纳米SiO2分散液对水泥基材料性能的影响及机理

孔德玉，许焰炜，苏 勇,3，黄森乐，蔡奖权

(1.浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州 310023；2.浙江加州纳米研究院 台州分院，浙江 台州 318000；3.湖北省城建设计院股份有限公司，湖北 武汉 430050；4.浙江中能工程检测有限公司，浙江 杭州 311006)

近年来，大量研究表明：纳米SiO2具有较好的火山灰活性和填充效应，在水泥基材料中掺入纳米SiO2，可更有效改善硬化水泥基材料的微观结构，提高硬化水泥基材料的物理力学性能和耐久性能[1-12]。然而，纳米SiO2具有极高的表面活性，其比表面积巨大，因而纳米SiO2粉体通常以团聚体颗粒形式存在。直接掺加这种团聚的纳米SiO2对新拌水泥基材料的流动性影响较大[13]；同时，团聚粒径较大的颗粒，虽然其火山灰效应可吸收水泥水化产物氢氧化钙，形成C-S-H凝胶，在一定程度上可提高硬化水泥基材料强度和耐久性，但颗粒本身的强度却较低，其增强作用明显不如团聚粒径较小的颗粒[14]。

除纳米粉体外，工业上应用广泛的硅溶胶是纳米SiO2的另一种存在形式[15]。然而，研究发现[16-17]虽然溶胶形式的纳米SiO2在溶胶中以单分散颗粒存在，但在水泥基材料中掺加的硅溶胶纳米粒子，在水泥与水接触后立即水化形成的离子作用下，极易失去稳定性，形成絮凝体甚至凝胶体，这不仅导致新拌水泥基材料流动性明显下降，而且还会造成水泥水化产物CH异常长大，这种异常长大的CH使硬化水泥基材料在发生溶蚀作用后，留下的孔隙更大，导致其溶蚀后的强度下降更明显[17]。因此，选用一种团聚粒径较大的沉淀法纳米SiO2粉体作为原材料，采用行星球磨机对其进行球磨分散，制备了纳米SiO2分散液，研究了掺纳米SiO2分散液对新拌和硬化水泥基材料性能及机理。……