表層混凝土納米SiO2改性研究

《表層混凝土納米SiO2改性研究》是依託濟南大學，由侯鵬坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：表層混凝土納米SiO2改性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：侯鵬坤
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

混凝土表層通常最容易受到環境介質的侵蝕，提高其緻密度、最佳化其中水泥石組成可有效提高混凝土抗侵蝕性。申請項目根據納米SiO2可顯著提高水泥石密實度並降低Ca(OH)2含量和凝膠Ca/Si比的前期研究結果，將納米SiO2對水泥石改性用於提高混凝土表層的密實性，通過研究表層混凝土所處環境溫濕度以及孔溶液鹼度作用下的納米SiO2對水泥和其他輔助膠凝材料水化產物以及自身火山灰反應的影響規律，確定有利於提高混凝土表層密實度的凝膠Ca/Si比、水泥石組成、形貌和孔結構；採用螢光示蹤法研究納米SiO2在混凝土中的滲透性以及影響因素，探索提高納米SiO2在混凝土表層中的反應程度和速度的措施；通過巨觀試驗測定納米SiO2改性後混凝土表層抗侵蝕性能的變化規律，確定納米SiO2在混凝土表層改性中的作用。項目研究結果將為混凝土表層改性提供新的思路，相關研究結果還將為有關納米SiO2在水泥混凝土中套用研究提供參考。

結題摘要

混凝土作為最大宗的土木工程材料，其安全長期服役事關結構安全、資源節約利用等重要方面，因此提高水泥基材料耐久性成為人們重點關注的內容。由於混凝土性能劣化通常是由表及里的過程，採用表面防護方式對既有混凝土進行處理是最經濟有效地提高混凝土服役性能的手段。基於項目主持人有關利用納米材料對水泥混凝土進行改性的前期研究基礎，本項目創新性的提出利用納米材料對表層硬化水泥基材料進行表層處理，測定表面處理巨觀效果，分析其對硬化水泥基材料組成和微觀結構的影響規律，比較了其與現有廣泛採用的混凝土表面處理劑的作用差異，探究納米改性的作用機理。項目重點對納米二氧化矽(CNS)及其前驅體(TEOS)對硬化水泥混凝土的表面處理效果進行了研究，結果顯示CNS和TEOS通過填堵和化學反應作用降低表層結構的孔隙率，從而顯著降低其介質傳輸性，且其抗Ca離子流蝕性、抗硫酸鹽侵蝕性、抗凍性均顯著提高。TEOS通過在水泥基材料表面發生原位水解獲得納米二氧化矽，後者發生火山灰反應從而提高表層材料的性能。用XRD和TG研究了CNS、TEOS及常用表面處理劑對水泥基材料礦物組成的影響，結果表明CNS和TEOS都具有火山灰活性，並且TEOS的火山灰活性比CNS要高；矽酸鈉與矽烷也會消耗水泥基材料的水化產物Ca(OH)2。用IR和XPS驗證了CNS、TEOS及常用表面處理劑對水泥基材料凝膠結構的影響，結果表明，CNS與TEOS以及矽酸鈉與水泥基材料的水化產物Ca(OH)2的反應產物為C-S-H凝膠；矽烷與Ca(OH)2發生交叉鍵合，沒有凝膠產生。根據上述研究結果，申請人深入探究了納米技術用於混凝土表層防護的潛在功能，特別涉及利用納米二氧化矽對表面處理劑的功能橋聯作用，創造性的製備了核殼型納米材料，可同時發揮本項目研究結果之納米二氧化矽對硬化水泥基材料的改性作用，以及功能納米材料，如光催化材料、憎水性矽烷等在水泥基材料表面的功能特性，從而實現混凝土的功能化。與傳統意義上的功能化相比，該技術將有效解決功能單元與混凝土的有效粘接問題，具有重要的實用價值。