纳米二氧化硅在混凝土中的应用研究进展

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发布时间：2021-10-10

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纳米二氧化硅在混凝土中的应用研究进展
刘刚。徐安，曾力
(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072)
摘要：纳米材料在诸多领域得到了成功运用，为改善混凝土的性能提供了新思路。纳米 SiO：因其极强的火山灰活性、晶核作用
和微集料填充效应可以显著改善混凝土性能，成为目前纳米材料在水泥混凝土领域的关注热点。综述了掺纳米 SiO：混凝土的应用
研究现状，概述了纳米 SiO 对混凝土力学性能、工作性以及耐久性能的影响，并就其作用机理进行了分析，还对目前纳米 SiO：在实
际应用中存在的问题和研究方向提出了合理建议。
关键词：纳米二氧化硅；混凝土；力学性能；工作性；耐久性能
中图分类号： TU528．041 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)10—0066—04
Research progress of application of nano-SiO2 in concrete
L／U Gang，X U An，ZENG Li
(StateKeyLaboratoryofWaterResources andHydropowerEngineering Science，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)
Abstract： The successful application of nano--materials to various fields gives a alternative way of improving the performance of con--
crete．Nan o-Si02 has been a focus ofthe concrete field，because it can improve the perform ance ofconcrete for its strong pozzolanic activi—
ty，effect of crystal seed and m icro—aggregate filling effect．The research progress of application of concrete with nano-SiO2 w ere review ed，
the effect ofadding nano—SiO2 on mechanical properties，workability and durability ofconcrete was introduced，and the action mechanism
of nano-SiO2 was an alyzed．At last，some reasonable advice for the further researchs and solving problems in practical application of
nano-Si02 was also presented．
Key words： nano-SiO2；concrete；mechanical propertiy；workability；durability
0 引言 1 纳米 SiO：对混凝土力学性能的影响
1990年 7月国际上第一届纳米科学技术学术会议在
美国召开，正式确立纳米材料科学成为材料科学的一个新
的分支[1]。近些年来，各国的科研学者大多从材料种类、掺
量和养护制度等方面来提高混凝土性能，但是在混凝土中
掺加纳米材料的研究非常少，而纳米材料具有的尺寸效应、
量子效应、表面效应和界面效应使它具有传统材料所不具
有的特殊性质，使其吸引了大量学者对进行研究。
20世纪 90年代开始了纳米材料在水泥混凝土中的
应用研究，研究表明，在混凝土中掺加纳米颗粒后可以
更加密实，早期强度提高，韧性增强，还可以显著地提高混
凝土的耐久性。目前在水泥混凝土中得到应用的纳米材料
主要有纳米 SiO 、纳米 CaCO 及低温稻壳灰等，其中纳米
SiO (Nano．SiO2，NS)是一种粒径仅为 20 D／n左右的无定形
物质，由于其具有极强的火山灰活性、晶核作用和微集料
填充效应，可以显著增加混凝土的强度、工作性和耐久性，
因此得到了广泛关注。
收稿日期：2014-o4_28
基金项目：国家大坝安全工程研究中心基金(201 1NDS025)
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由于纳米 SiO 具有优良的火山灰活性，掺入适量纳
米 SiO 能使混凝土的各龄期强度均有所提高 -6]，且表现
出对早期强度的提升作用明显，对后期强度影响较弱的特
点。从优化混凝土力学性能的角度看，纳米 SiO：的掺量存
在一个适宜范围，如果超过这个范围后，掺入纳米 SiO 反
而会导致混凝土各项强度的下降[71。由于测试标准的不统
一，目前对纳米 SiO 最佳掺量的研究结论呈现了一定程度
的不一致[5-13]。叶青圈、郭保林[)]等人通过对掺纳米 SiO 混凝土
性能的试验研究，认为从抗压强度提升的角度，纳米SiO 最
佳掺量为 3％左右；李固华圈通过研究纳米 CaCO (NC)和纳
米 SiO (Ns)以及与硅灰(SF)复合后的混凝土的性能，得
出 0．5％～1．0％是提高混凝土强度的纳米 SiO 适宜掺量；侯
学彪等进行了掺纳米 SiO 混凝土力学性能试验，结果表
明，从提升混凝土力学性能的角度，纳米 SiO：的适宜掺量
范围是 1．5％～2．0％；王宝民系统地研究了纳米 SiO 对高
性能混凝土性能的影响，认为从提高混凝土抗压强度的方