纳米氧化硅增强混凝土性能与应用Word格式.docx

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第二章纳米SiO2增强混凝土的性能与应用8

2.1.纳米二氧化硅对水泥净浆物理性能影响8

2.2.纳米二氧化硅对混凝土工作性影响9

2.3.纳米二氧化硅对高性能水泥混凝土力学性能的影响14

2.4.纳米二氧化硅对高性能混凝土耐久性影响22

2.4.1掺纳米二氧化硅高性能混凝土的自收缩性能的影响22

2.4.2掺纳米二氧化硅高性能混凝土的抗冻耐久性的影响24

2,4,3混凝土受冻破坏机理25

2.4.4抗冻耐久性试验方法26

2.4.5小结27

2.5抗氯离子渗透性能27

2.5.1高性能混凝土的渗透性27

2.5.2渗透性实验方法28

2.5.3小结28

第三章结论与展望29

参考文献30

致谢31

摘要

绿色高性能与可持续发展、超复合化、高强高性能化、高功能、智能化等是水泥混凝土发展的主要方向。

而高性能水泥混凝土存在的主要问题之一是长期耐久性问题,随着资源、能源问题的日益突出,高性能水泥混凝土的生命过程与资源环境的相互关系也值得深入研究。

因此,研究提高高性能水泥混凝土的耐久性能的方法和途径、研究高性能水泥混凝土与环境的相互作用具有重大的现实意义。

另一方面,目前纳米技术已渗入到力学、药物学、生物学、物理学、化学、材料学、机械学等诸多学科领域,在国防、电子、化工、轻工、航天航空、生物和医学等领域中开拓了广阔的应用前景,被认为是21世纪最有前途的材料。

本论文详细介绍了由于纳米二氧化硅的掺入对混凝土性能的影响，结果表明:

掺入纳米二氧化硅能够降低混凝土的坍落度与扩展度;

能够提高混凝土的早期抗压强度,对后期强度影响不明显;

能够增大混凝土的自收缩应变;

能够提高混凝土的抗渗透性和抗冻耐久性。

关键词：

高性能混凝土;

纳米二氧化硅;

耐久性

Abstract

Green,highperformance,sustainabledevelopment,supercompounding,highstrengthandperformance,andhighfunctionalintelligenceetcarethemaindirectionsoftheconcretedevelopment.Oneofthemajorproblemsofhigh-performanceconcreteisthelongdurability.Withtheresourceandenergyproblemmoreandmoreconspicuous,therelationbetweenthelifeprocessofthehigh-performanceconcreteandtheresourceenvironmentdeservesthedeepresearch.Therefore,itisofgreatpraticalsignificancethattoresearchthemutualactionbetweenthehigh-performanceconcreteandtheenvironment.

Furthermore,thenanotechnologyhaspermeatedtothefieldsofmechanics,pharmacology,biology,physics,chemistry,materialscienceandetc.Itsapplicationhasbeenwidelydevelopedinthefieldsofnationaldefense,electronics,chemicalindustry,spaceflightaviation,biologyandmedicineetc,anditisregardedasthemostpromisingmaterialinthecentury.

Theresults,ingeneralshowedthat:

theadditionofnanosilica（NS）candecreasetheslumpandtheslumpflow,improvetheearlyagecompressivestrength,buthaslittleeffectonlateragestrength.Theautogenousshrinkageofconcretestrainisaugmented,butthechloridepermeabilityresistanceandfrostresistancecanbelargelyimprovedwithadditionofNS.

Keywords:

high-performanceconcrete;

nanosilica;

durability.

第一章绪论

1.1研究背景

随着科学技术的进步和人类活动范围的扩大,建造在严酷环境下的混凝土结构,如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台等的数量不断增加。

该类混凝土结构的施工难度大、耐久性要求高、要求服务年限多在百年之上,一旦出现问题,后果非常严重。

目前,很多发达国家正面临着钢筋混凝土结构老化破坏的问题,需要投入大量的资金进行维修加固甚至更换。

据估计,在工业发达的国家,建筑工业总投资的40%以上用于在役结构的修理和维护,不到60%的投资用于新建建筑。

美国重视混凝土的耐久性是源于1987年的一份国家材料顾问委员会提交的报告。

报告中明确指出,美国有23万座桥梁在设计年限内发生不同程度的破坏,有些使用还不到20年,每年又有3.5万座桥梁加入到破坏的行列,修复或更换这些桥梁破坏部分的费用将是非常大的一笔开支。

我国混凝土的耐久性现状也不容乐观,有些问题与国外相比有过之而无不及。

特别是在一些特殊建筑中,如化工、冶金工业建筑中,有些厂房尚未投产使用就被迫废弃,有的使用几年就丧失了使用能力,为保持其工作能力所花费的维修、加固费用早已超过建筑物的造价。

