纳米改性水泥基材料流变特征的时间和温度依赖性研究及其调控

It is a development direction of the conventional cement material by nano-modifying cement-based materials to enhance the strength, improve the durability or give it special functions of the hardened cement based materials. In this work, based on the effect of nanoparticles on the mixture workability of cement based materials, the rules of influence of nano material type, morphology, surface characteristics and the early hydration activity and other factors on the rheological parameters of the slurry mixture will be discussed. Then, the early role of the reaction mechanism of nanometer and cement based materials will also be illustrated. The relationship between rheological parameters and material properties, environment temperature and early hydration degree of nano modified cement-based materials would be clarified. In order to better understand the effects, the rheological model based on materials and time could be developed. The measures which can control the rheological behavior of nanometer reinforced cement-based materials will be putted forward. All the efforts can be used to providing theory basis and data support to expand the application of nano material in cement base material.

为提升硬化水泥基材料的强度、耐久性或赋予其功能性，采用纳米改性技术是传统水泥材料发展的一个方向，而纳米材料对水泥浆体流变性的影响又是制约其性能发展与应用的一个关键问题。本项目针对纳米SiO2、TiO2、碳纳米管等对水泥基材料工作性能的影响，探讨纳米材料种类、颗粒形貌、表面特性及其早期水化活性等因素对拌合物浆体流变参数的影响规律；阐明纳米材料与水泥基材料的早期作用机制；明确纳米材料改性水泥基材料流变学参数与材料表面特性的关系；分析环境温度以及水化时间对浆体流变性的影响规律；拟建立基于材料、时间的水泥浆体流变学模型；提出针对纳米改性水泥基材料流变行为的控制措施，建立流变参数与工作性能的关系，为拓展纳米材料在水泥基材料中的应用奠定理论基础。

纳米材料可以从微观层面实现对水泥基材料的改性，有效地改善材料内部结构，提升材料硬化后的力学、耐久性能以及功能性，但却会对拌合物的流动性能产生较大的影响。项目系统研究了纳米材料种类、掺量、粒径尺寸对于水泥浆体流变性的影响规律，阐明了纳米改性水泥基材料浆体流变参数与温度-时间的依赖关系，明确了纳米改性水泥基材料流变特性的影响因素，基于流变学理论实现了对拌合物流动性能的精确量化以及有效调控，特别是对纳米SiO2改性水泥基材料流变性的影响规律及机理进行了深入研究，确定了纳米SiO2改性自密实混凝土（SCC）流变参数范围，分析了机制砂取代量、机制砂中石粉含量等对SCC流变性及稳定性的影响规律，采用Flow3D对纳米改性自密实混凝土在复杂构件中的流动及填充情况进行了模拟。研究成果丰富了纳米改性水泥基材料的应用基础理论，为纳米材料在水泥混凝土中的应用提供了重要的价值。