1、納米碳酸鈣對工作性的影響
由于納米碳酸鈣顆粒細小,摻入水泥漿體后引起漿體比表面積顯著增大,從而增大了漿體的需水量。孟濤等研究了納米碳酸鈣對水泥凈漿需水量的影響,結(jié)果表明:需水量隨納米碳酸鈣摻量增加而提高;摻量為2%、5%、8%時,其需水量相應(yīng)增加0.4%、1.8%和3.2%。而當(dāng)使用納米碳酸鈣中間漿體時,這一效應(yīng)會有所降低。摻量為2%及5%的時候,需水量僅僅降低了0.3%;摻量達到8%時,需水量基本與基準(zhǔn)一致。究其原因,認為是納米碳酸鈣中間漿體更易于均勻分散,可以改善微顆粒級配。
在水泥中摻入納米碳酸鈣可以促進其水化,提高水化速率,從而縮短凝結(jié)時間。魏薈薈的研究發(fā)現(xiàn),水泥漿體的初、終凝時間隨納米碳酸鈣摻量的增加而減小,當(dāng)摻量從0.44%增加到4.88%時,初凝時間從200min縮短至154min,終凝時間從247min縮短至199min。這一效應(yīng)對混凝土同樣存在,黃政宇在研究性能混凝土(UHPC)時亦具有相似的結(jié)果,圖1顯示,5%摻量的納米碳酸鈣會使UHPC達到較好的工作性。
Camiletti等指出納米碳酸鈣可以通過“提供成核位點”、“提高有效水灰比”、“增加接觸點”等效應(yīng)加速UHPC的凝結(jié)硬化。但是也有研究發(fā)現(xiàn),如果納米碳酸鈣和粉煤灰復(fù)摻,凝結(jié)時間則取決于兩者的摻量,當(dāng)納米碳酸鈣摻量大于20%時,會延長凝結(jié)時間。
納米碳酸鈣可以改善微細顆粒級配,減少堆積空隙,強化微骨料效應(yīng),在相同水膠比下,有助于提升混凝土的工作性。孟濤等研究了一種納米碳酸鈣改性的復(fù)合礦物摻和料(以納米碳酸鈣中間體與礦粉和粉煤灰按一定比例經(jīng)過干燥混磨工藝制成),發(fā)現(xiàn)經(jīng)過納米碳酸鈣改性后的摻和料,加入到混凝土中可以有效提高其工作性能,在總摻量為15%-30%時獲得較好的工作性。相比加入其他加速混凝土水化硬化的加速劑而言,加入納米碳酸鈣使混凝土具有更好的工作性。
2、納米碳酸鈣對水化過程的影響
納米碳酸鈣改性水泥基材料的作用一般有三種,即化學(xué)作用、晶核作用、填充作用。其中影響水泥水化過程的作用主要為化學(xué)作用和晶核作用。Detwiler和Tennis研究發(fā)現(xiàn),水泥水化的過程中,碳酸鈣粉體顆粒將作為成核場所,增加了水化產(chǎn)物C-S-H凝膠在石灰石粉顆粒上沉淀的概率,并加快了C3S的水化速度,在C-S-H和Ca(OH)2等主要產(chǎn)物的表面生長很多水化碳鋁酸鈣顆粒,這種碳鋁酸鈣(CaO?3Al2O3?CaCO3?11H2O)是納米碳酸鈣和C3A發(fā)生水化反應(yīng)所產(chǎn)生的,并因此可以改善水泥基材料的早期強度。
肖佳等通過測定水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的含量并進行量熱實驗,發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣的加入使得C3S水化的一放熱峰明顯變窄、增高和前移,增大了水化放熱量,且摻量越高,其早期的水化反應(yīng)速率越快,如圖2所示。
而在粉煤灰和水泥組成的復(fù)合體系中,納米碳酸鈣可以有效降低熟料礦物中C3S的含量,提高水化產(chǎn)物Ca(OH)2的含量,從而促進粉煤灰的水化。因此納米碳酸鈣可以與水泥中的C3A發(fā)生水化反應(yīng),生成新的水化產(chǎn)物,促進水同時,納米碳酸鈣還可以提高粉煤灰體系中水化產(chǎn)物Ca(OH)2的含量,促進粉煤灰體系水化。