纳米二氧化硅在混凝土中的应用现状

1、摘要混凝土材料至今已有100多年的历史,在工程中被广泛地应用。然而，普通混凝土重量大，在施工中容易开裂;现浇后硬化慢导致工期长等的缺点。因此，研究和提高混凝土的耐久性和强度具有重要意义。纳米二氧化硅是纳米材料家族中最有前途的一项,它是一种非金属材料，颗粒大小仅约20纳米，外观为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染。此外，纳米二氧化硅具有较强的火山灰效应，可以降低了混凝土的坍落度和扩展度，改善了混凝土中骨料与料浆的界面。其晶体成核和微团聚体填充效应可以改善混凝土的孔结构和微缺陷，使混凝土内部结构更加致密，提高混凝土早期强度,为提高混凝土的性能提供了新的思路,是21世纪最有前景的材料之一。关键词:纳

2、米二氧化硅混凝土 力学性能 工作性 耐久性I1II第1章 绪论1.1研究背景及意义自1824年波兰发明水泥以来，水泥混凝土材料至今已有160多年的历史。现如今已经成为桥梁工程,土木工程,交通水利等现代工程结构的重要基础原材料之一。而混凝土作为土木工程中消耗量巨大的人工建筑材料,其需求量为材料之最。根据调查结果得知,目前我国混凝土平均年用量约为109立方,且有持续快速增长的趋势。但是普通混凝土有抗拉强度低、自重大,性脆;施工不当时容易开裂;现浇后硬化慢导致工期长等的缺点,限制了他在很多领域中的应用。近年来，许多研究学者从混凝土养护体系、养护内容和养护类型等方面来提高混凝土的性能，但在混凝土中加入

3、纳米二氧化硅的研究却少之又少。纳米二氧化硅是纳米材料家族中最具有发展前景的一项,它是一种非金属材料，粒径仅约20纳米，外观为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染。它还具有传统材料所没有的尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。研究结果发现,纳米二氧化硅的火山灰效应极强，可以改善混凝土的孔结构和微缺在陷,从而提高混凝土的各龄期强度（其中以早期强度的提高最为明显）。还降低了混凝土的坍落度和扩展度，改善了混凝土中骨料与料浆的界面。21世纪以来，随着工业化进程的加快和科学的快速发展，制备和应用技术也得到了提高。利用新材料，新技术提高传统材料的性能,对拓宽其应用领域有十分重大的意义。因此,在混凝土中掺入纳

4、米二氧化硅是混凝土历史发展的必然趋势,当今混凝土的发展必然走上更高性能的道路。1.2 纳米二氧化硅混凝土国内研究现状水化硅酸钙凝胶为水泥发生水化反应的产物，其粒径在该范围的纳米级颗粒尺寸下，所以在某种意义上可以认为混凝土本质上是一种初级的纳米材料，只是它的微观结构与其他材料相比较为粗糙。因此就需要用纳米二氧化硅掺入混凝土的办法来优化其微观结构。国内外许多专家学者对纳米二氧化硅混凝土进行了不同程度的试验研究，为纳米二氧化硅混凝土的广泛应用提供了强有力的理论基础。郑州大学汪鹏的研究结果显示，纳米二氧硅对混凝土的早期强度影响最为显著，随着掺量的增加，混凝土的断裂韧性、断裂能与裂缝、失稳断裂韧性、有效

5、断裂长度等断裂参数的临界裂缝张开位移都是呈现前期增大后期减小的趋势。唐晓萍、陈安生用纳米二氧化硅代替了混凝土中的水泥含量，研究结果显示纳米二氧化硅混凝土的抗压、劈裂、抗折强度和弹性模量相较于普通混凝土等均有所提高，范围在10%18%之间。杜应吉等人通过慢冻法冻融试验得出结论：纳米二氧化硅粉体能填充150nm以下的微小孔隙，避免了这些孔隙注水结冰收缩而产生破坏，提高了约50%的抗冻性能。高丹盈，赵军，李晗等通过研究发现，掺入适量的纳米二氧化硅，其微观填充效应能有效提高混凝土的抗氯离子渗透性，但过量使用会阻碍熟料颗粒与水的接触，造成不良影响。所以纳米二氧化硅的掺量应控制在一个适宜范围之内。李固华、

