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硅溶胶用于改善水泥基材料性能

  水泥基材料是目前应用最为广泛的建筑材料,但用水泥基材料建成的建筑物,往往在达到设计使用年限之前,就已经出现不同程度的损坏,导致产生巨大的维修、加固、拆除重建费用。为了延长建筑物的使用寿命,不仅要关注水泥基材料的力学性能,还要关注其耐久性,找到可以有效改善水泥基材料性能的方法。

  硅酸盐水泥与水发生水化反应生成一系列的水化产物,水化产物中大量存在的 Ca(OH)2 是造成水泥基材料耐久性下降的主要原因之一。Ca(OH)2 含量的多少和晶粒的大小对水泥基材料的力学性能和耐久性有着重要影响,要提高水泥基材料的性能,应从降低或消耗水化产物 Ca(OH)2入手;通过掺加活性掺合料,可以优化水泥基材料的孔结构、细化 Ca(OH)2 晶粒、减少Ca(OH)2 含量、提高C-S-H 凝胶的含量,从而可以有效的改善水泥基材料的力学性能和耐久性。

  研究表明,纳米SiO2材料掺加到水泥基材料中,可以促进水泥的水化,填充水化产物C-S-H凝胶之间的结合空隙,改善水泥石与骨料的界面微结构,提高水泥基材料的力学性能及耐久性。但纳米粉体材料的比表面积很大,纳米颗粒之间极易发生团聚,一旦发生团聚便很难将其进行分散,如果只是将纳米粉体材料简单的掺加到水泥基材料中,纳米颗粒将很难发挥其作用。硅溶胶是纳米 SiO2 在水中的分散体系,是一种胶体溶液,将纳米 SiO2 通过溶胶的方式引入,可以大大提高纳米粒子的分散性,更有利于发挥纳米粒子对水泥基材料的增强与改性作用。

  例如,有报道研究表明:硅溶胶能够提高水泥硬化浆体的力学性能,并且硅溶胶的加入能有效地降低界面中Ca(OH)2晶体的取向程度,减少界面中Ca(OH)2晶体的数量并细化其尺寸,减小界面过渡区的厚度;不同种类的硅溶胶对水泥浆体的影响不同,因此其最佳掺量也不同;硬化水泥砂浆的强度和耐久性与硅溶胶的掺量以及养护龄期有关,水泥砂浆的早期强度及耐久性随硅溶胶掺量而逐渐增强;掺入硅溶胶后,水泥浆体中的Ca(OH)2晶体易沿(0001)晶面二维长大,且晶格缺陷明显减少;与纳米SiO2 粉体相比,硅溶胶对水泥浆体的沉积及流变作用更为显著,能够更快地加速水泥水化进程,并且能够更好地改善水泥基材料的力学性能。

  硅溶胶属于无机材料,具有无臭、无味、无化学腐蚀的性质。硅溶胶是纳米 SiO2在水中的分散体系,是一种胶体溶液,通过溶胶的方式引入纳米SiO2可以大大提高纳米粒子的分散性。硅溶胶具有火山灰效应和填充效应,可以与硅酸盐水泥的水化产物Ca(OH)2进行反应,消耗掉Ca(OH)2的同时生成强度较大的C- S- H 凝胶,提高水泥基材料的力学性能及耐久性。

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