【摘要】 事实上，由于其尺寸极小的颗粒，nS可以填充水泥和硅灰颗粒之间的空隙，导致更高的填充水平（“填料”效应），并产生更致密的结合基质，具有更多的硅酸钙水合物（C-S-H）。

超高性能混凝土（UHPC）是过去十年中发展起来的最有前途的混凝土类型之一。这种创新的高科技材料的特点是致密的微观结构，既具有超高抗压强度，又具有超高耐久性。UHPC的主要成分含有大量水泥，通常在800至1100 kg/m3之间，大约是普通混凝土中水泥量的三到四倍[5]。

 

因此，将水泥与高火山灰细材料（如纳米二氧化硅（nS））混合是减少UHPC配比中高体积水泥的合适选择。然而，UHPC的效率尤其取决于其密度。事实上，通过优化颗粒填充，可以达到混凝土基体的超高固结度。这可以通过在混合物中加入细颗粒和粗颗粒的均匀梯度，实现几乎“完美”的粒度分布。在这个范围内，使用nS作为火山灰添加剂是非常有效的。

 

事实上，由于其尺寸极小的颗粒，nS可以填充水泥和硅灰颗粒之间的空隙，导致更高的填充水平（“填料”效应），并产生更致密的结合基质，具有更多的硅酸钙水合物（C-S-H）。因此，获得了耐久性和机械性能的显著改善。李等人[1]表明，掺入nS可以提高混凝土的抗压强度和抗弯强度。

 

Collepardi等人[2]还研究了添加硅灰、粉煤灰和nS的混凝土。得出的结论是，这种三元组合的混凝土在强度和耐久性方面比仅使用粉煤灰的混凝土具有更好的性能，但与仅使用硅灰的混凝土相似。Li[3]还发现，nS的添加会增加早期力量和长期力量。Aly等人[4]报道称，与普通砂浆相比，将胶体nS和废玻璃的混合组合掺入水泥砂浆中可提高机械性能。

 

使用I型52.5R硅酸盐水泥。采用添加比面积为18.41m2/g的硅粉（SF）和添加平均粒径为15nm的nS。表1显示了水泥和硅灰的一些物理和化学性质，表2总结了nS的性质。nS颗粒的SEM显微照片也如图1所示，可以看出nS颗粒呈现球形。所使用的骨料为最大骨料尺寸为0.6毫米的硅质砂。所采用的混合物是聚羧酸基高效减水剂（SP），其固体含量在28.5和31.5重量%之间，密度在1.067-1.107 g/cm3之间。

 

图1 nS颗粒的SEM显微照片

 

虽然混凝土通常根据抗压强度和坍落度进行规定，但众所周知，耐久性受混凝土的传输特性（如扩散性、渗透性和吸附性）的影响最大。混凝土的传输特性由其孔隙结构的特性决定。总孔隙度、孔径、孔隙连通性和孔隙饱和度都是影响传输系数的参数。吸附性和渗透性是本研究中考虑的主要传输特性，它们都受到孔径和孔隙连通性的影响。

 

本研究对混凝土中液体传输的不同机制进行了评估，如下所述。根据ASTM：C-1585标准进行吸水性测试。在28天时，制备了三个标准尺寸为100 mm直径和5 mm高度的样本。然后，按照ASTM：C 642-06中描述的干燥程序，在105℃下对混凝土试样进行烘箱干燥，直到获得恒定质量。将样品密封并放置在纸板容器底部的支架上。水位保持在支撑装置顶部上方1-3 mm处。吸附试验的示意图如图2所示。

 

图2 吸附性试验示意图

 

[1] Li H, Xiao H, Yuan J, Jinping O. Microstructure of cement mortar with nanoparticles. Compos B: Eng 2004;35:185–9.

[2] Collepardi M, Collepardi S, Skarp U, Troli R. Optimization of silica fume, fly ash and amorphous nano-silica in superplasticized high-performance concretes. ACI Mater J 2004:495–506.

[3] Li G. Properties of high-volume fly ash concrete incorporating nano-SiO2. Cem Concr Res 2004;34:1043–9.

[4] Aly M, Hashmi MSJ, Olabi AG, Messeiry M, Abadir EF, Hussain AI. Effect of colloidal nano-silica on the mechanical and physical behaviour of waste–glass cement mortar. Mater Des 2012;33:127–35.

 

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。