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(ITZ)力學行為的影響。測試了混凝土的強度及彈性模量，采用納米壓痕技術并結合統計手段對 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性能，并主要提高了ITZ 的力學性能，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為主，在早期生成大量水化產物，尤其是低密度水化硅酸鈣凝膠，進而填充微孔，改善 ITZ 的微觀組織結構。

關鍵詞：混凝土；界面過渡區；納米二氧化硅；納米壓痕

中圖分類號：TU502    文獻標志碼：A   

文章編號：0454–5648(2018)08–1053–06

網絡出版時間：2018–05–24        

收稿日期：2018–01–22。   

修訂日期：2018–02–26。

基金項目：

國家自然科學基金(51378011)；

國家重點研發計劃(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，會造成混凝土中的骨料/漿體界面過渡區(ITZ)成為整體的“最弱一環”，從而嚴重影響混凝土的力學性能 及耐久性^[1–4]。為改善該薄弱區域，國內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，隨著納米技術的蓬勃發展，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和填充作用，并且納米 SiO₂還具備成核效應^[12–13]。Said 等^[14]曾報道納米 SiO₂的物理和化學作用能顯著提高 ITZ 的致密度。Zhang 等^[15–16]則發現， 在同等流動性前提下，摻入納米 SiO₂能改善混凝土孔結構和微缺陷，ITZ 也不再是混凝土薄弱環節。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。

結論

納米 SiO₂ 改性能有效提高早齡期混凝土的綜合力學性能，尤其能夠改善ITZ 的微觀組織結構， 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為主，形成大量的水化產物，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。