c t a n d ma c r o q u a n t u m t u n n e l e ffe c t a n d S O I m r h e p e ff o ml a n c e a n d me c h a n i s m o fn a n o S i O2 o n c r a c k r e s i s t a n c e , i mp e r me a b i l i t y, f r o s t r e s i s t a n c
6、 e o f h y d r a u l ic c o n c r e t e a r e a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t n a n o - S i O2 h a s a n e v i d e n t i mp r o v e me n t o n c o n c r e t e mi c r o s t r u c t u r e a n d t h e wh o l e p e rfo r ma n c e s Na n o S i O2 c a n s e a l t h e h o le s o f c o n
7、 c r e t e Th e d u r a b i l i t y o f h y d r a u l i c c o n c r e t e i s i mp r o v e d b y i mp r o v i n g t h e p r o p e r t i e s o f c r a c k r e s i s t a n c e , i mp e r me a b i l i t y, f r o s t r e s i s t a n c e, r e s i s t a n c e t t ) c h e mi c a l a t t a c k a n d a n t i
8、 e r o s i o n o f c o n c r e t e Ke y wo r d s : n a n o S i O2 ;d u r a b i l i t y;c o mp r e s s i o n s t r e n g t h;s p l i t s t r e n g t h;r e s i s t a n c e t h r o u g h p e ffo r n mn e e ;h y d r a u l i c c o n c r e t e 水 J 混凝土通常需要承受环境水的作用( 如水的渗入、 冲 J |Ij 1 j 、 冻融 、 侵蚀等) , 其工作环境比其他
9、建筑物混凝土所处环境 更为恶劣 和复 杂 , 改善 水工混 凝 土 的耐久 性 成 为研究 的热 点。纳米材料是一种新材料, 随着对其材料特性研究的不断深 入, 纳水材料生产成本逐渐降低, 其应用领域越来越广。笔者 通过对 比试验研究 了纳米 S i O , 在改 善水工混 凝土耐 久性方 面 的作 川 1 纳米材料的特性 纳米材料是指 由尺寸 为 0 1 1 0 0 n m 的纳米 粒子 构成 的 材料的总称 由于纳米粒子处在原 子簇和宏观物体交界的过 渡区域, 具有表面效应 、 小尺寸效应和宏观量子隧道效应, 因此 纳米材料具有异于普通材料的光、 电、 磁、 热、 力学、 机械等性 能 根
10、据物理形态的不同可将纳米材料大致分为纳米粉末 、 纳米纤维、 纳米膜 、 纳米块体和纳米相分离液体等 5类。目前 心用于混凝中的纳米材料主要是纳米矿粉, 包括纳米 S i O 。 、 纳米 C a ( X ) 等。 纳米 S i t ) 分 f状态呈一维链状结构 , 因表面欠氧而偏离 rf 急 态的砘瓴结卡 勾, 分子式为 S i O : 。纳米 S i O 为无定形物 ,S i ( ) 量在 9 9 9 以 1 , 粒径仪为 1 02 5 I II 1 l , 足 一种较佳 1 的改善混凝 土性 能的高效 活性掺 和料 , 完全可 用于水泥基 复合 材料的制备。 2 试验原料及方案 2 1
11、试验原料 水泥为4 2 5 R普通硅酸盐水泥; 粗骨料采用人工碎石, 粒 径为52 0 i n m, 表观密度为 2 9 2 c m ; 细骨料采用中粗天然 河砂 , 级配 良好 ; 减水 剂采 用 J M A型萘 系 高效减 水剂 , 掺 量 为水泥用量的 0 5 ; 纳 米材料 采用上 海某材料 有限公 司生产 的纳米 S i O , 。 2 2 试验方案 基体混凝土设计强度等级为 C 4 0 , 水灰比为 0 4 , 配合比为 水泥: 砂: 石: 水 :5 3 8 : 5 4 6 : 1 0 6 1 : 2 1 5 。纳米 S i O ,的掺量分别 为水泥用量的 1 、 3 、 5 。试
12、件尺寸、 试件制作与养护 、 混凝 土抗压强度、 劈拉强度 、 抗渗、 抗冻、 抗化学侵蚀 、 抗冲磨试验按 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 中有关规定进行。 收稿 日期 ; 2 0 1 0 0 3 - 0 2 作者简介: 黄功学( 1 9 6 3 一) , 男, 河南固始人, 高级讲师, 硕士, 主要从事混凝土 结构的教学和研 究工作 E ma il : h u a n g g o n u e 1 2 6 C O ll l 人 民 黄 河2 0 1 1 年第 7期 3 试验过程及结果分析 ( 1 ) 纳米 S i O : 对水工混凝土抗裂性能的影响。混凝土的
13、 受压破坏实质是混凝土内裂缝的发展 即主拉应力超过混凝 土抗拉强度而产生的破坏 , 混凝土抗压强度反映混凝土的抗裂 能力 , 混凝土劈拉强度是混凝土抗拉强度的指标。通过混凝土 抗压强度试验和劈拉强度试验来分析纳米 S i O 对水工混凝土 抗裂性能的影响, 混凝土试件龄期为 2 8 d , 每组试验 3个试件, 每组试验结果取 3个试件结果的平均值。进行抗压强度试验 时试件端部不抹油脂, 压力试验机以0 30 5 MP a f s的速度 连续而均匀地加荷; 进行劈拉强度试验时压力试验机以0 0 4 0 0 6 MP a f s 的速度连续而均匀地加荷。混凝土抗压强度试验 和劈拉强度试验结果见表
14、 1 、 表 2 。 表 1混凝土抗压强度试验结果 表 2混凝土劈拉强度试验结 果 由表 1 、 表2可以看出: 混凝土的抗压强度和劈拉强度随着 纳米 S i O : 掺量的增加而增大; 纳米 S i O 掺量为 1 、 3 、 5 时 混凝 土 的 7 d抗压 强度 比普通 混凝 土分 别提 高 了 1 1 、 2 0 8 、 2 9 3 , 2 8 d抗 压强 度 比普通混 凝 土分别 提高 了 4 5 、 1 5 3 、 2 8 ; 纳米 S i O 2掺量为 1 、 3 、 5 时混凝 土的 7 d劈拉强度 比普通混凝土分别提高了 1 3 8 、 2 4 1 、 2 9 3 , 2 8
15、 d劈拉 强度 比普通 混凝 土分 别提 高 了 7 7 、 1 5 4 、 2 0 5 。同时还可以看 出, 纳米 S i O 2 使混凝土早期强 度提高较快。混凝土早期强度和整体强度的提高能较好地抵 御收缩应力 , 提高抗裂能力 , 减少裂缝的尺度和数量, 这对改善 混凝土的物理力学性能和耐久性能影响很大。 ( 2 ) 纳米 S i O 对水工混凝土抗渗性能的影响。进行抗渗 性试验的混凝土试件的龄期为 2 8 d , 每组试验 6个试件, 每组 试验结果取 6个试件结果的平均值。对试件一次性加压, 恒定 水压为 1 2 MP a , 持续加压 2 4 h后 , 用压力机劈开试件, 测量渗
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