混凝土裂缝绿色纳米胶凝复合快速修复材料制备及性能研究.pdf

摘要 自我国住建部在2017年发布《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》以来， 为了促进建筑领域供给侧改革，该规划中提出要完成建筑节能、集约高效以及绿色生 态的建筑用能体系的相关任务，并且在十九大报告中也重点强调要建设资源节约型、 环境友好型社会。目前，国内建筑领域发展十分迅速，但快速发展的同时，由于混凝 土裂缝的存在对经济、社会及环境带来了较大的影响，如何针对结构特征、交通特性、 环境资源需求量小研发出新材料，为裂缝修复提供一个新的方向;在发现损伤裂缝如 何进行绿色修复，保证混凝土材料的充分运用，减少资源的浪费和能源的消耗。通过 相关文献查询、原材料选取、配方的试配、数据分析等技术手段，研发一种适用于混 凝土裂缝的绿色胶凝复合快速修复材料，对其相关性能进行检验。本文选取的胶凝材 料由两种活性材料组成，用 A 和 B 表示，然后掺入粉煤灰、硅灰两种矿物掺合料， 最后掺入纳米二氧化硅（NS ）改善修复材料相关性能。结果表明： （1）随着水胶比逐渐增加，修复材料的凝结时间（初凝、终凝）和流动度都有 所增加，为了满足修复材料快速修复的作用，采用低水胶比更有优势；活性材料 A:B 比例的增加，凝结时间、流动度及力学强度均呈上升趋势，其对早期强度的影响较为 显著；随着砂胶比逐渐增加，流动度降低，力学强度在一定范围有所增加；通过调整 粉煤灰掺量对修复材料凝结时间进行控制，以至于满足施工要求，粉煤灰作为环境需 求量低的建筑材料，对环境保护有所改善；随着硅灰掺量的逐渐增加，凝结时间及流 动度呈下降趋势，对力学强度的影响整体呈一个先增后减的走向；随着纳米掺量的增 加，对修复材料凝结时间呈先增后减趋势并逐渐平缓，流动度呈线性下降，力学强度 也呈先增后减的趋势。其中 NS 对力学强度影响十分显著；随着外加剂掺量的提高， 修复材料流动度得到改善，对凝结时间影响较为显著，相比于后期强度，早期强度影 响较为明显。 （2 ）基于性能及绿色建筑的前提下，得到其最优配比参数为水胶比 0.13、砂胶 比0.4、A:B 为 3:1、粉煤灰掺量20% 、硅灰掺量 3%、NS 掺量 3.5%、外加剂掺量 3%， 其 2h 的抗折强度为 5.5 MPa、抗压强度为25.7 MPa ，6h 的抗折强度为 6.1 MPa、抗 压强度为 27.2 MPa ，1d 的抗折强度达到7.0 MPa ，抗压强度 32.6 MPa，28d 的抗折强 度 7.6 MPa ，抗压强度 58.9 MPa；初凝时间28 min ，终凝时间47 min 。 （3 ）通过增大 A ：B 的比例，降低水胶比能有效改善抗渗性能，添加适量的细 集料可调整修复材料的结构，改善材料的密实性，进而提高抗渗性能。掺加适量的纳 米材料（纳米二氧化硅）可改善修复材料性能。随着 NS 掺量的逐渐增多，所示的三 I 个不同掺量的试件水压都到达仪器量程最大值 4.0 MPa ，但是渗透高度呈先降后增的 趋势。此外，掺入适量的硅灰及粉煤灰，可对修复材料的孔隙进行填充，将有害孔进 行改善为无害孔，密实修复材料的微观结构，抗渗性能得到改善。 （4 ）抗氯离子渗透性能影响程度大小，A ：B ＞水胶比＞NS掺量＞砂胶比＞硅 灰掺量＞粉煤灰掺量。通过增加活性材料A 的比例以及降低水胶比对修复材料的孔隙 率的降低影响程度较大，在一定范围内砂胶比、硅灰掺量、NS掺量、粉煤灰掺量的 增加，促进了修复材料的微观结构改善，其作用机理与抗渗性能原因相似，特别要提 出的是当粉煤灰掺量适当时，可以有效地扩大粉煤灰结合氯离子的有效面积，从而提 高其抗氯离子渗透性。A 比例的逐渐增大、水胶比增加、砂胶比的增大、粉煤灰掺量 增大都将导致自收缩降低；随着NS掺量、硅灰掺量的增加，自收缩越大。随着水胶 比、砂胶比的逐渐增大，界面弯拉强度随之降低；随着NS掺量的逐渐增加，界面弯 拉强度先升后降；随着硅灰掺量的逐渐增加，界面弯拉强度得到提升，掺量为6%其 增长幅度较大，相比于未掺硅灰增加了93%，小掺量对修复材料增大较小；粉煤灰掺 量的增加，阻碍界面弯拉强度的提升。