研究了纳米SiO2对污泥焚烧灰-水泥复合胶凝体系性能的影响,并对其水化程度进行了分析。结果表明:随着污泥焚烧灰掺量的增加,复合胶凝体系的标准稠度用水量增加、凝结时间延长,水泥胶砂流动度降低、抗压和抗折强度降低;纳米SiO2的掺入在一定程度上缩短了复合胶凝体系的凝结时间,提高了水泥胶砂的强度,但对工作性不利;掺入纳米SiO2后,复合胶凝体系7 d内的化学结合水生成量和生成速率较高,纳米SiO2对复合胶凝体系早期水化影响较大。

采用体积法设计孔隙率分别为15%、20%、25%的透水混凝土,研究了纳米SiO2(NS)对透水混凝土抗压强度、透水系数的影响规律。总结了不同孔隙率下透水混凝土的破坏形式,并分析了破坏机理。结果表明:随着NS掺量的增加,三种孔隙率下透水混凝土的抗压强度均呈先增加后减少的趋势,在NS掺量为1.0%时,抗压强度都达到最大值;NS对透水混凝土7 d抗压强度的提升效果比28 d更显著;随着孔隙率逐渐增大,NS对透水混凝土抗压强度的改善效果逐渐增强,而对透水系数的提升效果逐渐减弱;从透水混凝土的破坏形式上来看,随着孔隙率逐渐增大,掺入适量NS的透水混凝土,其骨料处断裂的现象相较未掺NS时逐渐增多。

研究了纳米SiO2和PVA纤维掺量及掺入方式对再生混凝土(RAC)力学性能与抗冲击性能的影响。结果表明:掺入纳米SiO2和PVA纤维均可以显著提高RAC的抗冲击性能;当混掺0.075%的PVA纤维与1.0%纳米SiO2时,RAC抗压强度与抗冲击性能的提高幅度最显著。

研究了单掺、复掺玄武岩纤维和纳米SiO2对混凝土力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析了玄武岩纤维和纳米SiO2的增强机理。结果表明:单掺玄武岩纤维时,混凝土的强度得到提高,且随着玄武岩纤维长度的增加,抗折强度提高更明显;单掺纳米SiO2时,随着纳米SiO2掺量的增加,混凝土的抗压、抗折强度逐渐增大;复掺玄武岩纤维与纳米SiO2时,混凝土的抗压、抗折强度均高于两种材料分别单掺时的混凝土强度;SEM分析结果表明,纳米SiO2在混凝土中起到了填充和成核作用,同时促进了水泥水化,生成了大量C-S-H凝胶和钙矾石,这些水化产物将玄武岩纤维包裹在一起,在混凝土内部形成致密的三维网状空间结构,从而提高了混凝土的强度。

研究了凝胶型和颗粒型纳米SiO2的分散性和掺量对混凝土的抗压强度、抗碳化性能和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:同条件下,凝胶型比颗粒型纳米SiO2的分散性好;经过超声处理的比未超声处理的纳米SiO2的分散性要好,可以有效改善混凝土的后期抗压强度、抗碳化性能和抗氯离子渗透性能;在一定范围内,纳米SiO2的掺量越大,对混凝土的性能改善效果越明显。

综述了目前国内外学者对纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛等纳米材料在混凝土中的应用及对混凝土力学性能、耐久性能等方面影响的研究进展,总结了目前纳米材料在研究及应用中存在的主要问题,并提出了需要进一步深入研究的建议,展望了纳米材料在混凝土中应用的发展前景。

通过单因素及耦合试验研究纳米SiO2(NS)和纳米CaCO3(NC)对玻化微珠保温混凝土坍落度及抗压强度的影响。NS以0.5%、1.0%、1.5%,NC以0.5%、1.0%、1.5%等量代替水泥,并对混凝土坍落度及7d、28d立方体抗压强度进行了测试。试验结果表明,S加入可显著提高混凝土的强度,且最佳掺量为1%,但不利于混凝土的流动性;NC的加入降低混凝土的强度,但改善了混凝土的流动性,且最佳掺量为0.5%。通过纳米矿物的合理复掺可制备出7d和28d立方体抗压强度分别为26.7MPa、42.4MPa,坍落度为145mm的玻化微珠保温承重混凝土。

提出了粉煤灰和纳米SiO2的复合改性方法,使用质量取代法,研究了粉煤灰和纳米SiO2单掺及复掺对再生混凝土(RAC)抗氯离子渗透性能(84d)的影响。结果表明,再生粗骨料全部取代天然粗骨料会显著降低抗氯离子渗透性能,84d氯离子迁移系数和电通量分别提高了101.7%和89.1%;单掺SiO2或粉煤灰时,随着取代率的提高抗氯离子渗透性能越好。复掺纳米SiO2和粉煤灰能够产生叠加效应,显著提高RAC的抗氯离子渗透性能,其中复掺2%纳米SiO2与30%粉煤灰时84d氯离子迁移系数和电通量分别降低了72.3%和89.1%,甚至优于普通混凝土,并且相同掺量的纳米SiO2对30%的粉煤灰改性效果更好。

针对中南地区地下水对地铁混凝土耐久性的不利影响,从湖南地区常用水泥水化放热情况、养护制度及纳米SiO_2使用情况等方面出发,系统性地研究了关键因素对长沙地铁4、5号线C50P12管片混凝土耐久性能的影响。结果表明,该区域不同水泥水化热情况差异较大。随着水化热的增加,混凝土收缩、电通量、碳化深度随之增加,抗硫酸盐侵蚀性能降低;随着养护温度的升高,混凝土电通量、碳化深度也随之增加,抗硫酸盐侵蚀性能降低;增加静停时间和使用纳米SiO_2将有利于地铁管片混凝土后期强度和耐久性。

通过正交试验研究单掺纳米SiO2、单掺钢纤维以及双掺纳米SiO2与钢纤维对补偿收缩混凝土抗冲击韧性的影响。根据美国ACI544委员会推荐的试验方法,采用自行设计的自由落锤冲击试验装置。研究表明,单掺钢纤维会明显增强补偿收缩混凝土的抗冲击韧性,双掺纳米SiO2和钢纤维后,抗冲击韧性增强效果更佳。与未掺纳米SiO2相比,钢纤维掺量为0.8%、1.2%、1.6%时,抗冲击能量差最大分别可提高31.9%、24.5%和33.7%,钢纤维掺量不超过1.2%时,纳米SiO2的最佳掺量是0.6%。