CN108609952A - 一种复合改性混凝土及其界面过渡区的测试方法 - Google Patents

一种复合改性混凝土及其界面过渡区的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合改性混凝土界面过渡区的方法，涉及建筑材料领域。该复合改性混凝土，其特征在于：按照如下重量份数称取原料：水泥100份；石子240‑260份；砂150‑170份；水35‑45份；粉煤灰20‑30份；硅灰3‑12份；纳米材料0.5‑2份；高效减水剂0.5‑1.5份。该方法利用纳米材料和硅灰在颗粒级配和火山灰活性的协同，从而更好的吸收混凝土界面过渡区富集的氢氧化钙生成粘结力更好的C‑S‑H凝胶，同时优化的颗粒级配可以更好的填充界面过渡区的空隙中，从而有效的改善混凝土的界面过渡区。从案例证明，该复合改性方法可以有效的提高界面过渡区的粘结强度和密实界面过渡区，从而提高了混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能。

Description

一种复合改性混凝土及其界面过渡区的测试方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种复合改性混凝土及其界面过渡区的测试方法。
背景技术
水泥混凝土是现代使用最为广泛的建筑材料。混凝土的界面过渡区是混凝土的薄弱环节，对于混凝土的强度和耐久性都有重要的影响。由于该区域的密实度低，氢氧化钙富集并具有一定的取向性，其水化产物的形貌、组成和结构等都和水泥混凝土内部有很大的差别，这使得混凝土的界面过渡区直接影响混凝土的力学性能和耐久性，因此优化混凝土的界面过渡区对于混凝土的耐久性至关重要。
目前，矿物掺合料被广泛的应用到混凝土中，硅灰作为活性掺合料不仅可以填充到水泥石的空隙中，提高混凝土的密实度，同时还可以和水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应生成C-S-H凝胶，生成性能更优的低钙硅的凝胶，上述两种作用不仅可以发生在水泥石内部，在混凝土的界面过渡区更为显著，因此可以密实混凝土界面过渡区、降低界面过渡区的氢氧化钙含量和取向度。但矿物掺合料普遍存在早期活性低、填充效应不足的问题。
纳米材料比表面积大、活性高，因此在水泥基材料中早期就能够发挥出填充效应、晶核作用和火山灰活性，促进水泥的水化、优化孔结构、提高C-S-H凝胶的含量、降低氢氧化钙含量和取向度，从而可以有效的提高混凝土的界面过渡区。现在对纳米材料和粉煤灰协同的研究较多，但纳米材料和粉煤灰的粒度级配和活性等级之间有很大的空白区域，因此考虑将硅灰协同掺入混凝土，丰富颗粒级配和活性等级，通过复合改性效应更好的改善混凝土的界面过渡区。
目前文献中主要通过矿物掺合料和纳米材料对混凝土的力学性能进行改性，例如在Liu在Construction and Building Materials发表的文章中研究了纳米二氧化硅对砂浆6uU力学性能的影响。通过实验结果表明，与不含纳米二氧化硅的矿粉样品相比，在含矿粉的砂浆中掺入少量的纳米二氧化硅，可显著提高28天的抗压强度。砂浆中掺入3%的纳米二氧化硅和30%的矿粉具有最高的抗压强度(59.42 MPa)。但对于混凝土界面过渡区的复合改性方法没有，而作为混凝土的薄弱环节，对混凝土界面过渡区的改性非常重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种使用纳米材料和硅灰对混凝土界面过渡区进行复合改性。该方法可以有效的增加混凝土界面过渡区的密实度，降低界面过渡区氢氧化钙的含量和取向度，从而使得界面的粘结强度提高。
一种复合改性混凝土，其特征在于：按照如下重量份数称取原料：
水泥 100份
石子 240-260份
砂 150-170份
水 35-45份
粉煤灰 20-30份
硅灰 3-12份
纳米材料 0.5-2份
高效减水剂 0.5-1.5份。
进一步的，所述纳米材料为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛的一种，其粒径小于100nm。
所述硅灰的比表面积为25-30 m2/g。
所述水泥为P.O 42.5水泥，符合国标GB 175-2007，其比表面积大于280 m2/kg。
所述石子为5-20mm连续级配，含泥量小于0.5%，符合GB/T 14684-2011，砂为Ⅱ区中级砂，细度模数为3.05，符合GB/T14685-2011。
上述复合改性混凝土的制备方法如下：
（1）首先将纳米材料和水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）然后水泥、粉煤灰、硅灰、石子、砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所有的原材料能够均匀的混合均匀；
（3）然后将步骤（1）制备的纳米改性剂分散液倒入搅拌机中继续搅拌6分钟，直到获得均匀的混凝土拌合物；
（4）将混凝土拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
为了更好的测试混凝土界面过渡区的复合改性效果，发明中设计了以下方法测试混凝土界面过渡区。
（1）将纳米二氧化硅和水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）按照上述配合比将除砂和石子外的原料按比例称量好放入到净浆搅拌机中搅拌2min，使得原材料混合均匀，然后加入纳米改性剂分散液，先慢搅2min，再快搅2min，制备出均匀的水泥浆体；
