微纳米多尺度改性混凝土力学性能研究
混凝土中微纤维的力学性能及其增强效果研究
混凝土中微纤维的力学性能及其增强效果研究一、前言混凝土是建筑工程中最重要的构造材料之一。
然而，混凝土基本上是一个脆性材料，它的抗拉强度远远低于抗压强度。
因此，在受到外部力的作用下，混凝土往往容易发生裂缝，从而降低了其力学性能和耐久性。
为了克服这一缺点，许多研究者尝试将微纤维添加到混凝土中，以增强其力学性能。
本文将介绍混凝土中微纤维的力学性能及其增强效果的研究。
二、混凝土中微纤维的力学性能微纤维是一种直径小于100微米且长度大于100微米的细小纤维。
在混凝土中，微纤维可以承担部分应力，在一定程度上增强混凝土的力学性能。
常见的微纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维等。
这些微纤维的力学性能有所不同，下面将分别介绍。
1.聚丙烯纤维聚丙烯纤维是一种化学合成的纤维，具有较高的耐酸碱性和耐腐蚀性，同时价格较为便宜。
研究表明，在混凝土中添加适量的聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗裂性能和抗冲击性能。
此外，聚丙烯纤维还可以降低混凝土的收缩率和渗透性，提高混凝土的耐久性。
2.玻璃纤维玻璃纤维是一种由玻璃纤维组成的复合材料，具有较高的强度和刚度，同时具有耐腐蚀性和耐高温性。
在混凝土中添加适量的玻璃纤维可以提高混凝土的抗拉强度和抗冲击性能，同时降低混凝土的收缩率和渗透性，提高混凝土的耐久性。
3.碳纤维碳纤维是一种由碳纤维组成的复合材料，具有较高的强度和刚度，同时具有耐腐蚀性和耐高温性。
在混凝土中添加适量的碳纤维可以提高混凝土的抗拉强度和抗冲击性能，同时降低混凝土的收缩率和渗透性，提高混凝土的耐久性。
4.钢纤维钢纤维是一种由钢纤维组成的复合材料，具有较高的强度和刚度，同时具有耐腐蚀性和耐高温性。
在混凝土中添加适量的钢纤维可以提高混凝土的抗拉强度和抗冲击性能，同时降低混凝土的收缩率和渗透性，提高混凝土的耐久性。
三、微纤维增强混凝土的效果微纤维可以增强混凝土的力学性能，提高其抗裂性能和抗冲击性能，同时降低混凝土的收缩率和渗透性，提高混凝土的耐久性。
混凝土中添加纳米碳化钛的力学性能研究
混凝土中添加纳米碳化钛的力学性能研究引言混凝土是一种常见的建筑材料，具有很强的耐久性和承重能力。
但是在长期使用中，由于受到环境的影响，混凝土会出现龟裂、疲劳等问题，从而影响其力学性能和使用寿命。
近年来，研究人员通过添加纳米材料的方法来改善混凝土的力学性能，其中纳米碳化钛是一种常用的添加剂。
本文旨在探讨混凝土中添加纳米碳化钛的力学性能研究。
纳米碳化钛的特性纳米碳化钛是一种具有特殊性质的纳米材料，由于其具有高比表面积和优异的力学性能，成为了混凝土中添加剂的重要选择。
纳米碳化钛的特性如下：1.高比表面积：纳米级的碳化钛颗粒具有较高的比表面积，这使得其在混凝土基质中更容易分散和增强。
2.强度高：纳米碳化钛具有优异的力学性能，如高强度、高刚度、高韧性等。
3.抗氧化性：纳米碳化钛具有极强的抗氧化性能，可以保证混凝土在高温、高湿等环境下的力学性能。
4.增强混凝土的耐久性：纳米碳化钛可以减少混凝土中的孔隙和裂缝，从而提高混凝土的耐久性。
混凝土中添加纳米碳化钛的研究进展混凝土中添加纳米碳化钛的研究已经有了很多进展，主要涉及以下方面：1.力学性能研究混凝土中添加纳米碳化钛可以显著提高混凝土的力学性能，如抗压强度、抗弯强度、抗拉强度等。
例如，一项研究表明，当混凝土中添加5%的纳米碳化钛时，其抗压强度可以提高25%以上。
另外，通过扫描电镜观察发现，添加纳米碳化钛后混凝土的微观结构更为致密，孔隙度更小，这也是其力学性能提高的原因之一。
2.耐久性研究混凝土中添加纳米碳化钛可以提高混凝土的耐久性，在氯离子侵蚀、热循环等环境下也能保持其力学性能。
例如，在一项热循环实验中，添加纳米碳化钛的混凝土在经过100次循环后仍然保持了较好的力学性能。
