文摘

NS的影响粒子的大小和内容的新鲜属性灌浆材料基于portland-sulphoaluminate复合系统进行了分析。实验结果表明,空气含量增加,表观密度减少,与NS增加内容,但NS粒子大小对空气含量和表观密度的影响很小。砂浆的凝结时间明显缩短,与NS增加内容;然而,NS粒子大小对凝结时间影响不大。流动性的影响粒径的迫击炮添加NS 30 nm比NS 15 - 50纳米粒子大小和流动性下降与NS增加内容,但迫击炮的流动性与15 - 50纳米的粒子大小几乎不受NS的内容。XRD分析表明,钙矾石的形成被提升,水泥的水化反应过程加速的NS。在微观层面,界面过渡区(ITZ)灌浆材料的密度和C-S-H凝胶的形成被提拔后添加NS。

1。介绍

纳米材料在许多领域吸引了增加关注(1]。当超细粒子混合成水泥浆、灰浆或材料与传统材料不同的特征获得(2- - - - - -4]。水泥基灌浆材料的性能严重依赖于纳米级固体颗粒的性质,例如,calcium-silicate-hydrates粒子(C-S-H),或纳米孔胶结材料,骨料颗粒之间的界面过渡区(5]。典型特征带来的纳米颗粒或孔隙强度,耐久性,和体积稳定性(6]。硅纳米颗粒(SiO₂)或nanosilica (NS)可以填补C-S-H凝胶粒子之间的空隙,展示间隙填充。此外,随着火山灰反应与Ca(哦)₂,C-S-H凝胶的数量增加,导致增加压实形成(1]。

先前的研究已经表明,纳米颗粒可以提高新鲜和硬化状态属性(3,7- - - - - -12]。非晶硅可以显著影响C₃年代水合作用[7]。NS缩短砂浆的凝结时间相比,硅灰(SF)和减少出血水和隔离;此外,它还可以提高凝聚力的水泥基灌浆材料(8,9]。当与超细粉煤灰混合时,水泥基灌浆材料的性能优于单独获得了使用硅灰保证(3]。此外,提高砂浆的抗压强度与科幻与配方没有其他补充10- - - - - -12]。NS粒子的小尺寸允许他们占据空间函数作为填料的水泥复合材料,从而减少孔隙度和钢筋机械性能。一些研究人员提出,NS的最佳剂量要小(1 wt % 5 wt %),因为聚集在搅拌过程中粒子的传播造成的困难。相反,其他人宣称性能的改善也可以获得更高的剂量约10 wt %;如果适当调整配方,以避免过度self-constriction和微裂缝,这可能阻止力量增长(8,10- - - - - -13]。

NS的大小和性质,类似于科幻小说,研究了作为一个潜在的矿物掺合料对水泥贴(2,11- - - - - -14]。然而,NS还可以揭示附加功能,如减少设置时间,改变流变特性和物理性能的改变波特兰水泥贴(8,15- - - - - -21]。添加纳米二氧化硅在水泥基灌浆材料被证实是有益的土木工程(22]。使用NS各领域研究了几种类型的材料(23- - - - - -28]。

先前的研究只包括普通硅酸盐水泥的水泥灌浆材料和NS只有一个大小。在这篇文章中,三种类型的粒子大小的NS portland-sulphoaluminate复合系统的混合水泥基灌浆材料进行了分析。本文报道nanosilica对流变特性的影响,设定时间,空气含量、表观密度portland-sulphoaluminate水泥基灌浆材料的复合系统。阶段的决心(XRD和SEM)水泥贴也被调查。

2。实验项目

2.1。材料

材料的化学成分在这工作是调查x射线透视(光谱仪),x射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)。硅酸盐水泥和硫代铝酸盐水泥的化学成分如表所示1。NS材料用于这项工作是由杭州Wanjing新材料有限公司提供三种类型的NS,即NS15 NS30,和NS50雇用。NS的化学成分如表所示2。NS材料进行的X射线衍射PANalytical X 'Pert PRO MPD的2θ4.983°-79.983°,步骤0.033°。NS的XRD模式如图所示1。强度峰值有关2θ22°角,21°,23°NS15, NS30和NS50分别。图2显示了TEM NS的形象,从而证实了硅纳米材料。中国在这个测试使用ISO标准砂和ISO标准砂的参数见表3。(SP)是一个超塑化剂polycarboxylate高量程,减剂与pH = 6 - 8和粉状固体含量40%。此外,实验中使用的SP是由济南市阳光明媚的化学科技有限公司,有限公司,氯离子含量小于0.03%。自来水中使用的实验室工作。

