2016NO.5
试验与应用
粉煤灰综合利用
FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION
纳米SiO，对水泥粉煤灰胶凝材料早期水化硬化的影响
Effects of NanoSiO,on the Hydration and Hardening Processes of CementFly Ash System at Early Age
汪国贵1，侯鹏坤2，杜鹏2谢宁2，周宗辉
（1.山东平安建设集团有限公司，济南250306；2.济南大学，材料科学与工程学院，山东250022）
摘要：利用纳米SiO，对水泥-粉煤灰体系早期水化硬化促进作用，可以显著弥补大掺量粉煤灰体系凝结时间长，早期强度较低的缺陷。结果表明，掺有占胶凝材料质量5%的纳米Si0，的水泥-粉煤灰净浆（粉煤灰取代率为40%）凝明显，5%纳米Si0，掺量可提高40%和60%粉煤灰取代率砂浆7d强度达到50%和68%。拌合物中纳米Si0，促进了水滤水化硬化过程，密实了水泥石结构。结果表明，纳米SiO，的掺人有利于大掺量粉煤灰、绿色混凝土的开发和利用。
关键词：纳米SiOz；大掺量粉煤灰；水化硬化
中图分类号：TU528.2
文献标识码：A
文章编号：1005-8249(2016)05-0030-04
水泥混凝土生产和使用的绿色化已成为行业发展的趋势。作为绿色化的重要途径，大掺量粉煤灰混激土的应用不仅可以消纳电厂副产物降低环境负荷、减少材科生产和使用成本，且有利手材料前期工作性、后期力学性能和耐久性的改善[1,2]，其作用已得到公认，已成为现代水泥混凝土的重要组分之一。大掺量粉煤灰混凝土的一个重要缺陷是早期强度低且发展慢，在水化早期，粉煤灰对体系力学性能的贡献少，制约了其应用[3]。从提高粉煤灰利用率角度出发，采用各种措施提高其早期性能，主要是加快凝结、提高早强，无疑将促进粉煤灰更广产泛的利用。提高粉煤庆体系早期性能的方法主要包括采用物理、化学和混合活化等方法[4-6]来激发体系的活性，这些方法主要是针对提高粉煤灰的火山灰活性或水泥的水化活性进行的。
作为材料增强方法之一，纳米增强是冶金[7]、涂料、橡胶*行业的常用技术手段。均匀分布的纳米颗粒使组成材料更密实且阻碍缺陷发展[7.s】，从而达到有效提高材料性能的目的。作为一种多尺度异相材
基金项目：山东省科技重大专项（新兴产业）项目(2015ZDXX0702B01)
第一作者：汪国贵，（1985~），主要从事混凝土制品的研发、生产工作。
通讯作者：候鹏坤，（1983~），主要从事水泥混凝土研究工作。收稿日期：2016-05-05
·30. 方方数据
料，混凝土性能提高的一个重要途径是优化和改善其组成材料的粒径措配，进而优化其微观结构。在该思想的指导下，不同粒径的矿渣、粉煤灰和硅灰加人后，使得高强高性能、超高强混凝土的开发、利用成为现实9)。近些年来，人们对水泥混凝土的研究已经深人到纳米结构单元，研究发现，混凝土在纳米尺度下性能的提高可显著改善水泥石结构的致密程度、改善水泥混凝土薄弱环节[10-12】，进而提高水泥混凝土宏观性能或赋予水泥混凝土材料功能化特性10,13,14]。水泥混凝土纳米尺度性能的改善的一个重要方法是通过在水泥混凝土中掺一定量的纳米颗粒来实现。常见的纳米颗粒包括纳米SiOz，纳米Al,O，纳米CaCO，纳米粘土颗粒，等等，其中纳米SiO，为最常见的纳米产品。相比于其它一些纳米颗粒，纳米SiO2由于同时具备纳米颗粒尺寸及极高的火山灰活性，其在水泥混凝土中有较为广泛的研究。结果显示，即使在微量掺量下，纳米 Si0，即可显著提高水泥混凝土强度：0.6%的纳米 SiO，可提高水泥净浆强度43.8%[15]；3%和5%的纳米 Si0，可提高水泥砂浆28d抗压强度幅度达到13.8%和 17.5%|16；而4%的纳米Si0，可以提高50%粉煤灰取代率的水泥混凝土3d强度81%，且早期即可显著密实材料孔结构["]。可见纳米SiO，在提高水泥基材料早期性能方面具有较大的发展空间。