6、高波等人经过实验发现，因为纳米二氧化硅的需水量巨大，所以纳米二氧化硅混凝土的流动性与普通混凝土比起来要低得多，初凝和终凝的凝结时间也大大缩短。黄娟团队对不同材料，不同掺量的混凝土进行冻融循环试验，实验结果表明，在冻融循环次数达到第150次时，纳米二氧化硅混凝土的质量损失最小，相对动弹模量达到顶峰，抗盐冻性能的提高最为显著。1.3 纳米二氧化硅混凝土国外研究现状Morteza H. Beigi，Javad Berenjian等通过对自密实混凝土的各项性能进行研究发现，在混凝土中添加纳米二氧化硅能使浆体结构更加致密，表面更加地光滑。尤其在掺量达到4%时，混凝土强度的提高率达到最高，为20%。Nil

7、oofar Salemi对纳米二氧化硅混凝土的抗冻性能进行测试发现，混凝土的渗透性和孔隙率有所降低，在此基础上其抗冻性和抗压强度却有着较大的提高。Eskandari等人对掺了纳米二氧化硅的混凝土做了性能研究，研究发现纳米二氧化硅对降低氯离子渗透十分有效，1%的纳米二氧化硅能降低32%的抗氯离子渗透系数，大大改善了混凝土的微观孔结构，从而提高了混凝土的抗冻性与质量。A. H.Shekari研究了纳米二氧化硅对混凝土的吸水率和氯离子透过率的影响，结果表明氯离子的扩散率下降了35%。由此可以得出结论，结果表明，纳米二氧化硅对混凝土耐久性的提高有显著作用。Mostafa Jalal，Mojtaba F

8、athi等通过研究发现，纳米二氧化硅混凝土相较于普通混凝土不仅泌水和离析现象有所减少，抗渗性能提高，而且毛细吸水现象降低，混凝土内部材料组合效果更是大大改善。1.4 本文研究内容本文主要综述了纳米二氧化硅的性能及制备方法，国内外纳米二氧化硅混凝土的研究现状以及纳米二氧化硅对混凝土主要性能的影响。发现现存的问题，提出建议，并对未来发展方向进行展望。第2章 纳米二氧化硅的研究现状2.1 概念纳米材料被称为21世纪最有前途的材料,其中纳米二氧化硅在混凝土研究中有着广泛的应用。纳米二氧化硅又称白炭黑，是一种粒径仅为20nm左右的非晶白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，准颗粒结构呈絮状和网状。所

9、以具有很多独特的性质，如：小尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应。在光学方面，可以提高其抗老化、强度和耐化学性。此外，其强烈的火山灰效应和填充作用在涂料、纺织、橡胶、催化和农食品领域等都有着广泛的应用。图12.2 纳米二氧化硅制备方法 纳米二氧化硅的制备方法是纳米材料科技的重点,各国在这个领域有更多的研究。按照工艺分为干法和湿法（溶胶-凝胶法、化学沉淀法、气相沉积法、微乳液法）两种,干法制备的纳米二氧化硅具有纯度高,性能好等优点;但缺点是在生产过程当中消耗的能源较大,设备投资大,成本较高。用湿法制备的纳米二氧化硅经过硅烷偶联剂化学改性后,补强性与炭黑相接近,而且原料广泛易得,价格

10、低廉。下面就几种方法做简单的阐述。（1） 干法制备纳米二氧化硅。干法制备纳米二氧化硅的原料通常是用卤硅烷、氧气、氢气。其主要工艺流程是将有机硅化物与空气和氢气均匀混合后，经过高温反应水解，再在水解后分离大的凝胶颗粒，最后脱酸制得纳米二氧化硅。（2）溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅。此种方法是将无水乙醇（甲醇、乙醇、丙醇、戊醇）和硅酸酯（正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯）按一定比例均匀混合，形成溶液,在溶液中加入一定量的去离子水,调节该溶液的酸碱值后加入合适的表面活性剂,混合溶液在室温下搅拌和陈化，形成凝胶,凝胶再在炉中干燥，最后制得纳米二氧化硅粉体。（3）微乳液法制备纳米二氧化硅。此种方法

