纳米二氧化硅对水硬性石灰胶凝性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0552

摘要/Abstract

摘要：

天然水硬性石灰（NHL）是同时具有水硬性及气硬性的无机胶凝材料，主要用作古建筑加固及壁画修复的粘结剂。低等级NHL因其相对较慢的水化或反应速率，存在开裂、耐水性差、Ca（OH）₂浸出等问题。系统地研究了气相纳米SiO₂（粉末状）对水硬性石灰物理性能及微观内部结构的影响。基于天然水硬性石灰和纳米SiO₂的特性，在天然水硬性石灰中加入纳米SiO₂，既可改善NHL的活性，增加胶凝材料的水化硅酸钙含量，又不改变石灰原有颜色。实验研究表明，纳米SiO₂的添入可以使NHL2的等级提升至NHL3.5甚至NHL5。利用XRD、XRF、FT-IR及SEM等表征方法对样品进行微观分析，发现在天然水硬性石灰胶凝材料中生成大量的硅酸钙胶凝材料，使试件结构致密，揭示了天然水硬性石灰材料力学性能提升的原因。

关键词: 纳米SiO₂, 水硬性石灰, 微观表征, 力学性能

Abstract:

Natural hydraulic lime（NHL） is an inorganic adhesive material with both hydraulic and pneumatic，which is mainly used as binder for ancient building reinforcement and mural restoration.Low-grade NHL has problems such as cracking，poor water resistance，and Ca（OH）₂leaching because of its relatively slow hydration or reaction rate.The effect of the gas phase nano SiO₂（powder） on the physical properties and microscopic internal structure of the hydraulic lime was studied.Based on the characteristics of natural hydrated lime and nano SiO₂，adding nano SiO₂ to natural hydrated lime could improve the activity of NHL to increase the content of hydrated calcium silicate in gel materials without changing the original color of lime.The experimental studies showed that the addition of nano SiO₂ could increase the grade of NHL2 to NHL3.5 or even NHL5.Microanalysis of samples was conducted by using XRD，XRF，FT-IR，and SEM in the overall reaction.It was found that a large amount of calcium silicate gel material was generated in the natural hydraulic lime gel materials，which made the specimen structure compact，revealing the reason for the improvement of mechanical properties of natural hydraulic lime materials.

Key words: nano SiO₂, hydraulic lime, microscopic characterization, mechanical properties

中图分类号:

TQ127.2

王悦, 方国祥, 张道明, 王维成. 纳米二氧化硅对水硬性石灰胶凝性能的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(7): 75-80.

WANG Yue, FANG Guoxiang, ZHANG Daoming, WANG Weicheng. Effect of nanosilica on gelling properties of hydraulic lime[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(7): 75-80.

图/表 13

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参考文献 16

1	兰明章，聂松，王剑锋，等.古建筑修复用石灰基砂浆的研究进展［J］.材料导报，2019，33（9）：1512-1516.
	LAN Mingzhang， NIE Song， WANG Jianfeng，et al.A state-of-the-art review on lime-based mortars for restoration of ancient buildings［J］.Materials Reports，2019，33（9）：1512-1516.
2	COELHO G B A， ENTRADAS SILVA H， HENRIQUES F M A.Impact of climate change in cultural heritage：From energy consumption to artefacts′ conservation and building rehabilitation［J］.Energy and Buildings，2020，224：110250.
3	DEL CURTO D， CINIERI V.Aerogel-based plasters and energy efficiency of historic buildings.Literature review and guidelines for manufacturing specimens destined for thermal tests［J］.Sustainability，2020，12（22）：9457.
4	BRANCO F G， DE LURDES BELGAS M， MENDES C，et al.Characterization of fresh and durability properties of different lime mortars for being used as masonry coatings in the restoration of ancient constructions［J］.Sustainability，2021，13（9）：4909.
5	SILVA B A， FERREIRA PINTO A P， GOMES A.Natural hydraulic lime versus cement for blended lime mortars for restoration works［J］.Construction and Building Materials，2015，94：346-360.
6	APOSTOLOPOULOU M， BAKOLAS A， KOTSAINAS M.Mechanical and physical performance of natural hydraulic lime mortars［J］.Construction and Building Materials，2021，290：123272.
7	常青.世界遗产六问［J］.世界建筑，2019（11）：14，138.
	CHANG Qing.Six questions about heritage［J］.World Architecture，2019（11）：14，138.
8	LUO Kai， LI Jun， HAN Qing，et al.Influence of nano-SiO₂ and carbonation on the performance of natural hydraulic lime mortars［J］.Construction and Building Materials，2020，235：117411.
9	刘宁，王初生.纳米纤维路面混凝土配合比及耐久性实验研究［J］.无机盐工业，2020，52（10）：96-99.
	LIU Ning， WANG Chusheng.Experimental study on mix proportion and durability of nano fiber pavement concrete［J］.Inorganic Chemicals Industry，2020，52（10）：96-99.
10	张道明，王丽，郭国梁，等.冻融作用对古青砖宏观性能及微观结构劣化的影响［J］.文物保护与考古科学，2021，33（4）：9-15.
	ZHANG Daoming， WANG Li， GUO Guoliang，et al.Effect of the freeze-thaw on macroscopic properties and microstructural degradation of ancient grey bricks［J］.Sciences of Conservation and Archaeology，2021，33（4）：9-15.
11	REN Chunrong， HOU Li， LI Jun，et al.Preparation and properties of nanosilica-doped polycarboxylate superplasticizer［J］.Construction and Building Materials，2020，252：119037.
12	CHIDIAC S E， SHAFIKHANI M.Cement degree of hydration in mortar and concrete［J］.Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2019，138（3）：2305-2313.
13	LUO Kai， LI Jun， LU Zhongyuan，et al.Effect of nano-SiO₂ on early hydration of natural hydraulic lime［J］.Construction and Building Materials，2019，216：119-127.
14	LUO Kai， LI Jun， HAN Qing，et al.Influence of nano-SiO₂ and carbonation on the performance of natural hydraulic lime morta-
	rs［J］.Construction and Building Materials，2020，235：117411.
15	覃丽芳，曲波，史才军，等.钙硅比对铝硅酸盐凝胶形成与特性的影响［J］.材料导报，2020，34（12）：12057-12063.
	QIN Lifang， QU Bo， SHI Caijun，et al.Effect of Ca/Si ratio on the formation and characteristics of synthetic aluminosilicate hydrate gels［J］.Materials Reports，2020，34（12）：12057-12063.
16	郭传慧，魏建鹏，李巧玲，等.不同矿物掺合料在复合胶凝材料中水化特性的对比研究［J］.硅酸盐通报，2016，35（11）：3782-3789.
	GUO Chuanhui， WEI Jianpeng， LI Qiaoling，et al.Comparing study on hydration properties of various mineral admixtures in composite cementitious materials［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2016，35（11）：3782-3789.