另外，在氯离子侵蚀实验中，添加纳米碳化钛的混凝土的氯离子渗透深度明显减少。
3.微观结构研究通过扫描电镜等技术观察发现，添加纳米碳化钛后混凝土的微观结构得到了改善，孔隙度减少，混凝土内部的颗粒更加紧密，从而使得混凝土的力学性能得到提高。
混凝土中纳米材料的应用与效果分析
混凝土中纳米材料的应用与效果分析一、引言混凝土作为建筑材料的重要组成部分，一直是建筑行业中不可或缺的一部分。
近年来，随着科技的发展和纳米技术的应用，人们开始在混凝土中添加纳米材料，以提高其性能和应用效果。
本文将针对混凝土中纳米材料的应用与效果进行详细分析。
二、混凝土中纳米材料的种类混凝土中可以添加的纳米材料种类繁多，常见的有以下几种。
1.纳米二氧化硅纳米二氧化硅是一种具有特殊光学、机械和化学性质的纳米材料。
在混凝土中加入适量的纳米二氧化硅可以提高混凝土的强度和硬度，进一步提高混凝土的抗裂性能和耐久性。
2.纳米氧化铝纳米氧化铝是一种具有高表面活性和化学惰性的材料，可以有效地防止混凝土中的氯离子侵蚀，提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能。
3.碳纳米管碳纳米管是一种具有高强度、轻质、导电性和导热性的纳米材料。
在混凝土中加入碳纳米管可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性，进一步提高混凝土的使用寿命。
4.纳米氧化钛纳米氧化钛是一种具有高表面积和催化活性的纳米材料。
在混凝土中加入纳米氧化钛可以提高混凝土的光催化性能和自净能力，进一步提高混凝土的环境适应性和可持续性。
三、混凝土中纳米材料的应用效果分析混凝土中添加纳米材料可以显著提高混凝土的性能和应用效果，具体表现在以下几个方面。
1.提高混凝土的力学性能在混凝土中添加纳米材料可以显著提高混凝土的压缩强度、抗拉强度、抗弯强度和冻融性能。
例如，在混凝土中添加适量的纳米二氧化硅可以提高混凝土的力学强度和硬度，进一步提高混凝土的抗裂性能和耐久性。
2.提高混凝土的耐久性混凝土中的纳米材料可以有效地防止混凝土中的氯离子、硫酸盐和碳酸盐等离子体的侵蚀，进一步提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能。
例如，在混凝土中添加适量的纳米氧化铝可以有效地防止混凝土中的氯离子侵蚀，进一步提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能。
3.提高混凝土的环境适应性混凝土中的纳米材料可以提高混凝土的光催化性能和自净能力，进一步提高混凝土的环境适应性和可持续性。
混凝土中添加微纳米级材料对抗渗性能的提高研究
混凝土中添加微纳米级材料对抗渗性能的提高研究一、引言混凝土是目前建筑工程中最为常用的材料之一，但它的渗透性能较差，容易受到外部环境的影响从而导致建筑物出现裂缝、漏水等问题。
为了提高混凝土的抗渗性能，目前研究中普遍采用添加微纳米级材料的方法。
本文将探讨混凝土中添加微纳米级材料对抗渗性能的提高研究。
二、微纳米级材料的种类及特点微纳米级材料主要分为纳米氧化铝、纳米碳黑、纳米二氧化硅、纳米氧化钛等。
这些材料具有以下特点：1. 高比表面积。
微纳米级材料的比表面积非常大，可以提高混凝土的密实度和强度。
2. 高活性。
微纳米级材料具有高活性，能够与混凝土中的水泥反应，从而提高混凝土的强度和抗渗性能。
3. 细小颗粒。
微纳米级材料的颗粒非常细小，可以填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性能。
三、微纳米级材料对混凝土抗渗性能的影响1. 加入微纳米级材料可以提高混凝土的密实度，从而减少渗透性。
2. 微纳米级材料具有高比表面积和高活性，能够与水泥反应，形成更为坚硬的水泥石，提高混凝土的抗渗性能。
3. 微纳米级材料的细小颗粒可以填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性能。
