納米氧化鈦復(fù)合活性粉末混凝土的性能與機(jī)理.pdf

1、已有研究證實(shí)納米二氧化鈦(Nano-Titanium Oxide，NT)不僅能賦予水泥基材料光催化性、自清潔性等特殊功能，還能有效提高其強(qiáng)度、韌性、抗疲勞和蠕變性等力學(xué)性能以及電學(xué)性能;活性粉末混凝土(Reacive Powder Concrete，RPC)具有較高的強(qiáng)度與韌性，是二十世紀(jì)90年代新型建筑材料領(lǐng)域重要成果之一?？紤]到NT自身的功能性和對(duì)水泥基材料的改善作用，本論文通過內(nèi)摻法將不同晶相、不同粒徑NT代替水泥質(zhì)量摻入RPC中

2、，以期望得到具有更優(yōu)力學(xué)性能和電學(xué)性能的NT復(fù)合RPC材料。主要在研究?jī)煞N粒徑（10nm和15nm）的銳鈦相NT、三種粒徑（50nm、500nm和1500nm）的金紅石相NT以及兩種特殊NT（包硅和混晶）復(fù)合RPC的力學(xué)性能、電學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上探究NT組成和尺寸對(duì)RPC性能影響規(guī)律及機(jī)理，具體如下:
　　(1)針對(duì)NT在水泥基復(fù)合材料中較難均勻分散，以及現(xiàn)有研究大多圍繞NT對(duì)水泥凈漿和普通水泥砂漿性能的影響研究而對(duì)高性能混

3、凝土性能影響研究相對(duì)較少的現(xiàn)狀，采用機(jī)械攪拌以及復(fù)合超塑化劑的方法對(duì)NT在RPC漿體中進(jìn)行分散，同時(shí)通過改變超塑化劑的摻量調(diào)節(jié)不同NT摻量下RPC的工作性，制備出具有良好工作性和性能穩(wěn)定的NT復(fù)合RPC材料。
　　(2)測(cè)試了摻有10nm和15nm兩種粒徑的銳鈦相NT復(fù)合RPC的力學(xué)性能和電學(xué)性能，通過掃描電鏡觀察了NT復(fù)合RPC的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而分析了NT對(duì)RPC性能的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明，由于成核率的不同導(dǎo)致不同粒徑的銳鈦相N

4、T對(duì)RPC性能的改善程度不同。二者都能提高RPC后期抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，其中10nm銳鈦相NT改善效果更佳;二者都能降低RPC電阻率，其中15nm銳鈦相NT具有較好的復(fù)合效果;二者對(duì)RPC后期抗折強(qiáng)度都有一定削弱作用，這是由于NT粒子具有高比表面積會(huì)吸附水而導(dǎo)致水泥后期水化不完全。
　　(3)制備了摻有50nm、500nm和1500nm三種粒徑的金紅石相NT復(fù)合RPC材料，測(cè)試了其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度以及電阻率，并

5、結(jié)合掃描電鏡分析探討了NT對(duì)RPC性能的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明，由于金紅石相NT的晶格結(jié)構(gòu)致密，因而比銳鈦相NT更加穩(wěn)定，加之粒徑相對(duì)較大，充分發(fā)揮填充效應(yīng)，所以金紅石相NT對(duì)RPC整體性能改善效果比銳鈦相NT好，同時(shí)不同粒徑的金紅石相NT對(duì)RPC改善效果不同。三者均能提高其后期抗壓強(qiáng)度和劈裂抗抗拉強(qiáng)度，其中500nm金紅石相NT的復(fù)合效果最優(yōu);對(duì)于后期抗折強(qiáng)度，NT粒徑越大復(fù)合效果越好，50nm的金紅石相NT甚至使RPC的強(qiáng)度降低;不

6、同粒徑的金紅石相NT均能減小RPC的電阻率，其中500nm的復(fù)合效果最佳。
　　(4)除銳鈦相和金紅石相的NT，還選取了兩種特殊的NT:金紅石相表面硅處理的NT（包硅NT）以及銳鈦相和金紅石相混合的NT（混晶NT）復(fù)合RPC材料，并通過抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和電阻測(cè)試以及掃描電鏡觀察等手段研究這兩種NT對(duì)RPC材料性能的影響規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理。研究結(jié)果表明，與本論文中采用的所有NT相比，包硅NT對(duì)RPC強(qiáng)度的改善效果最佳，這是由于包硅NT