2.2。粘贴和灰浆混合过程

新鲜的迫击炮准备与粘结剂/总重量比(B / A) 1: 2和水灰比(W / B)为0.35。迫击炮与重量0% - -5% NS生产,取代水泥。迫击炮的混合成分表中列出4。不同粒径的影响NS的灌浆材料也进行了研究与NS 1.5 wt %在表的内容4。所涉及的迫击炮准备(a)重的组件,(b)添加NS和SP与一杯水,在高速混合形成一个水中悬浮体,和(c)将固体组件注入水和机械混合。在混合过程中,砂浆搅拌机的搅拌叶片旋转和革命,和混合砂浆搅拌机混合在一个常数低速度(转速140 r / min,在转速62 r / min) 30年代。接下来,砂浆搅拌机混合在同一低速混合为另一个30多岁的沙子被添加到混合在同一时间。然后,砂浆搅拌机混合的混合物在一个恒定的高速(285转/分的转速和转速125 r / min) 30年代和90年代随后的砂浆搅拌机停止搅拌。最后,砂浆搅拌机混合的混合物在一个恒定的高速(285转/分的转速和转速125 r / min) 60年代。然后完成了灰浆。

进一步研究NS的水泥水化的影响,采用粘贴工作。膏制备W / B比率为0.35,这样重量NS30取代水泥0%和4%。粘贴的混合成分表5。糊的制备涉及(a)重的组件,(b)添加NS30和SP成水,在高速混合形成一个水中悬浮体,和(c)将固体组件注入水和机械混合。混合,搅拌叶片调糊机的旋转和革命,和粘贴混合器混合混合在一个常数低速度(转速140 r / min,在转速62 r / min) 120年代。然后,调糊机停止搅拌15 s。最后,粘贴混合器混合的混合物在一个恒定的高速(285转/分的转速和转速125 r / min) 120年代。然后粘贴完成后。

2.3。实验参数和方法

表观密度测定,根据建筑砂浆的性能的标准试验方法(JGJ / T 70 - 2009)。迫击炮被行星混合水泥混砂机。新鲜的砂浆填充能力缸,内径108毫米和109毫米净高度。气缸的厚度是2毫米,它的体积是1 L。首先,气缸是用一块湿布清洁,体重测量圆柱体的质量()。人工振动压实后,剩余迫击炮被带走。最后,重质量的汽缸并通过(第一表观密度值的计算1)。砂浆表观密度的计算 在哪里(砂浆的表观密度,()是容量缸的质量,()是结合能力缸和砂浆的质量,和()是容量圆柱的体积。我们重复之前的步骤来测试,并通过公式计算第二个表观密度(1)。最后,我们把两个值的平均值作为表观密度值,精确到10公斤/ m³。

砂浆的空气含量是衡量空气量仪器如图3根据建筑砂浆的性能的标准试验方法(JGJ / T 70 - 2009)。新鲜砂浆分为三个统一的数量被加载到碗里。人工振动压实后,剩余迫击炮被带走。砂浆表面应光滑,无气泡。盖子高度,然后用夹子夹了块按钮和砂浆的含气量。我们按下按钮,读取拨盘时稳定。我们重复之前的步骤来衡量其他值,我们把两个值的平均值作为最终的结果。如果两个测试值的相对误差小于0.2%,平均两个值的最终结果。测试是无效的。

混凝土的凝结时间测定贯入阻力测试图4根据液压混凝土测试代码(SL 352 - 2006)。每个设置时间是由三个样本进行测试。设置时间的考验与水混合后开始。首先,灰浆样品管放置在贯入阻力测试人员。其次,销的终端被接触砂浆表面和销垂直压入砂浆的深度25毫米,缓慢而均匀。贯入阻力值和时间记录,每隔30分钟。实验的时间应至少6。接近最初的和最后的时间,我们可以增加实验的时间。通过实验,得到一系列的数据。考试时间为横坐标轴和贯入阻力值为纵轴,曲线拟合。 Then, we found the initial and final time. We repeated the prior steps in every sample (3 samples per group) and calculated the average of the 3 values as our setting time. However, the maximum value of 3 values was above 1.1 times the average or the minimum value of 3 values was below 0.9 times the average and we would take the average as our final result. Otherwise, the test was invalid.