4. 微纳米级材料可以改善混凝土的结构，提高混凝土的抗压强度和抗裂性能，从而减少渗透性。
四、微纳米级材料对混凝土抗渗性能的实验研究许多研究表明，加入微纳米级材料可以显著提高混凝土的抗渗性能。
1. 研究人员使用纳米氧化钛对混凝土进行了处理，结果表明纳米氧化钛能够填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性能。
2. 在另一项研究中，研究人员使用纳米碳黑对混凝土进行了处理，结果表明纳米碳黑能够提高混凝土的抗压强度和抗渗性能。
3. 还有研究表明，使用纳米二氧化硅和纳米氧化铝对混凝土进行处理也能够显著提高混凝土的抗渗性能。
五、结论通过对微纳米级材料对混凝土抗渗性能的影响和实验研究的探讨，可以得出以下结论：1. 微纳米级材料能够填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性能。
混凝土中添加碳纳米纤维的力学性能研究
混凝土中添加碳纳米纤维的力学性能研究一、前言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其强度和耐久性对于建筑物的稳定性和安全性至关重要。
然而，在长期使用过程中，混凝土存在着一些缺陷和弊端，如易开裂、低抗压强度等。
为了改善混凝土的力学性能，研究人员提出了许多方案，其中之一就是添加碳纳米纤维（CNF）。
本文旨在探讨混凝土中添加CNF的力学性能研究。
二、CNF的特性碳纳米纤维是由碳元素构成的一种材料，具有以下特性：1. 直径很小，一般在10-100纳米之间；2. 长度很长，可以达到数百微米；3. 高强度、高模量；4. 良好的导电性和热导性；5. 化学稳定性好。
三、CNF添加对混凝土的力学性能影响1. 抗压强度许多研究表明，添加适量的CNF可以提高混凝土的抗压强度。
例如，一项研究发现，在添加了0.1%的CNF后，混凝土的抗压强度提高了10%左右。
2. 抗拉强度CNF的高强度和高模量使其成为一种优良的增强材料。
一些研究表明，添加CNF可以显著提高混凝土的抗拉强度。
例如，一项研究发现，在添加0.2%的CNF后，混凝土的抗拉强度提高了50%以上。
3. 断裂韧性在混凝土中添加适量的CNF可以提高其断裂韧性。
一些研究表明，添加CNF可以显著提高混凝土的断裂韧性。
例如，一项研究发现，在添加0.1%的CNF后，混凝土的断裂韧性提高了30%左右。
4. 劈裂强度CNF的高强度和高模量使其成为一种优良的增强材料。
一些研究表明，添加CNF可以显著提高混凝土的劈裂强度。
例如，一项研究发现，在添加0.2%的CNF后，混凝土的劈裂强度提高了40%以上。
四、CNF添加的影响因素1. CNF的掺量CNF的掺量是影响混凝土力学性能的一个重要因素。
一般来说，适量的CNF可以提高混凝土的力学性能，但过多的CNF可能会对混凝土的力学性能产生负面影响。
2. CNF的分散性CNF的分散性也是影响混凝土力学性能的一个重要因素。
如果CNF没有得到良好的分散，那么它们就不能有效地与混凝土中的水泥石颗粒结合，从而无法发挥其增强作用。
材料论文：纳米材料与技术在水泥混凝土中的应用探究
纳米材料与技术在水泥混凝土中的应用探究0引言纳米材料典型的晶粒尺寸为1~100nm,作为一种新材料在各领域展现出广阔的应用前景。
在当今建筑行业,水泥混凝土被广泛应用,但是由于其成本的原因,还没有对纳米技术及纳米材料在水泥混凝土的改造性上加以重视。
研究证实,水泥硬化浆体的组成是:纳米级孔、纳米级粒子和毛细孔。
研究成果证实:用纳米技术及纳米材料可以进一步改善水泥混凝土的微观机构,可以对水泥混凝土进行改性,显着提高混凝土的物理学性能和耐久性。
1纳米材料的特性及作用实验研究显示,使用纳米技术将纳米材料加入水泥混凝土,水泥混凝土的空隙将会被纳米矿粉填充,是混凝土的流动性增加,还可以使混凝土中水泥和骨料的结构面得到改善,增加混凝土的强度、耐久性和抗渗性能,这是由于纳米粒子的表面效应和小尺寸效应的结果。
