基于纳米技术的水泥基复合材料改性研究(2)
3.6.1 原材料XRD分析 27
3.6.2 UHPC空白试样的XRD分析 29
3.6.3 掺入纳米SiO2的UHPC的XRD分析 30
3.6.4 掺入多壁碳纳米管的UHPC的XRD分析 30
3.6.5 掺入纳米Al2O3的UHPC的XRD分析 31
结 论 32
致 谢 34
参考文献35
1 引言（绪论）
随着世界人口不断地增长以及各国社会工业化发展进程不断地加快，水泥混凝土的用量也在与日俱增。十几年来的大量科研研究已经证实，含水量是影响混凝土力学性能与耐久性的关键因素之一，降低含水率能改善混凝土性能；同时研究发现，在混凝土配合比设计中采取最密实混合原则，即最小空间比，能有效改善混凝土内部结构并大幅提升强度。
1.1 超高性能混凝土
超高性能混凝土（UHPC, Ultra High Performance Concrete）是一种具有超高耐久性和超高力学性能的新型水泥基复合材料[1,2]。近些年，其已经成为混凝土材料发展的主要趋势，并被越来越广泛地应用于工程建设中。为使UHPC获得更好的性能，纳米材料被引入了UHPC领域。纳米材料也是一种应用领域广泛的新型材料，其颗粒尺度为纳米级，具有尺寸效应、体积效应、表面效应等特性。在UHPC中掺入纳米材料还可填充混凝土颗粒间的细小孔隙[3],使得混凝土基体更加致密，从而获得优异的宏观力学性能。而且，一些纳米材料，例如纳米SiO2与纳米CaCO3[2,4]，对于水泥水化反应和固化过程影响也十分显著。
UHPC作为一种相较于普通混凝土与高强度混凝土具有更高强度、更大韧性的新型水泥基复合材料，采用更细（粒径小于1mm）且更具活性的骨料，基体成分分布更加均匀，材料内部缺陷大量减少[5]并且含水率降低，从而获得超高强度和超高耐久性，其强度最高可达200MPa，抗折强度也可达45MP[6]；弹性模量相对普通混凝土和高强度混凝土增加，但其脆性依然较大且延展性差。
1.2 纳米材料
纳米材料是纳米级结构材料的简称，尺度为1-100nm，颗粒超细，拥有高比表面积和较高化学活性，且因其尺寸已经接近电子的相干长度，其性质发生了很大变化，具有尺寸效应、体积效应、表面效应等特殊性质[7]。 宏观物体被细分成纳米级后将展现出许多非常奇异的特殊性质，和大块固体物质相比，其性质在光学、热学、电磁学、力学以及化学等方面有显著不同。
1.3 纳米材料对水泥基复合材料的影响
纳米材料不仅可以填充水泥孔隙，某些纳米材料如纳米SiO2还能与水泥浆体中的Ca(OH)2进一步发生反应从而改善水泥浆体的结构与性能以及与骨料之间的界面形态，从而提升混凝土的强度、耐久性等性能。
传统混凝土制备是先将混合料干拌，再添加入水中搅拌，而对于纳米材料颗粒，干拌并不会使其分散均匀，且在加水搅拌时容易发生团聚，从而降低基体性能。研究表明[13]，将纳米材料配制成胶体溶液添加入UHPC浆体中搅拌比混合干粉末搅拌更有利于纳米材料的分散，且操作简便。
由于纳米材料具有较大表面积，需要吸收更多的水，这会使基体含水量增加导致性能下降[15]。高效减水剂能大幅度降低水泥用水量，显著改善混凝土工作性。研究表明[16]，将高效减水剂作为纳米材料的溶剂来制备混凝土比纳米材料直接以固体形态加入效果更好，性能也更优越。
超声波分散和表面活性剂也是使得纳米材料在浆体中分散更加充分和均匀的方法之一。张姣龙等人[10]的研究证明，适当掺量的碳纳米管在超声波分散和表面活性剂（PVP）共同作用下能显著提高其在水泥基复合材料基体中的分散性。