砂浆的流动性测试仪器的水泥砂浆的流动性5根据水泥砂浆的流动性测试方法(GB / T 2419 - 2005)。新鲜灰浆被分为两个制服,加载到测试模型。人工振动压实后,锥形模将垂直,略微提高了仪器操作时跳。仪器测试完成的时候,我们应该用钢尺测量两个直径,相互垂直,计算平均值。平均应该舍入,然后整数值是砂浆的流动性。

3所示。结果与讨论

3.1。表观密度和空气含量

NS30内容的影响空气含量和砂浆表观密度图所示6。混合成分在这种情况下表所示4。空气含量增加NS30含量在0.0 - -2.5 wt %的范围。NS30内容1.0 wt %时,1.5 wt %, 2.0 wt %,和2.5 wt %,砂浆的含气量增加了2.1%,1.9%,2.2%,和6.0%,分别比没有NS30迫击炮。通过顺序增加NS30内容(0 wt %, 1.0 wt %, 1.5 wt %, 2.0 wt %,和2.5 wt %)表观密度的发展−10.0%,−7.8%,−12.8%,没有NS30−14.2%迫击炮。这可以归因于引气的综合效应和替代轻NS密度水泥粒子的粒子。然而,一个不太明显的规律观察NS30纳入混合物时为3.0 wt % -5.0 wt %。

探讨NS粒度对空气的影响内容和表观密度的砂浆,三个粒子大小的15、30岁和50 nm。在这种情况下,混合砂浆的组成如表所示4与NS内容确定为1.5 wt %。图7介绍了NS粒度对空气的影响内容和砂浆的表观密度。对水泥砂浆含气量与NS粒子大小的30至50 nm下降了0.4%和1.15%,分别比与NS15灰浆。然而,砂浆的表观密度下降到10公斤/ m³NS粒度时50 nm。这一趋势基本上是归因于NS粒子的比表面积,与NS粒度增加而减少。引气也拒绝的效果。鉴于替代轻NS密度水泥粒子的粒子,砂浆的表观密度略有下降。

3.2。设置时间

砂浆的凝结时间的变化与NS30内容呈现在图8。混合砂浆的组成如表所示4。结果在图8表明,砂浆的凝结时间略短的NS30内容不同的从0.0 wt % 1.5 wt %,增量步的0.5 wt %。增加NS30内容从2.0 wt % 3.0 wt %,凝结时间大幅减少。增加NS30内容从3.5 wt % 5.0 wt %,砂浆的凝结时间略长。为2.0 wt % NS30,初始和最终设置被19岁,16分钟缩短与样品相比没有NS。为5.0 wt % NS30,最初的和最后的凝结时间减少51和47分钟,分别与控制样本(NS30为0.0 wt %)的内容。这一趋势主要是火山灰活性的NS相关在连续水泥的水化过程。NS与连续等水泥熟料的水化反应C₃年代和β- c₂年代,从而产生C-S-H和CH (29日,30.]。减少自由氢氧钙石内容进一步提高熟料水化;因此,加速水泥水化缩短固化时间。增加的内容是由于硅酸盐水泥与硫代铝酸盐水泥混合。钙矾石的形成和氧化铝凝胶变得更快。因为CH的反应可以生产钙矾石、CH的内容和砂浆的碱度下降。因此,的水合作用,加快,缩短了凝结时间。NS有一大比表面积与水化成核效应;它加速了二次水化反应增加的水化速度。然而,钙矾石和氧化铝凝胶可能被附加到水泥颗粒的表面,防止其进一步水化。因此,当NS30内容从3.0 wt %增加到5.0 wt %,设置时间略长。