使用纳米技术将粒子的尺寸减小到纳米级,会引起表面原子数急剧增加,粒子的表面积和表面能都会随着上升,与普通粒子相比,化学活性和催化活性都有很大的变化,这样可以使纳米矿粉和水化产物大量键合,同时在以纳米矿粉为泾河的颗粒表面形成水化硅酸钙凝胶相,把相对松散的水化硅酸钙进行胶凝,变为以纳米矿粉为核心的网状结构,致使水泥石的徐变度降低,由此可以提高水泥硬化浆体的强度及其他的性能[1]。
2纳米技术在混凝土中的应用应用在混凝土中的纳米材料主要有纳米SiO2、纳米TiO2、碳纳米管、纳米ZrO2、纳米碳酸钙、纳米粘土等。
(1)纳米SiO2是较早被应用于提高混凝土性能的研究中的。
纳米SiO2具有更强的凝硬性,纳米SiO2与氢氧化钙晶体发生反应,在骨料—水泥界面过渡区形成C—S—H凝胶,有效的降低了氢氧化钙晶体的数量和大小,由此可以提高早期的水泥混凝土的强度,并可以提高31%~57%的抗折强度。
混凝土中加入纳米SiO2,较之以前,结构更加紧密。
均匀,有效提高了水泥混凝土的水渗透性。
(2)纳米TiO2作用于水泥混凝土中可以发生光化学反应,起到催化作用。
纳米材料改性混凝土力学性能研究
纳米材料改性混凝土力学性能研究一、研究背景混凝土作为建筑材料之一，具有高强度、耐久性好等优点，但其抗拉强度、抗裂性能、耐久性等方面还存在一定的不足，为了提高混凝土的力学性能，近年来研究者们开始在混凝土中添加纳米材料来改善其性能。
纳米材料作为一种新型材料，具有很高的比表面积和体积比等优点，可以通过调节纳米材料在混凝土中的含量和形态，来改变混凝土的力学性能，从而达到提高混凝土性能的目的。
二、纳米材料在混凝土中的应用1. 纳米氧化硅纳米氧化硅是一种常用的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。
在混凝土中添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。
同时，纳米氧化硅还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。
2. 纳米碳管纳米碳管是一种具有很高强度和韧性的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。
在混凝土中添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。
同时，纳米碳管还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。
3. 纳米氧化铝纳米氧化铝是一种常用的纳米材料，其添加可以提高混凝土的力学性能。
在混凝土中添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性能和耐久性。
同时，纳米氧化铝还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。
三、纳米材料改性混凝土的力学性能研究1. 抗压强度研究表明，在混凝土中添加适量的纳米材料可以显著提高混凝土的抗压强度。
例如，添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗压强度约20%左右，添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗压强度约15%左右，添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗压强度约25%左右。
2. 抗裂性能研究表明，在混凝土中添加适量的纳米材料可以显著提高混凝土的抗裂性能。
例如，添加适量的纳米氧化硅可以提高混凝土的抗裂性能约25%左右，添加适量的纳米碳管可以提高混凝土的抗裂性能约20%左右，添加适量的纳米氧化铝可以提高混凝土的抗裂性能约30%左右。