11、是湿法制备纳米二氧化硅中较为新颖的一种方法。其主要流程是将正硅酸四乙酯作为硅源，利用正硅酸四乙酯分子扩散通过反胶束界面膜渗透原子核内的水，最后发生水解缩聚反应制得纳米二氧化硅。（4）蛇纹石制备纳米二氧化硅。我国的蛇纹石资源十分丰富,蛇纹石中含39.5%的镁,40.4%的氧化硅。此种方法是在100的温度和常压下,在浸洗后的蛇纹石酸浸镁渣中加入烧碱,将多孔二氧化硅分离成水玻璃溶液，加入一定量的酸制备纳米二氧化硅。2.3 纳米二氧化硅的特性由于纳米二氧化硅具有很大的比表面积，随着颗粒尺寸的减小，表面原子数、表面能和表面张力急剧增大，所以即使纳米二氧化硅的成分没有任何变化，但是其熔点、力学性能和磁能都

12、会呈现出与传统材料截然不同的特性。根据材料的不同性能，学者们进行了深入的研究，总结出与传统材料相比的独特性能：（1）小尺寸效应。纳米颗粒尺寸不断变小，比表面积反而不断增加,熔点、光学性能,热学性能,电学性能等物理性质也随之而产生变化并产生一系列新奇的性质的现象称之为小尺寸效应。比如如金的熔点为1064，当颗粒尺寸减小到10nm时，则降低为1037，减小到2nm时变为327。（2）表面效应。随着粒径的减小，比表面积明显增大，粒子表面原子数相对增加，所以这些原子具有很高的表面活性而且不稳定，致使粒子表现出不同的特征，这就是表面效应。（3）量子尺寸效应。当粒径减小到一定值时，费米能级附近的能级由连续

13、能级转变为离散能级或能级间隙现象。当能级的变化比热、光、电磁能的变化更大时，磁性纳米粒子的光、声、热、电和超导性与传统材料有明显不同。（4）宏观量子隧道效应。它是量子力学的基本现象之一，即当粒子的总能量小于势垒的高度时，粒子仍然可以通过势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微观粒子的磁化，量子相干器件的通量等，也有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。（5）超细填充效应:纳米二氧化硅颗粒的尺寸极小，能够填充硬化混凝土内部孔隙, 减少水泥和混凝土水化后收缩引起的裂缝，改善混凝土的抗渗性与耐久性。第三章 纳米二氧化硅在混凝土中的研究现状3.1 纳米二氧化硅对混凝土的作用机理纳米二氧化硅对混凝土的作用机理

14、主要有:（1） 在7d龄期之内,混凝土中的氢氧化钙会与纳米二氧化硅反应生成水化硅酸钙凝胶,这种凝胶的胶结力强、比表面积大,能在一定程度上提高混凝土的强度,降低骨料表面氢氧化钙的反应,改善水泥浆和骨料过渡界面结构。混凝土的早期力学性能得到改善。（2） 纳米二氧化硅与氢氧化钙反应放热加快了水泥混凝土水化反应的进行,提高混凝土的早期强度。（3） 纳米二氧化硅可以物理填充混凝土内凝胶孔隙（1100nm）、水化硅酸钙水化层间隙和毛细孔隙，从而达到了增加混凝土密实度和提高相应强度的目的。（4） 纳米二氧化硅的比表面积较大,具有很强的化学活性，掺入混凝土后不仅能吸附大量的表层水,减少水化反应的水量,还能与水

