[纳米SiO2等外加掺合料对EPS超轻混凝土的影响] 纳米防弹衣不仅轻而且

　　摘要：聚苯乙烯泡沫塑料（简称EPS）超轻混凝土是一种新型的轻骨料混凝土，它以其优越的热工性能和显著的经济效益越来越受到工程界的重视。在其中添加纳米SiO2等外加掺合料，能提高EPS超轻混凝土的性能，改善混凝土的微观结构和力学性能，研究纳米材料等外加掺合料对EPS超轻混凝土抗冻性能的影响具有重要的意义，具有非常重要的工程实用价值和社会经济效益。
　　关键词:纳米SiO2；EPS超轻混凝土；影响
　　中图分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：
　　Abstract: the polystyrene foamed plastic (hereinafter referred to as EPS) ultra light concrete is a new type of light weight aggregate concrete, it with its superior thermal performance and remarkable economic benefits more and more get the attention of the engineering. In which add nano SiO2, plus admixtures, can improve the performance of the concrete EPS super light, improve the concrete of the microstructure and mechanical performance, the nano materials and admixtures to EPS super light frost resistance of concrete influence has an important meaning, have very important engineering practical value and social economic benefits.
　　Keywords: nano SiO2; EPS ultra light concrete; influence
　　
　　中图分类号: TU5文献标示码: A 文章编号:
　　 1 概述
　　 纳米SiO2、可再分散乳胶粉、纤维素醚、聚丙烯纤维（PP纤维）是EPS超轻混凝土的外加掺合料。EPS超轻混凝土作为一种新型的建筑材料，在其制作过程中，必然会出现一些问题：首先，由于EPS颗粒质量极轻，用普通的振动成型方法会出现EPS颗粒上浮、物料分层的现象，致使EPS超轻混凝土质量不均匀，大大降低了它的性能。EPS颗粒是一种有机材料，其表面具有亲油性，而水泥是一种无机材料，以离子型化合物为主，因而其表面基团具有强烈的吸水性，这两种截然不同材料的表面性质导致了其表面难以结合，这种复合材料的界面问题由于有机物的存在而变得更加复杂。因此，在EPS超轻混凝土当中加入纳米SiO2等外加掺合料对其进行改性，进行复合来优化，克服了掺用单一矿物外加剂对EPS超轻混凝土结构和性能所带来的负面影响，大大的提高了EPS超轻混凝土的微观结构和性能[1]。
　　 2 纳米SiO2等外加掺合料对EPS超轻混凝土的影响
　　2.1 纳米SiO2的 概述及其作用
　　 纳米SiO2是指平均粒径在1～100nm之间的SiO2颗粒，是纳米材料中的重要成员之一。纳米SiO2是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。纳米SiO2为无定型白色粉末，其微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。与同组成的微米材料相比，纳米SiO2的特殊结构使其具有独特的性质：分散性好，有巨大的比表面积，光学性能和化学稳定性优良。纳米SiO2是材料科学与凝聚态物理领域中的研究热点，并广泛应用于建筑材料、橡胶、工程塑料、涂料、胶粘剂、封装材料和化妆品等行业[2]。
　　 纳米SiO2完全能应用于水泥基材料当中，将纳米SiO2掺入到水泥基材料中，水泥基材料的强度和流动性都有所提高，但掺量不宜过大。在粉煤灰混凝土中掺入少量纳米SiO2，可提高粉煤灰混凝土的抗压和抗折强度（尤其是早期强度），增加混凝土的密实性，提高其耐久性[3]。
　　 浙江工业大学叶青等[4]的研究表明，纳米SiO2具有较高的火山灰活性，应当可以用于水泥基材料中。纳米SiO2能明显地提高水泥硬化浆体的强度,特别是早期强度。在水泥基材料当中掺入纳米SiO2可以显著的提高水泥硬化浆体的早期强度，能更有效更迅速地吸收水泥基材料界面上的氢氧化钙，能更有效更大幅度地降低界面氢氧化钙的取向程度。这些结果均有利于界面结构的改善和界面物理力学性能的提高。
　　 重庆大学王冲等[5]的研究表明，将纳米SiO2应用到水泥基材料中的可行性和应用技术，结果表明，纳米SiO2完全可以很好地在水泥基材料中，将纳米SiO2掺入到水泥基材料中，水泥基材料的强度和流动性都有所提高，但掺量不宜过大。
　　 目前有关纳米SiO2在混凝土当中应用较少，特别是纳米SiO2在EPS超轻混凝土当中应用的研究还处于探索阶段，国内外相关的报道都很少。