纳米硅溶胶在混凝土中的应用研究
纳米硅溶胶在混凝土中的应用研究一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，由于其具有良好的力学性能和经济性，已经被广泛应用。
然而，在长期使用过程中，混凝土容易出现龟裂、腐蚀等问题，导致其力学性能下降，影响建筑物的使用寿命。
为了提高混凝土的性能，近年来研究人员将纳米硅溶胶引入混凝土中，取得了一定的研究进展。
二、纳米硅溶胶的特性1. 纳米硅溶胶的制备方法：纳米硅溶胶的制备方法主要有溶胶-凝胶法、电化学法、气相法等。
2. 纳米硅溶胶的化学结构：纳米硅溶胶是由SiO2分子构成，其化学结构为Si-O-Si键，具有大量的表面羟基，具有较高的表面积和孔径，特别是在纳米尺度下，其表面积和孔径相对较大。
3. 纳米硅溶胶的物理性质：纳米硅溶胶具有良好的耐热性、耐酸碱性、低密度、高比表面积、高孔径等特性。
三、纳米硅溶胶在混凝土中的应用研究1. 纳米硅溶胶的应用前景：纳米硅溶胶作为一种新型材料，在混凝土中的应用前景广阔。
其通过增强混凝土的力学性能、提高混凝土的耐久性、改善混凝土的微观结构等方面，能够有效地提高混凝土的性能。
2. 纳米硅溶胶对混凝土力学性能的影响：研究表明，加入适量的纳米硅溶胶可以有效地提高混凝土的强度和韧性。
此外，纳米硅溶胶还可以有效地改善混凝土的微观结构，使得混凝土的力学性能得到了进一步的提升。
3. 纳米硅溶胶对混凝土耐久性的影响：纳米硅溶胶可以有效地提高混凝土的耐久性，主要是通过防止混凝土龟裂、腐蚀等问题的出现。
此外，纳米硅溶胶还可以改善混凝土的微观结构，提高混凝土的密实性，从而进一步提高混凝土的耐久性。
4. 纳米硅溶胶在混凝土中的应用方法：纳米硅溶胶可以通过混凝土掺合的方式加入混凝土中。
在混凝土的生产中，将适量的纳米硅溶胶掺入混凝土中，并进行充分拌和，即可将纳米硅溶胶均匀地分布在混凝土中。
5. 纳米硅溶胶在混凝土中的应用案例：研究表明，将纳米硅溶胶掺入混凝土中，可以使混凝土的强度提高15%以上，耐久性提高50%以上。
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微纳米多尺度改性混凝土力学性能研究发表时间：2019-05-23T16:34:48.077Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王端[导读] 摘要：本实验采用微米尺度的矿粉、粉煤灰、硅灰与纳米尺度的纳米二氧化硅协同改善水泥混凝土的力学性能。
中铁十四局铁正检测科技有限公司摘要：本实验采用微米尺度的矿粉、粉煤灰、硅灰与纳米尺度的纳米二氧化硅协同改善水泥混凝土的力学性能。
通过坍落度分析了微纳粉体对混凝土工作性能的影响，进而影响强度。
通过孔隙率和电子显微镜照片分析了微纳粉体对混凝土孔结构和微观形貌的影响，从微观角度解释了改性混凝土力学性能提高的机理。
关键词：微纳粉体；混凝土；抗压强度；孔隙率引言水泥混凝土是当今全球范围内用量最大、用途最广的人造复合材料之一，已被广泛应用于建筑、桥梁、道路、堤坝、市政工程、海工工程、核电工程以及国防工程等诸多领域[1, 2]。
混凝土能够得到认可和普及主要得益于其优良的性能和低廉的成本。
从古代的白灰、黏土拌和秸秆到现在的水泥、砂石配合钢筋，其原材料主要以廉价易得的无机材料为主。
而且，随着技术的进步和时代的发展，混凝土强度从最初的十几兆帕提高到了几百兆帕。
不仅能够承受几百米高的摩天大楼，还能支撑大跨度的桥梁和恶劣环境的大坝等。
这主要归功于混凝土微观结构的改善。
影响微观结构发展的因素很多，在水灰比不变的情况下，我们可以通过改善胶凝材料体系来实现微观结构密实化。
随着水泥混凝土技术的发展，矿粉、粉煤灰、硅灰等具有火山灰活性的辅助胶凝材料被普遍应用于混凝土中。
矿粉是炼铁产业的副产物，属于冶炼业的工业垃圾。