15、化产物发生二次水化反应，从而降低水泥混凝土的水化程度。纳米二氧化硅在很大程度上能影响混凝土的力学性能,在混凝土水化早期,上述机理中的前三种起到了主要作用，提高了混凝土早期强度；到水化晚期,第四种作用起到了主要作用，所以纳米二氧化硅对混凝土后期强度的提升效果并不明显。当含量超过一定值时，混凝土的强度将继续下降3.2 掺纳米二氧化硅的混凝土的制备方法选择合适的制备工艺对掺了纳米二氧化硅的混凝土来说是十分重要的,可以使混凝土有良好的工作性,力学性能和耐久性能。在水泥浆或拌合物中充分均匀的分散纳米二氧化硅,可以有效的发挥纳米二氧化硅的特殊性能。参考上述原则,福州大学季滔等人采用的纳米混凝土制备工艺就是

16、在配制过程中,先将高效减水剂和大部分水均匀混合后倒入纳米二氧化硅,再搅拌均匀。纳米二氧化硅不溶于水,但是由于高效减水剂(固体的减水剂)起到了分散的作用,纳米二氧化硅就可以基本上溶于高效减水剂和水的混合体。将水泥、砂、石及掺合料在搅拌机中搅拌均匀,再倒入一部分水搅拌30s,最后慢慢倒入高效减水剂、纳米二氧化硅和水的混合液搅拌液搅拌60s,这样能使纳米二氧化硅更好更均匀地分散。重庆大学王充的研究表明,可以通过两种技术途径实现纳米二氧化硅混凝土的制备:（1）减水剂+大部分水搅拌均匀+纳米 SiO2手工高速搅拌均匀成混合液(间歇性加入适量消泡剂);在强制混凝土搅拌机中: 搅拌均匀的石头 + 沙子 +

17、水泥 + 减水剂、水和纳米二氧化硅混合液 + 其余部分的冲洗水均匀搅拌成混凝土混合物（2）减水剂+大部分水手工高速搅拌均匀成混合液(间歇性加入适量消泡剂);搅拌均匀的石头 + 沙子 + 水泥 + 纳米 SiO _ 2 + 减水剂、水混合物 + 剩余部分冲水均匀搅拌成混凝土混合物。然而经过试验发现:第一种途径制备的混凝土性能要比第二种途径制备的混凝土性能好,而且制备纳米二氧化硅混凝土时液体形态的高效减水剂要比固体形态的作用效果更为明显。浙江工业大学的叶青、陈荣升等,哈尔滨工业大学的肖会刚等的研究结果表明,制备方法(1)相较于(2)对混凝土强度提升作用更为显著。因为方法(1)避免了方法(2)被分离

18、成一个个小的纳米颗粒团聚体分布在水泥中的情况,提高了混凝土拌合物的流动性,使得纳米二氧化硅颗粒较为均匀的分散在水泥石中,大大提高了混凝土强度。上述研究结果表明,将纳米二氧化硅掺入混凝土中的制备工艺与普通混凝土的制备工艺不同,应用高效减水剂作为纳米二氧化硅的溶剂来制备。3.3 纳米二氧化硅对混凝土力学性能的影响纳米二氧化硅的火山灰效应极强,用水量巨大。在适宜范围内,随着纳米二氧化硅的不断增加,混凝土的各龄期强度也有所提高,其中以早期强度的提高最为明显,对后期强度的提升不那么显著。从提高混凝土强度的角度来看，纳米二氧化硅的用量应控制在合适的范围内。超过该范围后，纳米二氧化硅的持续添加将使混凝土的强

19、度不断降低。由于测试标准等方面的不同,目前对纳米二氧化硅最佳掺量的研究结果有所争议:郭宝林、叶青等人从提升抗压强度的角度研究认为,纳米二氧化硅的最佳掺量为3%左右;从提高混凝土强度的角度来看，李固华认为 0.5% 1.0% 是纳米二氧化硅的最佳用量;从提高混凝土抗压强度的角度来看，王保民认为 3% 5% 是最合适的。李鹏飞等人对掺有纳米二氧化硅的混凝土进行了试验研究，发现掺有纳米二氧化硅的混凝土的抗压性能与普通混凝土相比并不明显, 在大约 0.5% 时达到最高，之后，它逐渐下降;其抗弯拉强度却有很大的提高,在0.5%1.0%时效果最好,断裂韧性的提高也较为明显。综合考虑得出:随着纳米二氧化硅掺

