基于纳米技术的水泥基复合材料改性研究(3)
根据研究，养护制度对UHPC的影响也比较大。基体中具有火山灰活性的集料受温度影响较大。高温下，这些集料更容易发挥活性，更加充分地与水化产物反应，更好地填充粒子间的孔隙。因此，相比标准养护，热水养护后的水泥基复合材料强度提高幅度更加明显。
从现有研究成果来看，适量掺入纳米材料对UHPC性能的提升效果显著，应用前景也十分广泛，但是由于原料价格高昂，目前仍不易广泛推广；同时，如何更好地结合纳米材料与UHPC的特性依然是研究的重点问题。
本文主要研究纳米SiO2、碳纳米管与纳米Al2O3三种纳米材料不同掺量对UHPC的强度、微观成分、分析其微观结构并对实验方法进行适当改进。
2 实验
2.1 原材料
（1）水泥（C）：普通硅酸盐水泥，深灰色粉末，由江南-小野田水泥有限公司生产；
（2）硅灰（SF）：灰白色粉末，粒径<0.315mm；
（3）矿渣：灰褐色粉末，粒径<0.315mm；
（4）砂子：粒径<2.5mm；
（5）去离子水（DIW）；
（6）高效减水剂（SP）：ADVA®180混凝土外加剂，聚羧酸系，棕色粘稠液体，由Grace建筑产品公司生产；
（7）纳米SiO2（NS）：无定形白色粉末，纯度99.5%，粒径30±5nm，由上海晶纯生化科技股份有限公司公司生产；
（8）多壁碳纳米管（MWCNTs）：黑色粉末，纯度>95 wt-%，直径30-50nm，长度10-20μm，由中国科学院成都有机化学有限公司生产；
（9）纳米Al2O3（NA）：蓬松白色粉末，纯度99.99%，α相，平均粒径为30nm，由上海晶纯生化科技股份有限公司公司生产；
（10）聚乙烯吡咯烷酮 K-30（PVP)：白色或微黄色粉末，用作表面活性剂，由国药集团化学试剂有限公司生产。
图2.1 （a）纳米SiO2粉末与（b）纳米Al2O3粉末
2.2 仪器与设备
实验所使用的仪器与设备主要有：
JY3001电子天平（上海浦春计量仪器有限公司）；
FA2204B电子天平（上海精科天美科学仪器有限公司）；
JJ-5水泥胶砂搅拌机（无锡建仪仪器机械有限公司）；
GZ-85水泥胶砂振动台（无锡建仪仪器机械有限公司）；
DK-600B型电热恒温水槽（上海森信实验仪器有限公司）；
XO-1200超声波细胞破碎仪/粉碎机（南京先欧仪器制造有限公司）；
SANS CMT5105微机控制电子万能试验机（深圳市新三思材料检测有限公司）；
DSCC-5000（上海三思纵横机械制造有限公司）；
TYE-2000B型压力试验机（无锡建仪仪器机械有限公司）。
2.3 砂浆制备
2.3.1 空白试样制备
本实验中，UHPC基体配合比“水泥：硅灰：矿渣”为5:2:3，水胶比为0.19，胶砂比为1.2，减水剂含量为胶凝材料质量的2.0%（以下未作特殊说明，均是以胶凝材料掺量为基准），见表2.1。其中，硅灰与矿渣使用公称直径为0.315mm的新标准方孔石子筛进行筛料，砂子筛料所用的石子筛公称直径为2.5mm。
表2.1 UHPC基准配合比
水泥 硅灰 矿渣 砂胶比 水胶比 减水剂
1.0 0.4 0.6 1.2 0.19 2.0%
按配合比称量硅灰、矿渣、水泥与砂子，依次倒入水泥胶砂搅拌锅内，搅拌机低速干拌粉料5min；缓缓加入溶有减水剂的去离子水，保持低速搅拌，待拌合物由粉料拌合物状态变为黏稠浆料状态时，切换为高速搅拌,保持3min；将拌合物浆料倒入40mm×40mm×160mm的水泥砂浆三联试模中，置于水泥胶砂振动台上，振动成型（振动时间为120s/次，振动2次；振动过程中以平铲铲除浆料表面冒出的大量汽包）；在模具表面包裹保鲜膜并置于常温环境下，24小时后拆模。