但其中包含的钙、硅、铝等氧化物具有反应活性，应用到混凝土中能明显改善其工作性和后期强度，对混凝土的长期耐久性能也有积极的作用，这主要归功于矿粉的微集料作用和对微结构的改善[3-6]。
粉煤灰是火力发电产生的工业垃圾，对环境容易造成污染。
但它的主要成分包含活性二氧化硅和氧化钙，具有反应活性。
而且其球形颗粒形状具有“滚珠效应”，能很好的改善新拌混凝土的工作性与和易性[7]。
将粉煤灰应用于混凝土，不仅减低了生成成本，还减少了环境污染[8, 9]。
但粉煤灰的惰性会影响混凝土的早期强度，因此需要其他材料的辅助改善。
硅灰能较好的弥补矿粉、粉煤灰早期强度低的缺点。
因为它的颗粒较小，活性较高，反应速度较快，因此也被当作辅助胶凝材料用于混凝土中[10, 11]。
矿物掺合料的使用较好的改善了硬化混凝土的微结构，填充了孔隙。
但它们的粒径在微米级，对于毛细孔的改善作用很小。
随着纳米技术的发展，纳米材料为混凝土微结构的改善提供了新契机。
本实验采用微米级的矿物掺合料和纳米级的纳米二氧化硅协同作用，研究微纳米尺度的混凝土微结构改善作用对其力学性能的提高。
通过孔隙率的分析和显微照片分析，从微观的角度解释协同改性的作用机理。
为高强高耐久的高性能混凝土发展提供理论支持。
1、实验1.1 原材料本实验采用市售的东岳水泥，型号为普通硅酸盐水泥P•O42.5，比表面积为315m2/kg，平均粒径为14.29μm。
粉煤灰、矿粉、硅灰均由浙江合力新型建材有限公司提供。
其粉煤灰的比表面积为640m2/kg，平均粒径为3.79μm；矿粉的比表面积为480m2/kg，平均粒径为12.15μm；硅灰的比表面积为28300m2/kg，平均粒径为2.96μm，主要以非晶态SiO2为主，含量在97%以上。
纳米二氧化硅是购自上海阿拉丁实业公司的亲水300型气相二氧化硅，纯度大于99.8%，颗粒尺寸在4-70nm之间，如图1所示。
水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的化学成分见表1。
图2~图5分别表示了这4种材料的激光粒度分布。
图5 硅灰的激光粒度分布图本实验使用细度模数为2.8的普通河砂作为细集料，含泥量小于1.0%。
使用最大粒径为20mm的石子作为粗集料，堆积孔隙率为38%，压碎值指标小于9%。
使用萘系减水剂调节工作性能。
拌和用水采用市政供给自来水。
1.2 混凝土成型及养护为了将纳米二氧化硅充分分散，采用超声分散技术，将纳米二氧化硅分散在拌和用水中。
超声分散器的功率为500W，频率为40Khz，超声时间为8分钟。
本实验采用0.4的水灰比。
具体的混凝土配合比如表2所示。
粉煤灰、矿粉的掺量占胶凝材料总质量的各15%，硅灰掺量为胶凝材料质量的10%，纳米二氧化硅掺量为胶凝材料质量的0.8%。
分别制备尺寸为100mm×100mm×400mm的长方体试块和100mm×100mm×100mm的立方体试块，成型24小时后脱模，并移至标准养护室（湿度≥95%，温度为20±2℃）中养护至规定龄期。
表2 不同种类微纳粉体改性混凝土的配合比（kg/m3）2、实验结果与讨论2.1 坍落度矿粉、粉煤灰能够改善新拌混凝土的工作性能，而硅灰和纳米二氧化硅吸水性强，严重影响新拌混凝土的工作性。
因此，首先考察微纳粉体对新拌混凝土坍落度的影响。
新拌混凝土坍落度是根据GB/T50080-2016规定进行测试。
首先润湿坍落度筒和地面，将筒放好并用双脚固定；然后将拌和均匀的混凝土分三层填入筒中，每次用捣棒插捣25下；最后将顶面抹平，迅速提起坍落度筒，待坍落结束，测量筒高与混凝土最高点的垂直距离，即为坍落度值。
实验结果绘制柱状图，如图6所示。
图6 微纳粉体改性新拌混凝土的坍落度由图6可以看出，纳米二氧化硅显著降低了新拌混凝土的坍落度，导致工作性不良，容易引人气孔。
矿粉和粉煤灰能有效改善纳米改性新拌混凝土的工作性，使坍落度恢复到140~150mm，减少了气孔等缺陷的产生。
由于硅灰的颗粒较小，比表面积较大，加入后也会使工作性变差，但降低程度小于纳米材料。
