纳米金属氧化物对水泥基材料耐久性的影响
发布时间：2021-12-29 19:48
为明确纳米金属氧化物对水泥基材料耐久性的改性作用,采用纳米Al2O3、MgO、Fe3O4、CuO和Fe2O3等质量替代水泥,研究了5种纳米金属氧化物对水泥基材料孔隙率、干燥收缩、渗透系数和吸水率的影响。结果表明,纳米金属氧化物能降低水泥基材料的孔隙率、干燥收缩和渗透系数,掺量越大,孔隙率、干燥收缩和渗透系数的降低率越大,且干燥收缩与孔隙率呈线性关系。纳米Fe2O3和Al2O3能降低水泥基材料的吸水率,但纳米Fe3O4、CuO和MgO呈现相反的规律。综合发现,纳米Fe2O3、Al2O3和MgO能发挥表面活性效应,纳米Fe3O4和CuO主要以填充作用为主。
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
孔隙率与干燥收缩、渗透性能和吸水率的相关性
水泥基材料水化后，除了形成水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物外，更重要的是形成了不同尺寸的孔隙。纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO等质量替代水泥后，水泥基材料孔隙率的变化规律见图1。由图1可看出，纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO等质量替代1%、2%、4%水泥后，能明显降低水泥基材料的孔隙率。养护龄期为3d且掺量为4%时，纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO水泥基材料的孔隙率约比纯水泥基材料降低了14.2%、21.2%、16.4%、18.2%、15.3%，其影响大小排序为纳米Al2O3>纳米CuO>纳米Fe3O4>纳米MgO>纳米Fe2O3，但5种纳米金属氧化物之间的影响不大，仅相差7%。养护龄期延长至28d后，纯水泥基材料和5种纳米金属氧化物水泥基材料的孔隙率均存在降低的趋势。4%纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO水泥基材料的孔隙率约比纯水泥基材料降低了12.3%、17.7%、14.8%、14.3%、15.8%，其影响大小排序为纳米Al2O3>纳米MgO>纳米Fe3O4>纳米CuO>纳米Fe2O3。养护龄期从3d增加至28d，纯水泥基材料的孔隙率降低了25.9%,5种纳米金属氧化物水泥基材料在掺量为4%时约降低了22.3%～26.3%，其中纳米MgO的降幅最大。发生此现象的主要原因是纳米金属氧化物较细（30nm），比有害孔、多害孔的尺寸小，能填充于凝胶孔中，达到降低水泥基材料孔隙率的目的。NAZARIAL I等[4]也证实纳米Al2O3能够降低混凝土的孔隙率，即使纳米Al2O3的晶种不同，仍表现出同样的变化规律。YAZDI N ADDOLI等[11]通过SEM测试发现，纳米Fe2O3能填充于凝胶孔中，促进氢氧化钙和水化硅酸钙的形成。MADANDOUST RAHMAT等[12]研究亦发现掺入纳米Fe2O3能提高砂浆的孔隙率，且发现纳米CuO的掺入也能降低砂浆的孔隙率。另外，由于纳米Al2O3能够参与水泥的水化，形成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物，从而增强水泥基材料的粘结力，降低其孔隙率。纳米MgO与纳米Al2O3类似，在Ca(OH)2的激发下，形成具有体积膨胀的Mg(OH)2，由于无侧限约束，因此对水泥基材料孔隙率的降幅较纳米Al2O3差。纳米Fe2O3、Fe3O4、CuO不能参与水泥的二次水化反应，但颗粒细吸附强，可在水泥基材料中形成位垒差促进水泥颗粒的水化。另外，由于极细的纳米金属氧化物颗粒能发挥填充作用，进而提高了水泥基材料的密实度，降低其孔隙率。3.2 干燥收缩
纳米金属氧化物对水泥基材料干燥收缩的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米CuO改性水泥基材料力学与耐久性的试验研究[J]. 吴福飞,赵振华,董双快,刘春梅,周开州. 水资源与水工程学报. 2019(04)