即使在西方发达国家,从大规模建设到发现大量因耐久性不足导致的混凝土结构物破坏,间隔大约是20年。

我国正处在有史以来最大规模的基础设施建设时期,如果不充分考虑在建混凝土结构物的耐久性,难免会重蹈西方发达国家的覆辙。

结构维修和更换费用的提高迫使人们重视混凝土的耐久性。

从长远来看,延长结构物的使用年限可以保护自然资源、节约能源、减少工业垃圾等重要意义。

用高性能混凝土来代替传统的混凝土结构物和暴露在严酷环境中的特殊构造物,具有显著的经济效益和社会效益。

很多发达国家,如美国、日本、德国、加拿大、挪威等把高性能混凝土作为跨世纪的新材料,加大投入力度进行研究与开发。

高性能混凝土的应用可以延长结构物的安全使用寿命,减少因维修和更换甚至拆除陈旧混凝土结构物所造成的浪费和建筑垃圾。

总体来说,早期的混凝土所用的水泥活性低、水灰比大、强度发展缓慢；

中期的混凝土匀质性差,犹如人“先天不足”、“抵抗力差”，由此引起各种耐久性不良的毛病。

近期的混凝土则因为“营养过剩”,易于开裂,而在更大的程度上导致混凝土整体的匀质性破坏,成为当今国内混凝土结构过早劣化现象的主因。

因此,混凝土作为一种在土木工程中使用最为广泛的大宗建筑材料,随着其应用领域的不断扩大,各种特殊工程对其性能的要求也在不断的提高。

首先强度是混凝土最常规而且也是最主要的一项技术指标,在相当长一段时期内混凝土的强度都直接代表着混凝土发展的技术水平。

随着高层建筑及大跨度桥梁的不断建设与发展,混凝土必然会向着高强度的方向发展。

其次,由于机械施工水平和生产效率的不断提高,混凝土的生产已经走上了商品化的道路,而且混凝土的品种也在不断增多,如泵送混凝土、水下不分散混凝土、免振捣自密实混凝土、智能混凝土等等,这都要求混凝土要有良好的流动性、可泵性、保塑性、保水性等施工性能。

再次,混凝土材料的耐久性能也越来越成为国内外混凝土研究人员关注的热点,良好的耐久性能不仅意味着混凝土材料的寿命延长,而且更重要的是其能适应各种不同的恶劣环境,抵御不同侵蚀介质的破坏,如在大型水利大坝、海洋石油钻井平台等特殊工程中混凝土的耐久性能往往比强度更为重要。

另外,为了适

应新材料的发展趋势,人们还对混凝土的某些特殊功能提出了要求,如超早强、自呼吸、高耐磨、吸声等性能。

高性能是混凝土历史发展的必然阶段和趋势。

当今混凝土的发展必将走向高性能的道路。

1.2纳米材料在混凝土中的应用

1.2.1纳米材料

纳米材料是当今材料科学研究的前沿领域,是指粒径介于1nm～100nm的粒子"

纳米粒子是处在原子簇和宏观物质交界的过渡区域,是一种典型的介观系统,包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种颗粒材料。

随着物质的超细化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了宏观物质材料所不具有的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应,从而使超细粉末与常规颗粒材料相比较具有一系列奇异的物理、化学性质。

纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力己延伸到原子、分子水平,标志着人类科学技术已进入一个新的时代-纳米科技时代。

目前纳米技术已渗入到力学、药物学、生物学、物理学、化学、材料学、机械学等诸多领域,在国防、电子、化工、轻工、航天航空、生物和医学等领域中开拓了广阔的应用前景,被认为是21世纪的最有前途的材料。

1.2.2纳米材料的制备方法

材料的制备是材料科技的前言和重点,纳米颗粒材料不仅可以直接应用,还是许多纳米固体材料的原料,因此纳米材料的制备显得尤为重要。

对于这方面的研究已经比较多,下面就各种方法做简单的阐述。

（1）固相法。

固相法合成纳米材料是采用固相原材料包括金属氧化物、碳化物等经过高温或球磨而获得纳米材料的过程,一般有高能球磨法、高能固相反应法等。

（2）液相法。

液相法制备纳米材料的基本原理是利用预制备产物的盐溶液,经一系列的化学反应、氧化还原反应以及沉淀等过程而得到纳米材料。

液相法具有操作条件易于控制、设备简单、制备成本低、所制的产物颗粒均匀性好、易于工业化等特点。

按反应不同原理和环境的差异可以分为沉淀法、水热合成法、溶剂蒸发法、溶胶凝胶法、微乳液法、超临界流体法。

（3）气相法。

在较高温度下使用固体材料蒸发、蒸气或直接利用气体材料,经化学反应或使气体直接达到过饱和状态,凝聚成固体纳米微粒并收集到纳米材料的方法称为气相法。

气相法是制备纳米粉体、晶须、纤维、薄膜的主要方法,但此法相对而言设备复杂,制备成本高。

气相法可分为冷凝法、真空蒸镀法、混合等离子体法、激光诱导化学气相沉淀法、爆炸丝法、溅射法以及燃烧合成法等。

1.2.3纳米材料的性质

纳米材料的主要特性有:

（1）小尺寸效应。

随着颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

纳米颗粒尺寸小,比表面积大,在熔点、磁学性能、电学性能和光学性能等都较大尺寸颗粒发生了变化,产生出一系列奇异的性质。

如金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,而直径为2nm的金和银的纳米颗粒,其熔点分别降为330℃和100℃。

（2）表面效应。

微粒的直径降低到纳米尺度时,其表面粒子数、表面积和表面能均会大幅增加。

由