（3）用石灰石作为界面过渡区研究的骨料，石灰石切割成40×40×80mm的长方体，成型时将大理石放在40×40×160mm模具的正中央，在石灰石的两端放入水泥净浆，振捣后抹平覆盖薄膜后放入养护箱中养护，在24h后脱模；
（4）养护到一定龄期，取出试条擦干净表面，采用三点抗折的方法测量界面强度，以大理石和水泥浆的结合处为加载中心，用抗折强度表示界面的粘结强度。抗折后取界面断裂处的表面利用XRD分析晶相水化产物和利用扫描电子显微镜观察过渡区微观形貌。
本发明的有益效果为：
（1）纳米二氧化硅和硅灰都具有火山灰活性，可以吸收混凝土界面过渡区的氢氧化钙生成C-S-H凝胶从而减少对界面过渡区有害成分增加了有利成分，同时纳米二氧化硅相对于硅灰具有更高的活性可以在早期发挥出改性效果，弥补硅灰早期活性不足。
（2）硅灰和粉煤灰同属于微米级别的纳米颗粒，但硅灰相对于粉煤灰更细具有一部分纳米级别的颗粒，因此将三者协同起来可以形成更优的颗粒级配，从而更好的起到填充效应，密实界面过渡区，改性混凝土的界面过渡区。
附图说明：
图1为混凝土界面过渡区测试模型；
图2为对照组界面过渡区扫描图；
图3为实施案例1界面过渡区扫描图；
图4为实施案例2界面过渡区扫描图；
图5为实施案例3界面过渡区扫描图。
具体实施方式
下面通过实施案例对本发明做进一步的描述，但描述并不是对本发明内容进行进一步限定。
实施案例1
将原料按照以下配合比称量：水泥100份、石子250份、砂160份、水39份、粉煤灰30份、纳米二氧化硅1.2份、高效减水剂0.5份。
上述改性混凝土的制备过程如下：
（1）首先将纳米二氧化硅和所有的水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）然后将水泥、粉煤灰、硅灰、石子、砂、高效减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所有的原材料能够均匀的混合均匀；
（3）然后将纳米分散液倒入到搅拌机中在搅拌6分钟，直到获得均匀的混凝土拌合物；
（3）将混凝土拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
混凝土界面过渡粘结强度测试的方法如下：
（1）按照配合比将除砂和石子外的原料按比例称量好放入到净浆搅拌机中搅拌2min，使得原材料混合均匀，然后加入水，先慢搅2min，在快搅2min，制备出均匀的水泥浆体；
（2）将40×40×80mm的石灰石放在40×40×160mm模具的正中央，在石灰石的两端放入水泥净浆，振捣后抹平覆盖薄膜后放入养护箱中养护，在24h后脱模；
（4）养护到一定龄期，取出试条擦干净表面，采用三点抗折的方法测量界面强度，以石灰石中心处处为加载中心，用抗折强度表示界面的粘结强度。抗折后取界面断裂处的表面利用XRD分析晶相水化产物和利用扫描电子显微镜观察过渡区微观形貌。
实施案例2
将原料按照以下配合比称量：水泥100份、石子250份、砂160份、水39份、粉煤灰30份、硅灰9份、纳米二氧化硅1.2份、高效减水剂1.5份。
上述改性混凝土的制备过程如下：
（1）首先将纳米二氧化硅和所有的水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）然后水泥、粉煤灰、硅灰、石子、砂、高效减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所有的原材料能够均匀的混合均匀；
（3）然后将纳米改性剂分散液倒入到搅拌机中在搅拌6分钟，直到获得均匀的混凝土拌合物；
（4）将混凝土拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
混凝土界面过渡粘结强度测试的方法如案例1。
实施案例3
将原料按照以下配合比称量：水泥100份、石子250份、砂160份、水39份、粉煤灰30份、硅灰9份、纳米二氧化钛1.8份、高效减水剂1份。
上述改性混凝土的制备过程如下：
（1）首先将纳米二氧化钛和所有的水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）然后水泥、粉煤灰、硅灰、石子、砂、高效减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所有的原材料能够均匀的混合均匀；
（3）然后将纳米改性剂分散液倒入到搅拌机中在搅拌6分钟，直到获得均匀的混凝土拌合物；
（4）将混凝土拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
混凝土界面过渡粘结强度测试的方法如案例1。
对实施案例的测试结果如下：
按照标准GB /T 50081-2002规定的测试方法测定混凝土的抗压强度和GB/T50082-2009普通混凝土长期性和耐久性试验方法测定混凝土的快速氯离子渗透系数。
表一 不同试验组的性能指标
从表一可以看出，随着硅灰和纳米材料的复合改性，混凝土的抗压强度增大和快速氯离子渗透系数减少且改善幅度较大，这两个性能都和混凝土的界面过渡区有很大的关系，说明混凝土界面过渡区得到改善。从界面过渡区的粘结强度可以看出，复合改性增大了界面过渡区的粘结强度，从界面过渡区的扫描图片可以看出，复合改善效应使得界面过渡区更加密实，证实了复合改善效应可以改善混凝土的界面过渡区。

