一种抗盐冻含纳米T

一种抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土
技术领域
1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及混凝土，尤其涉及一种抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土。


背景技术：

2.近年来，随着纳米材料不断地发展，将纳米技术引入到土木工程领域已经逐渐成为研究的热点，尤其是土木工程材料领域，部分学者开始研究在混凝土中使用微观材料如纳米材料来改进素混凝土材料性能。一些研究表明在混凝土中加入纳米材料能够改进混凝土的强度和耐久性，因此研究运用纳米技术改进混凝土性能具有重要意义和广阔应用前景。在冬季混凝土建筑物常常会遇到盐害问题，例如在寒冷地区，由于冬季下雪为保障道路正常运行常常会在路面和桥面散些融雪剂，当含有融雪剂的雪水沿着梁和桥梁连接处流动时盐害会比普通冻融更加严重。水份通过材料迁移的方式有三种：毛细作用、扩散和压力梯度下的渗透，在混凝土中水的渗透主要是通过毛细作用实现，这为盐害提供了条件，可采取措施减少这种病害。
3.纳米材料是指粒径介于1～100nm的超细材料，由于超细粒径纳米材料具有一些宏观和微观材料不具备的物理和化学方面的独特性质，在混凝土中加入纳米材料后，混凝土抗盐冻性能将会有所改变。冰、雪融化后形成盐水溶液会导致冰点降低，当混凝土吸收这些溶液至饱和状态，会比没有使用融雪剂的混凝土解冻的更加频繁。有研究表明当将混凝土置于浓度为2～4％盐溶液中，病害程度比置于其他浓度的盐溶液更为严重。研究表明，当混凝土表面冰雪融化时盐要吸收大量的热量，导致混凝土表面温度降低，从而产生由于混凝土内外温度差异较大所引起的温度应力。现有技术认为增加混凝土含气量会降低混凝土表面脱皮程度，但如果含气量增加太多又会产生连续孔洞，导致混凝土吸水量增加，经过冻融混凝土脱皮危害迅速增加。在na2so4和nacl溶液中仅含粉煤灰的充气混凝土比不含掺合料的充气混凝土具有更高的抗盐冻性；混合偏高岭土和硅粉的两种自密实混凝土的抗冻性。研究表面，在混凝土中使用硅酸钙凝胶的纳米粉体，将使混凝土更加致密，减少了腐蚀介质的渗透，并改善了桥梁混凝土的抗冻性能。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土。
5.一种抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土，按重量份数包括如下组分：
6.水泥90～110份，优选100份，
7.砂子190～210份，优选200份，
8.碎石360～380份，优选370份，
9.聚羧酸类减水剂0.5～1.5份，优选1份，
10.纳米sio
2 0.27～1.65份，优选1份，
11.纳米tio
2 0.27～1.65份，优选1份，
12.水42～52份，优选47份。
13.所述水泥为p
·
o42.5级普通硅酸盐水泥。
14.所述砂子的砂细度模量为2.5，等级满足2区要求，其他指标满足2级要求。
15.所述碎石为16～31.5mm和5～16mm的碎石，两种碎石均按7：3进行5～31.5mm连续分级，标称最大粒径为31.5mm。
16.所述聚羧酸类减水剂的减水率为15％。
17.所述纳米sio2为白色粉末，sio2含量大于99.9％，比表面积为不小于200m2/g。
18.所述纳米tio2为白色粉末，tio2含量大于99％，比表面积为不小于150m2/g。
19.有益效果
20.本发明所公开的抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土，组成简单，成本不高，是在传统混凝土基础之上，添加纳米tio2和sio2，可显著提高混凝土早期强度，并随着纳米tio2和sio2用量的增加而增加约18-35％，后期强度也有明显提高。与素混凝土相比，纳米tio2和sio2混凝土表面的抗盐和抗剥蚀特性得到了显著改善。本发明所公开的抗盐冻含纳米tio2和sio2混凝土，有望在高寒、高海拔盐碱地区得以推广应用。
附图说明
21.图1.冻融循环过程；
22.图2.冻融循环作用下超声波相对动弹性模量的比较图。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
24.分别制备了c40素混凝土，粉煤灰混凝土和含纳米tio2和sio2混凝土，粉煤灰含量为20％，所述含纳米tio2和sio2混凝土，其中纳米tio2的量为水泥重量的0.3％、0.5％、1.0％、1.5％，纳米sio2的量为水泥重量的0.3％、0.5％、1.0％、1.5％进行均等替换。粉煤灰是干式排放的，在45μm方孔筛中细度为15％，灼烧损失为6.5％，需水量为103％，满足二级粉煤灰的要求。
25.纳米混凝土强度试验
26.根据上述配合比制作150mm
×
150mm
×