砂浆的凝结时间的变化与NS粒子尺寸如图9。在这种情况下,混合砂浆的组成如表所示4与NS内容1.5 wt %。水泥砂浆与NS粒子尺寸15 - 50海里有一个相对较短的设定时间比NS粒度的砂浆30 nm。这些结果表明,初凝时间缩短了7.8%和8.9%,而最后的凝结时间缩短了8.6和8.5%。从数据看8和9NS内容的影响,水泥砂浆的凝结时间明显比NS在水泥砂浆颗粒大小的影响。这一趋势主要是弱相关的混合过程中分散NS。因此,在高剂量NS,二氧化硅粒子没有分散在水泥矩阵;这种现象已经被Khaloo研究et al。31日]。由于NS粒子的聚集,NS的火山灰活性粒子在水化反应没有表现很好。所以NS的凝聚粒子被发现的主要原因这一趋势如图9。

3.3。流动性

NS的流动性的影响水泥砂浆图所示10。表4显示在这个条件下水泥砂浆的混合成分。为5.0 wt % NS30,水泥砂浆的流动性是225毫米,不符合要求的胶结浆的应用的代码。然而,水泥砂浆与NS粒子尺寸15 - 50 nm可以满足此代码的需求。图10介绍了水泥砂浆的流动性,波动在275 - 303毫米之间混合NS15 NS50。相比之下,与NS30增加砂浆的流动性减少的内容。NS30内容5.0 wt %时,砂浆的流动性急剧下降。例如,为4.0 wt % NS15,流动性降低了8.0%,而通过增加NS50内容1.0 wt %,流动性下降了8.8%和流动性下降了25.4% NS30剂量wt % 5.0的值。对比NS30 NS15和NS50,流动性的最大值和最小值为225和303毫米0.5 wt % NS30内容和5.0 wt % NS30内容,分别。外加NS15,流动性的最大值和最小值为278和303毫米4.0 wt % NS30内容和3.5 wt % NS15内容,分别。与NS50的增加,流动性的最大值和最小值为275和302毫米1.0 wt % NS50内容和2.5 wt % NS15内容,分别。NS内容的增加,流动性的迫击炮和NS15 NS50波动。然而,迫击炮的流动性与NS30拒绝了。当NS30的内容加起来5.0 wt %,迫击炮的流动性与NS30已经大幅减少。 This trend was mainly related to the higher NS dosage and the agglomeration of NS particles.

在混合过程中,NS和SP被实验者在烧杯搅拌用水。因此,这一趋势主要是很难分散NS相关粒子在搅拌过程中,因为NS粒径越小,表面积越大;水泥是难以与NS混合均匀。因此,在较小的情况下,更高的剂量NS,二氧化硅粒子不分散在水泥矩阵。NS的火山灰活性粒子没有表现很好在水化NS粒子的聚集的结果。在这项工作中,我们还采用了portland-sulphoaluminate复合系统和polycarboxylate SP。水化硫铝酸钙的产品,,主要是钙矾石(尾)、氧化铝凝胶,铝酸钙水合物(AFm)和少量的胶状物质。

然而,NS颗粒非常小,很难均匀分散。因此,通常这些粒子团聚体的形式存在于水泥砂浆。此外,NS表现出非常大的比表面积和高孔隙度。因此,聚结能吸收大量的水。混合技术的影响砂浆的性质应该调查。NS很难分散,大团聚体不能填满水泥粒子。更少的自由水代替,团聚体明显吸收更多的水。例如,流动性略减少NS30低剂量(≤1.5%)。Nanosilica可以分散成小团聚体,充满了水泥颗粒之间的空间填充。因此,更多的自由水代替,流动性在慢慢减少。 With increased NS30 content from 2.0 wt% to 5.0 wt% accompanied by more rapid hydration, more C-S-H gel and Ca(OH)₂晶体生产。因此,更多的钙矾石。一些钙矾石是在后者阶段获得了水泥粒子作为填料,但更多的钙矾石水泥覆盖,从而大大增加了吸收水的水化反应。砂浆的自由水含量降低,成为不足以抵抗水泥颗粒的絮凝。因此,流动性明显下降。