Claims (7)

1.一种复合改性混凝土，其特征在于：按照如下重量份数称取原料：
水泥 100份
石子 240-260份
砂 150-170份
水 35-45份
粉煤灰 20-30份
硅灰 3-12份
纳米材料 0.5-2份
高效减水剂 0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的复合改性混凝土，其特征在于：所述纳米材料为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛的一种，其粒径小于100nm。
3.根据权利要求1或2所述的复合改性混凝土，其特征在于：所述硅灰的比表面积为25-30 m2/g。
4.根据权利要求3所述的复合改性混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5水泥，符合国标GB 175-2007，其比表面积大于280 m2/kg。
5.根据权利要求1所述的复合改性混凝土，其特征在于：所述石子为5-20mm连续级配，含泥量小于0.5%，符合GB/T 14684-2011，砂为Ⅱ区中级砂，细度模数为3.05，符合GB/T14685-2011。
6.一种权利要求1所述的复合改性混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）首先将纳米材料和水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）然后水泥、粉煤灰、硅灰、石子、砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所有的原材料能够均匀的混合均匀；
（3）然后将步骤（1）制备的纳米改性剂分散液倒入搅拌机中继续搅拌6分钟，直到获得均匀的混凝土拌合物；
（4）将混凝土拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
7.一种权利要求1所述的复合改性混凝土的界面过渡区的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将纳米二氧化硅和水放入到超声系统中，超声系统的工作频率为40khz、超声波电源为50w，以制备纳米改性剂分散液；
（2）按照上述配合比将除砂和石子外的原料按比例称量好放入到净浆搅拌机中搅拌2min，使得原材料混合均匀，然后加入纳米改性剂分散液，先慢搅2min，再快搅2min，制备出均匀的水泥浆体；
（3）用石灰石作为界面过渡区研究的骨料，石灰石切割成40×40×80mm的长方体，成型时将大理石放在40×40×160mm模具的正中央，在石灰石的两端放入水泥净浆，振捣后抹平覆盖薄膜后放入养护箱中养护，在24h后脱模；
（4）养护到一定龄期，取出试条擦干净表面，采用三点抗折的方法测量界面强度，以大理石和水泥浆的结合处为加载中心，用抗折强度表示界面的粘结强度；抗折后取界面断裂处的表面利用XRD分析晶相水化产物和利用扫描电子显微镜观察过渡区微观形貌。
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