20、量的不断增加,混凝土的力学性能也更加显著,但当掺量超过1%时,力学性能反而逐步下降。对于上述的研究结果可以作出如下解释：（1）纳米二氧化硅填充混凝土内部孔隙的同时，因为其较高的火山灰活性不仅能迅速地与氢氧化钙再次反应生成强度很高的水化硅酸钙凝胶，还密实了混凝土的内部结构。从而提高了混凝土的早期强度。（2）当混凝土内部相对湿度达到临界值时，水化反应立即停止。这时，由于纳米二氧化硅巨大的比表面积，使得参与水化反应的水量都被纳米二氧化硅所吸收，严重降低了混凝土的水化程度。所以纳米二氧化硅的掺量控制在1.5%2.0%之间能提高混凝土的强度，超过以后对混凝土的提升效果反而没有那么明显。3.4 纳米二氧化

21、硅对混凝土工作性能的影响混凝土的工作性能主要表现为“和易性”、“粘结性”和“保水性”。为满足上述条件,应对混凝土原材料颗粒级配进行控制,单位用水量与凝结时间应合适。其中用水量是混凝土工作性能优劣的影响因素之一,当胶料用量恒定时，耗水量越大，混凝土混合料的流动性越好。但用水量过大时,混凝土混合料容易不稳定,甚至出现渗出偏析现象,这种情况会严重影响混凝土的耐久性能和力学性能。尤其是对于通过降低水胶比而获得的高强轻质混凝土而言,在密实振捣拌合物的情况下,要最大限度地降低用水量。随着纳米二氧化硅的不断掺入,混凝土混合物的稠度增加,初凝和终凝时间差也不断变短。纳米二氧化硅的加入还会使混凝土流动变差，坍落

22、度降低,早期水化速率也不断加快。张茂花的研究表明,当纳米二氧化硅的掺量达到0.01%左右时,混凝土的流动性有所提高，这主要是因为纳米二氧化硅能润滑水泥中的微小孔隙,进一步分散水泥,相当于减水剂的作用。郭保林用坍落度和延伸度来反映混凝土的工作性能,并且用改变增塑剂用量的方法以满足混凝土工作性能的需要。试验结果表明,随着纳米二氧化硅的的不断加入,塑化剂的掺量也要不断增加，才能使坍落度和扩展度与原来相同。即纳米二氧化硅的掺入会使混凝土拌合物的流动性不断下降并变得粘稠。侯学彪等人则用坍落度来反映混凝土的工作性能,通过用纳米二氧化硅来取代混凝土中等量水泥的办法来测试纳米二氧化硅含量对混凝土性能的影响。结

23、果显示,混凝土坍落度的下降程度随着掺量的增加而不断增大,其粘聚性也不断地提高。这主要是因为纳米二氧化硅粒子与硅灰一样有很高的比表面积,混凝土的需水量也急剧增加。所以从混凝土工作性能的角度考虑,纳米二氧化硅的掺量不宜过多,应结合实际工程确定。3.5 纳米二氧化硅对混凝土耐久性能的影响3.5.1 纳米二氧化硅对混凝土抗冻性能的影响混凝土在高度潮湿的环境中，能够承受反复的冻融循环作用而不受破坏，混凝土的强度本质上不显著降低，称为混凝土的抗冻性。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的重要内容之一，它不仅是影响混凝土结构使用寿命的一个非常重要的因素，还是北方寒冷地区工程中急待解决的重要问题之一。我国地域辽阔,

24、混凝土冻害发生的范围也极其广泛,在西南、华北、西北地区修建的水泥混凝土建筑物,几乎全部都有不同程度的冻融破坏。就连气温较为暖和的华东地区也有冻融破坏的现象发生。现在国内外学者对深入研究混凝土的受冻破坏形式、冻害机理、影响要素、改善措施并研发出新型的抗冻性良好的混凝土十分感兴趣。目前对混凝土的抗冻性能常用的试验研究方法有三种:ASTMC666法、临界水饱和度法和快冻法。张茂花和王保民分别进行了在混凝土中添加纳米二氧化硅的冻融试验,结果表明,在冻融破坏时,掺了纳米二氧化硅的混凝土只有很少一部分表层浆体脱落,相较于没有掺纳米二氧化硅的混凝土来说,质量损失非常小(0.5%),而在最大冻融循环时间点前，