　　2.2 可再分散乳胶粉的概述及其作用
　　 可再分散乳胶粉由醋酸乙烯酯与乙烯共聚而得乳液，再经过喷雾干燥等一系列过程制的。当这些粉末与水搅拌或在砂浆中与水混合时，会生成与原始乳液性能相似的稳定的分散体。可再分散乳胶粉是水溶性的，它在水中形成乳胶液，对各种物质有很好的粘结性。掺入可再分散乳胶粉的目的是为了使EPS颗粒表面与水泥浆体具有良好湿润粘附能力，保证物料能均匀混合，不发生EPS颗粒上浮离析现象，提高EPS超轻混凝上的和易性、强度、抗冻性、抗渗性等性能。可再分散乳胶粉对EPS超轻混凝土的具体作用[6]为：
　　 1）在EPS超轻混凝土的凝结硬化过程中，可再分散乳胶粉会在轻骨料与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者的界面结合更加密实、牢固；
　　 2）可再分散乳胶粉分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用，形成特殊的桥键作用，改善水泥水化产物的物理组织结构，从而缓解内应力，减少水泥浆体中微裂纹的产生；
　　 3）可再分散乳胶粉分散到水泥浆体中，随着水泥水化的进行，水泥浆体中水分不断消耗，水化产物增多，聚合物就逐渐聚集在毛细孔中，并在水泥水化物凝胶表面、未水化水泥颗粒表面成紧密堆积，从而，改善了硬化水泥浆体结构，由于水泥水化和干燥使水分进一步减小，可再分散乳胶粉便凝聚成膜，形成聚合物网络，这种聚合物网络的弹性模量较水泥硬化体的弹性模量低，使硬化水泥浆体的韧性得到改善；从而提高EPS超轻混凝土性能的和易性和力学性能。同时增加硬化水泥浆体的密实性；聚合物分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用，形成特殊的桥键作用，改善水泥水化产物的物理组织结构，缓解内应力，从而，减少水泥浆体中微裂纹的产生，增加界面的密实性。
　　2.3PP纤维的概述及其作用
　　 PP纤维的原名叫聚丙烯纤维，其是通过丙烯加聚而制的。PP纤维在工程中的应用已经很广泛，其在EPS超轻混凝土中的作用为：
　　 1）在混凝土中掺加纤维能有效地改善材料的脆性、耐久性和抗疲劳能力。是混凝土高性能化的一条重要途径。加入PP纤维后的EPS超轻混凝土与普通混凝土相比，其具有轻质保温效果好等独特优点。但是，EPS超轻混凝土的抗拉、抗剪强度较低，影响了轻骨料混凝土的广泛使用。PP纤维的加入可以通过大量吸收能量，大幅度提高EPS超轻混凝土抗裂性能及改善其抗冲击性能，并能大幅度提高其的抗折强度，降低其脆度系数。
　　 2）实验表明PP纤维在EPS超轻混凝土能明显地提高材料的韧性。除此之外，PP纤维增强对于轻混凝土有着更为特殊的意义：一是因为轻集料混凝土的水泥用量大、骨料强度模量低和限制水泥石收缩变形能力小等原因。造成收缩增大，而纤维能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。从而产生一种有效的一级加强效果，增强混凝土的韧性，减少混凝土收缩引起的裂纹和裂缝。二是因为PP纤维在混凝土中形成网络结构，起到一种“承托”作用，降低了混凝土的表面析水和轻集料的上浮，并且纤维表面积大，能吸附大量的水泥浆包裹其周围，提高了水泥浆粘性，有效地控制了轻集料混凝土的分层离析[7]。
　　 此外，还可以加入纤维素醚（羟乙基甲基纤维素醚），可以降低水灰比，从而，使EPS超轻混凝土力学性能得以改善和提高。
　　3 结论
　　 EPS超轻混凝土是一种很好的建筑节能材料，在建设中的应用很广泛，在EPS超轻混凝土当中添加适量纳米SiO2等外加掺合料，不但可以填充水泥浆体的空隙，提高EPS超轻混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使EPS超轻混凝土的强度显著提高。同时加入纳米SiO2等外加掺合料还能改善EPS超轻混凝土的微观结构，并能使其的抗冻性、抗渗性得以提高。研究纳米材料特别是纳米SiO2对EPS超轻混凝土性能的影响具有重要的意义，这种技术的广泛应用必将大大推动建筑材料行业的发展，具有非常重要的工程实用价值和社会经济效益。
　　基金项目：吉林省科技发展计划项目青年科研基金（201201103）；吉林建筑工程学院青年基金（J20091101）资助项目。
　　[1] 张荣祥，EPS与环保[J]，8(2)：P 48~49，1998
　　[2] 张立德、牟季美，纳米材料和纳米结构[M]，北京：科学出版社，P8~24，2001
　　[3] 季韬、黄与舟等，纳米混凝土物理力学性能研究初探[J]，混凝土，161 (3)：P13~15，2003
　　[4] 叶青、张泽南等，纳米SiO2与水泥硬化浆体中Ca(OH)2的反应[J]，硅酸盐学报， 31(5)：P517~522，2003
　　[5] 王冲、蒲心诚等，纳米颗粒材料在水泥基材料中应用的可行性研究[J]，新型建筑材料，2：P22~23，2003
　　[6] 陈兵、陈龙珠， EPS轻质混凝土力学性能研究[J]，混凝土与水泥制品，3：P41~45，2004
　　[7] 陈明凤、张彭成等，EPS保温砂浆性能的影响因素分析[J]，新型建筑材料，7：P23~26，2001

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