3.4。XRD和SEM分析

NS的水合反应的影响和微观界面砂浆进行了研究。然而,砂的粒径更大,从而影响了XRD和SEM分析。因此,水泥浆与NS进行这项工作,并粘贴的混合成分如表所示5。水泥的水化反应的速度变得更快的NS。这一发现主要是归因于化学反应解散后(火山灰活性)或NS的高表面活性粒子,导致砂浆集和硬化快。水泥水化产物的XRD分析粘贴没有NS和NS30/4.0水化如图1天11。此外,水泥水化产物的XRD曲线粘贴没有NS和NS30/4.0水化3天展示在图12。比较这些数据表明AFm的存在与NS样品除了可以通过XRD观察一天后如图11(b)。AFm的快速聚合主要归因于硫代铝酸盐水泥。因此,NS的掺入可以加速硫代铝酸盐水泥的水化。请注意,NS/ # # =的内容纳米NS # #在水泥基灌浆材料。

研究表面微观结构的特点,在界面过渡区(ITZ)、SEM分析了这项工作。破碎的标本被扫描电镜分析研究水化产品。数据13和14ITZ的表面微观结构。水泥浆的SEM分析没有NS图所示(13日)。ITZ的水泥粘贴没有NS大量晶体船尾和Ca(哦)₂。这些影响可以解释引起的内出血ITZ当地W / B比率高,产生大的晶体和多孔结构在纯样品。

图13 (b)显示了水泥浆的形象与NS30/4.0 1天。与数据(13日)和13 (b),样例与NS30/4.0密度ITZ比对照样品。ITZ的NS30/4.0密度是因为NS粒子可以填充水泥颗粒之间的空间,这种现象称为NS的包装效果。大规模的Ca(哦)₂晶体可以与NS反应形成密集的C-S-H凝胶。Nanosilica粒子填充水泥颗粒之间的差距作为NS的包装效果,使胶结材料的粒度分布达到致密堆积的状态。此外,NSs可以填补毛孔的灌浆材料和提供细胞核的附着点C-S-H水化产品由于粒径小,比表面积大,表面活性高。C-S-H网络向外不断生成和发展到不同晶体的表面原子核互相接近。C-S-H凝胶表面上交织在一起,形成一个稳定的网络骨架。随着反应的继续,水泥颗粒周围积累水化产物,即尾部,AFm, C-S-H凝胶。这种行为可能导致的显微和亚显微结构灌浆材料。

水泥浆的表面微观结构的差异与NS30/4.0没有NS和3天的数据所示(14日)和14 (b)。尾部和AFm观察晶体图(14日)。这种行为与水泥颗粒的分散不匀ITZ附近。的NS, NS的包装效果不仅可以填补毛细毛孔有效而且可以减少差距的联合总接口,使ITZ不明显。这种情况下倾向于积累ITZ水和其他离子物种,从而促进这些晶体化学结构的稳定性。水泥浆NS30/4.0表明AFm的聚集和船尾,以及玻璃相的出现。后者是由于火山灰反应,使ITZ的密度。值得注意的是,可以与其他方面的改进,如耐久性甚至抗拉强度(1,31日]。

4所示。结论

上述的发现导致了以下结论:(1)与NS内容,增加空气含量增加,表观密度减少,但NS粒子大小对空气含量和表观密度的影响很小。(2)与NS内容,增加砂浆的凝结时间明显缩短;然而,NS粒子大小对凝结时间影响不大。(3)流动性的影响在迫击炮添加NS 30 nm的粒度比NS 15 - 50纳米粒子大小和流动性下降与NS增加内容,但迫击炮的流动性与15 - 50纳米的粒子大小几乎不受NS的内容。(4)钙矾石的形成被提升,水泥的水化反应过程加速的NS。(5)的NS, C-S-H凝胶的形成是促进和提高砂浆的表面形态,使界面过渡区密度。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢金融支持中国的国家自然科学基金(51208471),郑州大学的优秀青年人才研究基金会(1421322059),河南省交通科学技术计划项目(2016 y2-2),博士课程和专业研究基金会的高等教育(20114101120008)。