掺纳米二氧化硅的碱激发水泥砂浆力学性能试验.docx

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1、福州大学实验报告课程名称：新型建筑材料实验名称：掺纳米二氧化硅的碱激发水泥砂浆力学性能试验学院：土木工程学院专业：建筑与土木工程试验项目：掺纳米二氧化硅的碱激发水泥砂浆力学性能试验一、试验目的(1)通过改变纳米二氧化硅的掺量和前驱物中银矿比研究碱激发水泥砂浆的力学性能,根据强度试验结果确定NS最优掺量和前驱物银矿比的最优比例。(2)研究不同纳米二氧化硅掺量和矿银比对碱激发水泥砂浆力学性能的影响。二、试验材料(1)矿渣：本试验所用矿渣由泰宇混凝土厂提供，S95级别，见图1。矿渣主要化学成分见表1.(2)锲渣：本试验所用银渣由福建源鑫集团提供，比表面积为425.6m2kg,见图2。银渣主要化学成分

2、见表2.(3)氢氧化钠：由天津市恒兴化学试剂制造有限公司生产，为颗粒状，分析纯AR,纯度大于96.0%,见图3。(4)水玻璃：由品杰仪器有限责任公司提供，其中NazSiCh固体含量为36.0%,SiO2含量为27.22%,NazO含量为8.78%,模数为3.3。加入NaoH将模数调至1.4,见图4。(5)纳米二氧化硅：分析纯：纯度99.5%。平均粒径为15nm,见图5。(6)标准砂：采用厦门艾思欧标准砂有限公司生产的ISO标准砂，见图6。(7)拌合用水：采用福州市闽侯县市政自来水。图1矿渣图2银渣表1矿渣主要化学成分氧化物SiO2CaOA12O3MgOCO2SiO2TiO2K2OMnO其他含量

3、(%)30.8037.9112.738.214.891.811.300.690.641.02表2锲渣主要化学成分氧化物SiO2CaOA12O3MgOCO2SiO2TiO2K2OMnO其他含量(%)24.8932.1517.469.612.662.241.180.410.399.01三、试验环境称量、拌合、入模等制备操作所处环境为室外自然条件，气温为2630C,空气相对湿度RH为7080%四、试验方法4.1 掺纳米二氧化硅的碱激发水泥砂浆配合比设计根据国内外参考文献和己有研究，设计碱激发水泥砂浆配合比。试验变量为纳米二氧化硅的掺量和锲矿比。纳米二氧化硅掺量分别为胶凝材料质量的0、1%、2%、3%

4、；锲矿比分别为1：0,3:7,7:3,0:1o定义银矿比1:0为N组，银矿比7:3位K组，银矿比3:7位M组，银矿比0:1为S组。每组纳米二氧化硅的掺量从03%。矿渣、银渣、纳米二氧化硅和模数为1.4水玻璃溶液中的固体定义为胶凝材料，碱掺量(Y)=5%(模数为1.4水玻璃溶液中的NazO/胶凝材料)，其水胶比为0.35。模数为1.4水玻璃溶液水的含量为337.19g,则外加水为371.56g。配合比见表3,单位为g,NS表示纳米二氧化硅。本试验的抗压强度和抗折强度试验方法参照规范水泥胶砂强度检验方法(GB/T17671-1999)。表3宏观力学实验配合设比(g)组别矿渣银渣水玻璃NS标准砂外加

5、水SO1786.5800S11768.71017.87S21750.85035.73S31732.98053.60MO1250.61535.970M11238.10530.6117.87M21225.60525.2635.73M31213.09519.89575.6153.604050371.56KO535.971250.610K1530.611238.1017.87K2525.261225.6035.73K3519.891213.0953.60NO01786.580N101768.7117.87N201750.8535.73N301732.9853.604.2 .试验步骤4.2.1 试验前准

6、备工作各种试验材料准备齐全。水玻璃溶液已经冷却至室温。搅拌机，胶砂振动台，试验机能正常运转。4.2.2 水泥砂浆的拌制1、分别称量各组所需的材料的质量；2、将矿渣(银渣)、标准砂、纳米二氧化硅置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀。3、激发剂和水混合并搅拌均匀。在搅拌过程中先加入一半质量的激发剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟。5、将搅拌完成的碱激发水泥浆体倒入已经涂好油的40mmX40mm160mm的模具中,并将模具放置在胶砂振动台上振捣2分钟，标号后放入标准养护间养护24h再拆模。6、到达相应的龄期后，按照水泥胶砂强度检验方法(GB/T17

7、671/999)规范进行抗压强度和抗折强度的测试,抗折强度每组3个试块,折断后共6个试块用于抗压强度试验。五、试验结果图7.3d抗折强度与纳米材料掺量的关系图8.3d抗压强度与纳米材料掺量的关系-100102030405060708090100110Nicke1s1agrep1acementratio%)图13银渣掺量与3d抗折强度的关系9080706050(ed1J)M_6USESSaIdEOONicke1s1agrep1acementratio(%)图15银渣掺量与7d抗折强度的关系Nicke1s1agrep1acementratio(%)图16.锲渣掺量与7d抗压强度的关系(EdW) U

8、3ujJnxi1图17.银渣掺量与28d抗折强度的关系(Bd乏)q)ua1ESSaIdEOO图18.银渣掺量与28d抗压强度的关系六、试验数据分析强度随纳米材料掺量变化的机理分析：试验结果表明，16组的抗压强度和抗折强度呈现的变化趋势相似，都是先增加后减小。从图7-图12可以看出，NS掺量在从O增加到1%时，抗压强度和抗折强度均随着NS的增加而增加，当NS掺量从1%增加到3%时，抗压强度和抗折强度均随着NS的增加而减小。当NS掺量为1%时，抗压强度和抗折强度达到最大值。一种可能的原因：纳米SiOz都属于非常小的纳米级材料，碱活化体系中NS的火山灰效应不明显，只能通过填充水泥净浆内部的孔隙和孔洞

9、结构，使得水泥净浆内部结构的到优化，并显著改善界面过渡区的结构使之更加致密，从而提升水泥浆内部的密实程度并提高力学性能。在纳米SiO2掺量高于1%时，混合液中NS的含量高于抗压强度所需的量,高于聚合过程中与凝胶材料结合所需的量，从而导致过量的NS浸出，产生团聚效应，导致强度下降。从图13-图18可以看出，碱激发砂浆的抗压强度和抗折强度随着锲渣掺量的提高而降低。与全矿渣相比，全银渣3d,7d和28d的抗压强度和抗折强度都显著降低。这可能是因为银渣的活性比矿渣要低，被水玻璃激发后生成的C-S-H要比矿渣少，所以碱银渣砂浆没有碱矿渣砂浆结构致密，所以其抗压强度和抗拉强度没有碱矿渣砂浆高。七、结论综合以上试验结果和分析，可以得到结论：1 .碱激发水泥砂浆的抗压强度和抗折强度随着NS的升高先上升，后下降，当NS掺量为1%时，抗压强度和抗折强度达到最大值。2 .碱激发砂浆的抗折强度和抗压强度随着锲渣掺量的升高而降低。