摘 要：從宏觀和微觀尺度上研究了納米 SiO2改性對早齡期混凝土中界面過渡區(qū)(ITZ)力學(xué)行為的影響。測試了混凝土的強度及彈性模量，采用納米壓痕技術(shù)并結(jié)合統(tǒng)計手段對 ITZ 進行了表征。同時，從 2 個尺度層面分別建立了模型進行分析。結(jié)果表明：納米 SiO2的摻入有效提高了早齡期混凝土的綜合力學(xué)性能，并主要提高了ITZ 的力學(xué)性能，使 ITZ 與漿體本體的模量比從 50%提升到 80%。納米 SiO2 改性機制以加速水化反應(yīng)為主，在早期生成大量水化產(chǎn)物，尤其是低密度水化硅酸鈣凝膠，進而填充微孔，改善 ITZ 的微觀組織結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：混凝土；界面過渡區(qū)；納米二氧化硅；納米壓痕
中圖分類號：TU502 文獻標(biāo)志碼：A
文章編號：0454–5648(2018)08–1053–06
網(wǎng)絡(luò)出版時間：2018–05–24
收稿日期：2018–01–22。
修訂日期：2018–02–26。
基金項目：
國家自然科學(xué)基金(51378011)；
國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0700802)。
通信作者：徐 晶(1984—)，男，博士，副教授。
前言
眾所周知，由于骨料的邊壁、泌水等效應(yīng)，會造成混凝土中的骨料/漿體界面過渡區(qū)(ITZ)成為整體的“最弱一環(huán)”，從而嚴(yán)重影響混凝土的力學(xué)性能 及耐久性[1–4]。為改善該薄弱區(qū)域，國內(nèi)外研究者做了大量的研究工作[5–7]。Mindess 等[8]認為摻入硅灰是其中最有效的方法之一，這主要在于硅灰的高火山灰活性和填充效應(yīng)能有效減少ITZ 中定向排列的 Ca(OH)2晶體和孔隙。
近年來，隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對混凝土，尤其是對 ITZ 進行納米改性受到了人們的廣泛關(guān)注，而納米SiO2是其中的典型代表[9–11]。相比硅灰， 納米 SiO2有更高的比表面積，因而具備更強烈的火山灰效應(yīng)和填充作用，并且納米 SiO2還具備成核效應(yīng)[12–13]。Said 等[14]曾報道納米 SiO2的物理和化學(xué)作用能顯著提高 ITZ 的致密度。Zhang 等[15–16]則發(fā)現(xiàn)， 在同等流動性前提下，摻入納米 SiO2能改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和微缺陷，ITZ 也不再是混凝土薄弱環(huán)節(jié)。然而，目前針對 ITZ 納米改性后的性能研究仍偏重于基于圖像分析等手段的定性描述，尤其缺乏對其力學(xué)行為的定量表征。本工作將從宏觀和微觀尺度分別研究納米SiO2改性后混凝土ITZ的早齡期力學(xué)性能，并嘗試從 2 個尺度層面進行建模，以定量分析改性后 ITZ 的性能變化。
結(jié)論
納米 SiO2 改性能有效提高早齡期混凝土的綜合力學(xué)性能，尤其能夠改善ITZ 的微觀組織結(jié)構(gòu)， 使得 ITZ 與漿體本體的模量比從50%提高到 80%。 納米 SiO2 對混凝土早齡期水化改性機制以加速水化反應(yīng)為主，形成大量的水化產(chǎn)物，尤其是 LD C-S-H 凝膠相，從而填充微孔，并提升整體致密程度。