当矿粉、粉煤灰、硅灰和纳米二氧化硅四者复合时，坍落度能到达160mm，满足大多数的施工要求。
2.2 抗压强度混凝土抗压强度测试根据GB/T50081-2002规定的方法进行。
取标准养护到7d、28d和60d龄期的尺寸为100mm×100mm×100mm的混凝土试块，每组各3块，将表面擦干后放置在混凝土压力机下，其中成型的侧面为受压面。
启动压力机至试块破坏，读取抗压强度值，取3次值的平均。
所得实验结果绘制折线图，见图7。
由图7可知，纳米二氧化硅能提供混凝土的早期强度，但后期强度略有下降，可能是因为工作性不良引入的缺陷所致，由较大的误差可以推断。
矿粉和粉煤灰与纳米二氧化硅协同作用后，早期强度下降，但后期强度提高，因为矿粉和粉煤灰的活性较低，对早期强度产生不利影响。
硅灰的活性相对较高，能提高早期强度，但对后期强度的贡献不大。
当矿粉、粉煤灰、硅灰和纳米二氧化硅四者协同作用时，与第一组相比，早期强度提升，后期强度改善更明显。
说明不同尺度的微纳粉体协同作用不仅加速了早期水化反应，提高了早期强度，还能促进后期的水化能力改善，对降低水化热、减少温升和增加密实度有很大贡献。
图7 微纳粉体改性混凝土不同龄期的抗压强度2.3 孔隙率分析为了研究微纳粉体对混凝土微观孔结构的改善作用，测试了硬化混凝土浆体的孔隙率。
混凝土孔隙率的测定采用压汞仪法。
使用AutoPore 9500型压汞仪测定浆体的孔隙率和孔径分布，取60d龄期的破坏后混凝土小于8mm的浆体块，在60℃下烘干24小时至恒重，每组至少测两次以保证实验数据的可靠性。
实验结果如图8所示。
图8 微纳粉体改性混凝土的总孔隙率分析（C为水泥，NS为纳米二氧化硅，S为矿粉，SF为硅灰，FA为粉煤灰）由图8可以看出，由以上5种胶凝材料复合作用的混凝土进汞量最少，表示总孔隙率最小，仅为5.96%，说明多尺度的微纳粉体协同作用对混凝土的密实程度改善效果明显。
由水泥、矿粉、硅灰和纳米二氧化硅协同作用的混凝土总孔隙率次之，为6.24%。
而矿粉与纳米二氧化硅协同改性混凝土以及单掺纳米二氧化硅改性混凝土的总孔隙率分别7.32%和8.28%，比空白组的总孔隙率（为10.38%）都有所下降。
说明纳米二氧化硅对改善混凝土的孔隙率，提高密实度有很好的作用[12]；而且，当纳米材料与矿物掺合料协同作用时，可以将改善效果进一步提高，这与他们的尺寸效应、反应活性和对工作性能的影响密不可分[13]。
孔洞使混凝土结构疏松，是影响抗压强度的不利因素，改善混凝土的孔结构，提高致密度能有效改善混凝土的抗压强度。
图9 微纳粉体改性混凝土的显微照片分析（编号1-7分别对应配合比组别1-7）2.4 扫描电镜照片分析为了进一步研究微纳粉体对混凝土微观尺度的产物形貌的影响，使用扫描电子显微镜（SEM）对混凝土的微观结构进行分析。
显微照片如图9所示。
由图9（1）可知，空白组混凝土的微观结构比较疏松，多空隙和颗粒物，影响强度的发展。
由图9（2）可以看出，纳米二氧化硅能改善微观结构的密实度，但由于工作性不良，容易引入较大的气孔。
有图9（3）和（4）可以看出，纳米二氧化硅与矿粉、粉煤灰协同改性混凝土，其密实程度提高，但仍有较小的气孔和微裂纹存在。
当再复掺硅灰时（5和6），致密化程度进一步改善，凝胶形态多呈现紧密的块体。
当5种胶凝材料综合使用时，微纳米尺度配合更好，凝胶在更小尺度下被填充，几乎看不到孔隙的存在，致密化程度更高，对抗压强度的改善效果更好。
3、结论微纳粉体的协同作用能在几纳米到十几微米尺度范围内对混凝土微观结构进行改善，使致密化程度提高，降低了混凝土的孔隙率，从而提高抗压强度。
同时，纳米材料能弥补辅助胶凝材料早期强度低的缺点，而辅助胶凝材料能改善纳米改性混凝土的工作性能和后期的强度发展。
因此，无论从尺度效应匹配，还是活性效应互补等方面，微纳粉体的协同作用对改善混凝土的力学性能效果显著。
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