硅溶胶加入量对水泥胶沙和混凝土性能的影响

摘要：论文提出了在众多外加物质改性水泥混凝土性能的基础上，使用纳米级硅溶胶增强水泥胶沙和混凝土结构和性能的方案。并通过实验检验了方案的可行性。结果表明随着硅溶胶掺量的增加，水泥胶砂的流动度缓慢的减小，但抗折强度和抗压强度不断增强；当硅溶胶掺量(质量分数)为1.50%时，各项强度值达到最大值。

关键词：硅溶胶；水泥基材料；力学性能；混凝土

Abstract：This article gave a new method to improve the structure and properties of cement concrete materials with colloidal solution。The experiment results show that the flow of cement mortar to reduce slowly，but the flexural strengths and the compressive strengths of hardened cement paste and concrete in diffent age increased with the increase of the SiO2 sol content. When the content of SiO2 sol was 1.50%, the cement mortar and concrete mechanical properties was the most obviously improved .

Key words：silica colloidal solution; cement-based material; mechanical property; concrete.

中图分类号：TB321文献标识码：A文章编号：

现代建筑功能的不断扩大对水泥混凝土提出了一系列更高、更新的要求，随着当代一系列精细水泥化学品的出现，水泥基复合材料正在向接近金属、陶瓷材料性能的方向发展[1]，近年来纳米材料和纳米技术的兴起，纳米SiO2 对水泥浆体的影响成为研究热点，但是纳米SiO2的制备成本太高，不能广泛应用。本文拟用硅溶胶作为替代品，分析水泥基体的纳米级层次和纳米改性水泥的合理性，以及相关的增强机理、增强规律。

1实验方案

1.1实验方案

实验主要测定不同掺量的硅溶胶对水泥胶砂和混凝土力学性能的影响。在不改变其它物质配比的情况下，硅溶胶掺量（质量分数）分别为0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%时水泥胶砂和混凝土性能的的抗折强度和抗压强度的测定。

1.2实验原料

水泥、沙子、硅溶胶、粗骨料。

水泥：矿渣硅酸盐水泥（P.S.A32.5）。

砂子：天然河沙。

硅溶胶：高纯度CS–30 硅溶胶。

粗骨料：碎石，粒径在级配为5～25 mm，表观密度为2.72。

1.3实验仪器设备

混凝土搅拌机板、台秤、坍落度筒、容量筒、振动台、水泥胶沙搅拌机、水泥胶砂流动度测定仪、压力试验机、抗折试验机等。

1.4实验步骤

1.4.1配制标准砂

对砂子进行清洗、烘干、筛分。筛分结果如表1.1所示。

表1.1标准砂的级配

1.4.2设计混凝土配合比

初步取水灰比为0.3。

选用混凝土砂率，参照混凝土砂率选用表（%）（JGJ55-2000）。本实验设计混凝土强度为C25,坍落度为18～20cm。根据水灰比和骨料情况，取砂率为32%。经配制、测定坍落度、调整配合比、配制的步骤，最后配制25L混凝土。试样的各组成材料用量为:水泥l0.50kg；水3.15kg；砂14.50kg；石子23.20kg。配合比为水泥：砂：石子=2：3：4.4。测得坍落度为18cm，且粘聚性、保水性较好。

1.4.3制备水泥胶砂

配料：根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂检验方法》[2]中的规定，本实验用材料的质量配合比为水泥：标准砂：水=1：3：0.5。硅溶胶的加入量分别为（质量百分含量）0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。把硅溶胶与称量好的水混合均匀搅拌，测砂浆性能。

1.4.4测试水泥胶砂性能

用水泥胶砂流动度测定仪对水泥胶砂进行流动度测定，用电动抗折试验机对水泥胶砂试块进行抗折强度实验测定，用压力机对抗折实验产生的半截棱柱体的侧面进行抗压强度实验。

2实验结果

当在水泥胶砂中掺入硅溶胶后，对水泥胶砂的流动度产生影响，测定结果如表2.1。

表2.1硅溶胶的掺入量对水泥胶砂流动度的影响

经过对掺入不同量硅溶胶的混凝土试件三个龄期的抗折强度和抗压强度试验，得到表2.2。

表2.2硅溶胶掺量对水泥混凝土抗折强度和抗压强度的影响

3结论

本论文通过实验得出以下结论：

1. 当硅溶胶的掺入量（质量分数）为1.50%时，对混凝土的早期和终期抗折强度和抗压强度增强效果是最好的。混凝土3d、7d和28d抗折强度分别提高13%、24%和14%；混凝土3d、7d和28d抗压强度分别提高45%、76%和 17%。

2. 当硅溶胶掺量在1.5%时，对水泥胶砂的力学强度的提高是最佳的，也是最经济的。此时终期抗折强度提高45%，抗压强度提高35%。

3. 水泥胶砂的流动度随着硅溶胶的掺入量的增加而减小，但并不影响施工效果。

4. 当硅溶胶的掺入量大于2.0%时，水泥基体中的孔隙和毛细管已被填充完毕，水泥颗粒已被硅溶胶中的纳米SiO2 “阻隔”起来，影响了体系的水化反应，致使混凝土与水泥胶砂的力学强度降低。

参考文献：

[1] 黄从运,袁润章. 高性能水泥基材料的复合原理—特高强无机有机复合水泥互穿网络结构的形成条件及机理[J].建材技术与应用. 2003,(1).

[2]《水泥胶砂检验方法》中华人民共和国国家标准(GB/T 17671-1999) 水泥胶砂检验方法.北京:中国建筑工业出版社， 2002.

作者简介：宋以新（1977—），汉族，男，山东沂源人，工学硕士, 从事食品教学及科研工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。