硅溶胶对水泥基材料力学性能、微观结构及耐久性的影响

摘要

本文主要研究了不同 pH值硅溶胶对水泥胶砂力学性能的影响规律、分析了酸性、中性及碱性硅溶胶的作用机理;改性硅溶胶的合成工艺、硅烷偶联剂的作用机理;初步探讨了改性硅溶胶的涂刷量;研究了内掺碱性硅溶胶、外涂改性硅溶胶两种方式处理砂浆,通过碳化、硫酸盐侵蚀、抗冻实验研究其对水泥胶砂试块耐久性的影响规律。试验结果表明:
　　(1)硅溶胶中的纳米 SiO2具有很高的火山灰活性,可以与水化产物 Ca(OH)2发生反应形成 C-S-H凝胶。相比与 A25和 N25而言,PA30中的纳米二氧化硅能更好的在水泥浆体中分散,其水化产物填充空隙,SEM观察硬化水泥浆体结构呈现整体化,而在掺 A25和 N25的硬化水泥浆体中均有团聚体出现,微观结构的改善使得内掺 PA30的胶砂试块的力学性能得到大幅度的提高。
　　(2)通过对改性硅溶胶稳定性的研究,得出采用短链的硅烷偶联剂和低分子量的醇类表面活性剂可以使改性溶液更稳定的存在;通过对硅烷偶联剂和净浆吸水率的研究,得到短链的硅烷偶联剂改性无机硅溶胶的最佳合成工艺为:MSiO2:M偶联剂=3:1;pH=2;合成温度为40℃;合成时间为40min。MTMS改性硅溶胶的憎水效果要明显优于 MTES,溶液的稳定性更高并采用红外光谱分析了硅烷偶联剂的接枝机理。
　　(3)通过对砂浆厚度、浸渍时间的研究,得到改性硅溶胶涂刷量趋于定值0.21-0.22Kg/m2,研究了外涂碱性硅溶胶和分别内掺、外涂改性硅溶胶研究其对水泥砂浆力学性能的影响,结果表明:外涂的方式对水泥胶砂的28d抗压强度影响不大,对28d抗折强度有一定的影响;内掺改性硅溶胶会明显降低水泥净浆的早期抗压强度,会延长水泥的凝结时间。
　　(4)内掺PA30和外涂改性A25两种方式对水泥胶砂试块均能减少其碳化深度,提高水泥胶砂的抗碳化性能;可以明显的降低因冻融循环导致的强度损失和质量损失;提高水泥胶砂试块的抗硫酸盐性能。与内掺相比,外涂的方式更能使活性纳米二氧化硅在试块表面集中,未改性活性纳米二氧化硅二次水化的填充效应、复合涂层的憎水效应、涂层的隔断效应使得外涂硅溶胶的胶砂试块能够更好的抵抗外界侵蚀介质的进入,从而使得水泥胶砂试块具有更高的抗碳化、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能。

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1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 混凝土结构材料耐久性的影响因素及解决的关键措施

1.3 硅灰及纳米二氧化硅对水泥混凝土性能的影响及存在问题

1.4 本研究改善混凝土耐久性的技术思路

1.5 硅溶胶改善水泥基材料性能的研究现状

1.6 本课题的主要研究内容及创新点

2. 实验原料与仪器

2.1 原料

2.2 主要的仪器设备

3. 纳米硅溶胶对水泥胶砂力学性能的影响及作用机理

3.1 测试方法

3.2 结果与分析

3.3 本章小结

4. 改性硅溶胶的制备以及表征

4.1 改性硅溶胶的合成、测试与表征方法

4.2 结果与讨论

4.3 改性硅溶胶表层处理水泥净浆的憎水性能

4.4 改性硅溶胶的红外光谱分析

4.5 本章小结

5. 内掺、外涂硅溶胶两种方式对水泥砂浆力学性能的影响

5.1 测试方法

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6. 内掺、外涂硅溶胶对处理水泥胶砂试块耐久性的影响

6.1 测试方法

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

7. 结论及有待解决的问题

7.1 结论

7.2 有待解决的问题

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文