25、纳米二氧化硅的混凝土抗冻系数比未混合纳米二氧化硅高得多。这主要是因为掺入纳米二氧化硅后，混凝土浆体中形成了许多密闭均匀且不连续的气泡，其特点是直径很小且不仅具备吸水性和饱和性。这些气泡的形成不仅可以使混凝土的渗透性降低，还能使混凝土的孔隙水流程缩短。由此可以表明,在混凝土中掺入纳米二氧化硅对抗冻性能的提升十分有效。3.5.2 纳米二氧化硅对混凝土抗渗性能的影响抗渗性能是混凝土最重要性能之一，它的好坏在很大程度上决定了混凝土的耐久性。若混凝土的抗渗性能高,则外界的水分和侵蚀性离子就不容易到达混凝土的内部。纳米二氧化硅混凝土的本质是在普通混凝土的配合比基础上用纳米二氧化硅取代等量的水泥,因此水泥骨

26、料中的连接孔隙并没有发生改变,所以从抗渗性的角度来说,掺入纳米二氧化硅主要是减少了水泥与骨料中的连通孔隙。李固华的实验研究表明:纳米二氧化硅的加入可以提高混凝土在各个时期的抗渗性。其中以早期效果最为显著,后期效果逐步降低。同时,王宝民对混凝土做了掺量分别为3%和5%的抗渗性试验，试验结果表明:在纳米二氧化硅的掺量达到3%时,纳米二氧化硅混凝土渗透性效果达到最佳。这主要是因为纳米二氧化硅掺量达到3%时，氢氧化钙与纳米二氧化硅再发生水合反应，反应完成后，混凝土连通度迅速下降，气孔数迅速下降，对氯离子渗透性不断增加，从而使得混凝土的抗渗性提高。而当掺量达到5%时，混凝土内部的相对湿度迅速降低，纳米二

27、氧化硅与氢氧化钠难以再次发生反应，纳米二氧化硅的火山灰效应只能填充而不能细化毛孔。综上所述,随着纳米二氧化硅的掺入细化和改善了混凝土的孔结构,并提高了抗渗性能;掺入不同量的纳米二氧化硅,混凝土的抗渗性也会随着着孔结构的趋势而变化。3.5.3 纳米二氧化硅对混凝土自收缩性能的影响混凝土的自收缩性能是这样定义的:当混凝土在恒温、绝对湿度条件下，由于胶凝材料的水化反应，从而产生化学性能上的宏观体积收缩现象，与水分的蒸发与入侵、温度的升降无关。目前世界上常用的测试方法主要有:同济大学龙广城法、清华大学安明哲法、非接触式混凝土自收缩测量法、埋入式混凝土自收缩测量法、外置式混凝土自收缩测量法通过研究表明,

28、在混凝土中掺入纳米二氧化硅以后,自收缩性能出现了以下的规律：（1） 混凝土中纳米二氧化硅含量越高，混凝土应变自收缩越早，增长速度越快。（2） 纳米二氧化硅的自收缩性能与水胶比大小有关;当水胶比较小时,纳米二氧化硅混凝土的自收缩性在前期要比普通混凝土的大;当水胶比较大时,掺米二氧化硅混凝土的自收缩性在早期时大于普通混凝土,但在后期就小于普通混凝土。可能是由于与纳米二氧化硅混合后混凝土水化速度加快，内部相对湿度在短时间内降低至水化最小临界点。（3） 不同配合比的混凝土在一段时间之内,不仅自收缩缓慢,甚至有些还会出现膨胀现象。这可能是由于在这一期间内的水泥水化反应较为剧烈,混凝土受热膨胀以后,部分自