150mm立方体试块在标准温度20
±
2℃、相对湿度95％以上养护，并分别测定养护7d，28d和56d试块的抗压强度。
27.单面冻融试验
28.用于测试的试块是养护28d试块，为保证试块单面冻融测试效果，密封后的试块存放于温度为20
±
2℃、相对湿度为(65
±
5)％实验室环境中。
29.试验溶液是按质量比为97％的蒸馏水和3％的nacl制备的盐溶液，将试块某个侧面放在冻融试验箱的溶液中，冻融循环过程如图1所示。
30.由于纳米材料的尺寸非常小，它们的比表面积大且表面能高，为了减少表面能，稳定地存在于环境中，在使用时纳米材料倾向于团聚，这一点导致降低混凝土的强度和耐久性而在混凝土中形成缺陷。
31.实验结果
32.纳米混凝土强度试验结果
33.试验试块采用h0、hf、hs1、hs2、hs3、hs4进行编号，h0代表素混凝土试验试块，hf代表粉煤灰混凝土试验试块，hs1代表分别含0.3％的纳米tio2和sio2混凝土试验试块、hs2代表分别含0.5％的纳米tio2和sio2混凝土试验试块、hs3代表分别含1.0％的纳米tio2和sio2混凝土试验试块、hs4代表分别含1.5％的纳米tio2和sio2混凝土试验试块。根据试验要求，制成至少3个样品试块用于抗压强度测试，结果如表1所示。试验表明，用纳米tio2和sio2代替水泥制备纳米混凝土大大提高了混凝土的早期强度，强度提高18％-35％，并且强度增加量随着纳米材料添加量的增加而增加，后期强度也有较为明显增加，28d强度满足c40混凝土的要求。
34.表1混凝土抗压强度(mpa)
[0035][0036]
外观损伤比较
[0037]
为了评估纳米tio2和sio2对桥梁混凝土抗盐冻特性的影响，进行了40次冻融循环试验，根据试验结果分析了试块的表面损伤，且定性地评价了具有纳米tio2和sio2的桥梁混凝土的抗盐冻和剥落特性。
[0038]
在冻融循环中如果发生下列情况则可停止测试：达到28个冻融循环后，试块表面的单位面积剥落总质量大于1500g/m2；当测试试块的超声波相对动弹性模量降低到80％以下。
[0039]
试验结果
[0040]
在每次冻融循环试验结束后，测试了试块的表面剥落总质量，结果如表2所示，表2列出了20、28、35和40次冻融循环的测试结果(下同)，超声波相对动弹性模量结果的比较如图2所示。
[0041]
表2试块的表面剥落总质量g/m2[0042][0043]
温度的突然变化(冻融循环)是影响混凝土质量的最具破坏性的作用，循环冻融对混凝土结构的破坏类型大致可分为表面剥落(以质量损失为特征)和内部裂纹扩展(以动态弹性模量为特征)。本研究探讨了由各种不同掺合料的充气混凝土在冻融循环下的耐久性，根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(gb/t50082-2009)，本发明进行了c40混凝土试件的耐久性能试验研究。在冻融循环后，测量试件的动弹性模量和表面质量损
失，分析了冻融循环对动态弹性模量和表面质量损失的影响。研究结果表明，试件的动态弹性模量和质量随着反复的冻融循环而降低。
[0044]
从表2可以看出，在40次冻融循环后，h0试块的表面损伤最严重，hf试块的表面损伤也非常严重，而纳米混凝土试块的表面仍比较完整，纳米tio2和sio2含量分别为1.0％时，编号为hs3的试块表面损伤最小。根据表2和图2的分析，经过单面冻融循环后，素混凝土表面剥落的总质量最大，超声波动弹性模量最小，抗盐冻性能最差。经过28次冻融循环后，素混凝土和粉煤灰混凝土的表面剥落总质量大于或接近1500g/m2，超声波动弹性模量降到原来80％以下，不符合要求。由于粉煤灰是一种具有微骨料作用的优质混合材料，它可以填充水泥浆的孔隙并提高混凝土的密实度，因此粉煤灰混凝土比素混凝土试验效果要好一些。纳米tio2和sio2含量为0.5％、1.0％和1.5％时的纳米混凝土均满足要求，经过35次冻融循环后，素混凝土、粉煤灰混凝土和纳米tio2和sio2含量为0.3％的纳米混凝土也均超过上述两个指标。
[0045]
经过35次冻融循环后，含有1.0％和1.5％的纳米tio2和sio2纳米混凝土试块的表面剥落总质量仍符合要求,超声波动弹性模量略低于80％。当单面冻融循环次数增加了5次，经过40次冻融循环，所有的试验混凝土试块均超过指标要求，但含有1.0％和1.5％的纳米tio2和sio2纳米混凝土的两个指标的减少最小，试块的表面剥落总质量低于素混凝土54.5％、53.8％，超声波动弹性模量高于素混凝土32.8％、25.5％。与素混凝土相比，含一定量的纳米tio2和sio2混凝土的抗盐冻性能得到了很大的提高，主要是因为素混凝土中骨料与水泥石之间的界面上有许多孔，普通水泥本身的粒径通常为7～200μm，水泥石内部存在许多微裂纹，形成的界面结构不均匀、不致密。
[0046]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。