[2]纳米SiO2与粉煤灰的增强效应对透水混凝土性能的影响[J]. 荀永宁,冯泽慧,巫广义,王曙光. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]纳米金属氧化物混凝土的冲击力学性能研究[J]. 彭光,许金余,白二雷,朱靖塞,孟博旭. 建筑科学. 2019(01)
本文编号：3556767
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
孔隙率与干燥收缩、渗透性能和吸水率的相关性
水泥基材料水化后，除了形成水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物外，更重要的是形成了不同尺寸的孔隙。纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO等质量替代水泥后，水泥基材料孔隙率的变化规律见图1。由图1可看出，纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO等质量替代1%、2%、4%水泥后，能明显降低水泥基材料的孔隙率。养护龄期为3d且掺量为4%时，纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO水泥基材料的孔隙率约比纯水泥基材料降低了14.2%、21.2%、16.4%、18.2%、15.3%，其影响大小排序为纳米Al2O3>纳米CuO>纳米Fe3O4>纳米MgO>纳米Fe2O3，但5种纳米金属氧化物之间的影响不大，仅相差7%。养护龄期延长至28d后，纯水泥基材料和5种纳米金属氧化物水泥基材料的孔隙率均存在降低的趋势。4%纳米Fe2O3、Al2O3、Fe3O4、CuO、MgO水泥基材料的孔隙率约比纯水泥基材料降低了12.3%、17.7%、14.8%、14.3%、15.8%，其影响大小排序为纳米Al2O3>纳米MgO>纳米Fe3O4>纳米CuO>纳米Fe2O3。养护龄期从3d增加至28d，纯水泥基材料的孔隙率降低了25.9%,5种纳米金属氧化物水泥基材料在掺量为4%时约降低了22.3%～26.3%，其中纳米MgO的降幅最大。发生此现象的主要原因是纳米金属氧化物较细（30nm），比有害孔、多害孔的尺寸小，能填充于凝胶孔中，达到降低水泥基材料孔隙率的目的。NAZARIAL I等[4]也证实纳米Al2O3能够降低混凝土的孔隙率，即使纳米Al2O3的晶种不同，仍表现出同样的变化规律。YAZDI N ADDOLI等[11]通过SEM测试发现，纳米Fe2O3能填充于凝胶孔中，促进氢氧化钙和水化硅酸钙的形成。MADANDOUST RAHMAT等[12]研究亦发现掺入纳米Fe2O3能提高砂浆的孔隙率，且发现纳米CuO的掺入也能降低砂浆的孔隙率。另外，由于纳米Al2O3能够参与水泥的水化，形成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物，从而增强水泥基材料的粘结力，降低其孔隙率。纳米MgO与纳米Al2O3类似，在Ca(OH)2的激发下，形成具有体积膨胀的Mg(OH)2，由于无侧限约束，因此对水泥基材料孔隙率的降幅较纳米Al2O3差。纳米Fe2O3、Fe3O4、CuO不能参与水泥的二次水化反应，但颗粒细吸附强，可在水泥基材料中形成位垒差促进水泥颗粒的水化。另外，由于极细的纳米金属氧化物颗粒能发挥填充作用，进而提高了水泥基材料的密实度，降低其孔隙率。3.2 干燥收缩
纳米金属氧化物对水泥基材料干燥收缩的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米CuO改性水泥基材料力学与耐久性的试验研究[J]. 吴福飞,赵振华,董双快,刘春梅,周开州. 水资源与水工程学报. 2019(04)
[2]纳米SiO2与粉煤灰的增强效应对透水混凝土性能的影响[J]. 荀永宁,冯泽慧,巫广义,王曙光. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]纳米金属氧化物混凝土的冲击力学性能研究[J]. 彭光,许金余,白二雷,朱靖塞,孟博旭. 建筑科学. 2019(01)
本文编号：3556767
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