29、收缩性消失。3d龄期以后,混凝土的自收缩又逐渐增加。综上所述,在初凝至1天龄期之间掺入纳米二氧化硅能明显的提高混凝土的自收缩变形,水胶比越低,混凝土的自收缩性能越大。同时，可以通过加入引气剂来减少混凝土的自收缩变形。第四章 结论与展望4.1 结论本文综述了在混凝土中掺入纳米二氧化硅的制备方法,对混凝土力学性能、工作性能和耐久性能等影响的最新研究进程,并通过对比分析,了解纳米二氧化硅在混凝土中的最佳用量，并发现其对混凝土的影响规律和作用机理。在混凝土中掺入适量的纳米二氧化硅能提升混凝土的工作性能,这是因为纳米二氧化硅的颗粒很小,能够填充混凝土颗粒的间隙,从而起到润滑的作用。但是在实际运用过程中,

30、纳米二氧化硅颗粒的比表面积很大,这样就使得水泥浆体的需水量也变大,从而导致混凝土拌合物坍落度下降,黏稠度也不断增加。总的来说,添加过多的纳米二氧化硅会降低混凝土的工作性能，提高混凝土的耐久性和力学性能。而且同时纳米二氧化硅作为一种高科技材料,其制备与应用仍面临着许多问题，比如：（1） 混凝土用水量增大:因为纳米二氧化硅的颗粒很细,所以将其掺入混凝土中往往会导致混凝土的用水量增大,而增加混凝土的用水量就会使混凝土的强度降低。（2） 在使用过程中纳米二氧化硅的分散问题:由于纳米二氧化硅的表面活性较高,容易导致其颗粒团聚。与未分散的纳米二氧化硅相比，分散的纳米二氧化硅将使混凝土零件性能更好。但有研究

31、表明,在混凝土添加表面活性剂能改善纳米二氧化硅的分散性,但是成本也随之增加。（3） 纳米二氧化硅对混凝土性能的双重影响:掺入适量的纳米二氧化硅可以改善混凝土的其中一项性能,但同时也降低了混凝土的另一项性能。（4） 外加剂对纳米二氧化硅的影响:为改善混凝土的性能，在实际应用过程中往往要加入一定量的外加剂(如早强剂、减水剂、混凝剂)。在加入这些的同时是否会减弱纳米二氧化硅在混凝土中起到的作用还有待考察。（5） 纳米二氧化硅的价格昂贵:因为生产工艺受到限制,所以如今的纳米二氧化硅价格昂贵。因此其在工程应用上的发展受到了很大的限制。因此,纳米二氧化硅的用量和混凝土强度之间的协调关系，在加入水后如何使其

32、不与混凝土产生离散性的问题，怎样加强纳米二氧化硅生产工艺的研究,促进纳米二氧化硅在混凝土中的应用发展等问题还有待进一步研究。4.2 展望纳米二氧化硅作为混凝土的重要外加剂之一,它的研究与应用为混凝土的发展起着十分重要的推进作用,可利用其四大特殊效应来提高混凝土的多方面性能,满足现代工业发展的需要。在纳米二氧化硅混凝土的研究之中,对其力学性能的研究较多,并取得了许多有意义的成果, 相对而言，纳米sio2混凝土耐久性的研究还处于起步阶段，需要国内外专家的进一步深入研究。通过对纳米二氧化硅水化过程中水化产物和反应速度进行定量分析,可以进一步研究出提高掺纳米二氧化硅混凝土力学性能和耐久性能的内在机理:对比研究不同种类的纳米外加剂(如纳米碳酸钙、纳米氧化铝)对混凝土性能的影响,充分发挥纳米二氧化硅对普通混凝土性能的提升作用。除此之外,将纳米二氧化硅的其他性能引入到对特种混凝土(环保混凝土、自修复混凝土、抗震混凝土)的研究之中,同样是十分有意义的。相信未来当纳米二氧化硅的生产工艺成熟之时,将会给建筑行业带来一次大的变革,从而使混凝土行业得到更好的发展。参考文献1 刘刚，徐安，曾立.纳米二氧化硅在混凝土中的应用研究进展A混凝土，2014