納米氧化鋁添加到混凝土中的作用

水泥混凝土問世以來一直是建筑工程重要的結(jié)構(gòu)材料之一，得到廣泛的應(yīng)用。隨著混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)模及使用范圍的不斷擴(kuò)大，其服役環(huán)境及所受荷載日趨復(fù)雜。因此，為確保混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，有必要進(jìn)一步針對混凝土的性能進(jìn)行改性，以滿足各種條件下的使用要求。

以納米材料為代表的的超細(xì)粉體，是目前用于水泥基材料復(fù)合改性的一類新型材料。將納米材料摻入混凝土基體，可有效提升混凝土力學(xué)及變形性能。目前，針對納米混凝土的研究已取得許多成果，所摻入的納米材料多為納米二氧化硅（杭州萬景VK-SP30）、納米碳酸鈣（杭州萬景VK-Ca01）和納米氧化鋁（杭州萬景VK-L20Y）。納米二氧化硅（VK-SP30）、納米碳酸鈣（VK-Ca01）主要集中于納米混凝土的工作性和準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能。然而，許多混凝土結(jié)構(gòu)在其服役期間難免會面臨沖擊、高溫以及爆炸等極端外部荷載作用的威脅，因此納米氧化鋁（VK-L20Y）添加到混凝土中起到重要的作用。

納米氧化鋁（杭州萬景VK-L20Y）是一種新型的納米材料，具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，其光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性能優(yōu)勢。摻入納米氧化鋁（VK-L20Y）與水泥具有天然的相容性，而且納米氧化鋁（VK-L20Y）具有高的強(qiáng)度和很好的韌性，在水泥水化反應(yīng)中其產(chǎn)物具有較高的活性，能夠有效增強(qiáng)混凝土的性能。

混凝土破壞的實(shí)質(zhì)是內(nèi)部裂縫的萌生、擴(kuò)展直至貫通， 、致混凝土的實(shí)效破壞，納米氧化鋁的摻入，改善了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少了初始裂縫。

有實(shí)驗(yàn)表明，納米氧化鋁（杭州萬景VK-L20Y）均勻彌散與混凝土中，從微觀層面上改變混凝土的內(nèi)部，進(jìn)而對宏觀力學(xué)性能產(chǎn)生影響。在不同放大倍數(shù)下素混凝土和納米氧化鋁（VK-L20Y）混凝土的微觀形貌電鏡掃描圖像分別如圖6、圖7所示。

    由圖6可知，素混凝土的內(nèi)部水泥石微觀形貌粗糙，可見大量空隙暗影。圖6b中可見大連柱狀晶體交叉成網(wǎng)，大量粒狀和団狀晶體散亂分布其間，微裂縫發(fā)育明顯；圖6c中存在大量針狀晶體散亂分布于柱狀晶體網(wǎng)絡(luò)之間，微裂縫廣泛分布；圖6d中出現(xiàn)顯著薄弱區(qū)，較大孔隙缺陷和暗影。由于大量的針狀、粒狀和団狀晶體散亂分布于柱狀晶體網(wǎng)絡(luò)中，加之大量缺陷孔隙和發(fā)育顯著的微裂縫，對水泥石性能產(chǎn)生十分不利的影響，進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度形成，導(dǎo)致宏觀裂縫的發(fā)展，引起混凝土的內(nèi)部損傷。

由圖7a、b可以看出，在相同倍數(shù)下，納米氧化鋁（杭州萬景VK-L20Y）混凝土的圍觀形貌較素混凝土更均勻，孔隙暗影較少，無顯著薄弱區(qū)和網(wǎng)狀或柱狀晶體斷面，未見針狀有害晶體和大量団狀晶體。在較高倍數(shù)電鏡掃描下的圖7c、d，可見突起的圓粒狀晶體，未明顯脫離基體，雜質(zhì)晶體少，斷面均勻，微觀形貌密實(shí)。突起的圓粒狀晶體增大了反應(yīng)的接觸面積和接觸摩擦力，在一定程度上阻礙了破壞時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相對滑移。同時(shí)納米氧化鋁（VK-L20Y）比表面積較大且具有較強(qiáng)的吸附能力和催化活性，在水泥水化過程中生成的氫氧化鈣可在納米氧化鋁（VK-L20Y）表面形成水化鋁酸鈣，且易與水泥總的水化產(chǎn)物產(chǎn)生化學(xué)鍵合，再此過程中，大量六方片狀氫氧化鈣有害晶體被反應(yīng)消耗。此外，納米氧化鋁（VK-L20Y）彌散于水泥基復(fù)合材料中，填充于水泥石的微孔隙中，在水泥硬化漿體原有網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，鍵合更多納米級水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)進(jìn)而形成新的致密網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，細(xì)化了界面過渡區(qū)中的氫氧化鈣有害晶體，改善了混凝土微觀界面過渡薄弱區(qū)中氫氧化鈣晶體的富集和定向排列性能，增加了水化產(chǎn)物在界面薄弱區(qū)的含量，優(yōu)化了基體界面性質(zhì)，提高了水泥硬化漿體的密實(shí)度，進(jìn)而提高了納米氧化鋁（杭州萬景VK-L20Y）混凝土強(qiáng)度和韌性，進(jìn)而提高了混凝土的沖擊韌性。