编号	w（NHL）/%	w（NS）/%
NS0	100	0
NS1	97	3
NS2	94	6
NS3	91	9

样品	养护龄期/d	w（CaO）/%	w（SiO₂）/%	n（Ca）/n（Si）
NHL2	0	76.0	9.57	8.51
NS0	7	73.0	12.6	6.21
NS0	28	70.8	13.1	5.79
NS1	7	68.7	17.3	4.25
NS1	28	66.7	17.8	4.01
NS3	7	62.2	25.3	2.63
NS3	28	54.9	32.4	1.82

衍射峰值/cm^-1	键型	成分
3 644	—OH	Ca（OH）₂
1 429、874、712	C—O	CaCO₃
516	Si—O	C₂S
968	Si—O—Si	C-S-H

[1]	李珂珂, 薛江伟, 王露威, 管学茂. 镁铝水滑石对高铁低钙硅酸盐水泥性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 57-63.
[2]	余舟, 何兆益, 唐亮, 何盛, 肖海鑫, 肖懿训. 典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 90-97.
[3]	崔庚寅, 谢浪, 陆跃贤, 孔德文, 王玲玲. 基于RSM优化玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料力学性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 116-123.
[4]	邓常红. 纳米二氧化硅微乳液的制备及其控水性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 71-77.
[5]	徐丽, 房可能, 毕永香, 杨敏, 陈前林. 改性粒状硫酸钙制备及其在聚氯乙烯中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 104-112.
[6]	李云飞, 刘蜀庆, 唐盛伟, 张涛. 常压Mg-Na复合盐溶液体系制备α-半水石膏[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 100-106.
[7]	李森, 王进, 王莹莹, 蔡铭放. NaA分子筛的合成和改性及其在聚氨酯体系中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(10): 78-85.
[8]	陈明胜,刘鹏,孔德文,李元,于可,黄彦森,武宁波,常娟娟. 外掺料对磷石膏基胶凝材料力学及导热性能的影响[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 113-118.
[9]	许晴莹,杨鼎宜,吕伟,李想,钱云峰,杜保聪. 球磨时间对磷石膏基胶凝材料性能影响研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 101-108.
[10]	徐莉华,黄政,张星,杜怀明,陈晓超,黄斌. 天然气制乙炔副产炭黑/白炭黑复合材料的制备与性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 121-125.
[11]	张发荣,凡甜甜,郭燕云,李璐,刘炳光,李建生. 自清洁膜材料研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 74-80.
[12]	王缘,王智,秦洪一. 湿法解毒铁铬渣作混凝土掺合料的性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(3): 87-90.
[13]	吕方涛,周银笙,孔德文,陈思翰,安红芳,王玲玲. 混杂纤维对脱硫石膏基复合胶凝材料性能影响[J]. 无机盐工业, 2022, 54(10): 127-132.
[14]	刘玉洪,尹春林,马顺友,颜欣,袁小超,冷建军,张进. 利用铝热还原金属铬炉渣制备彩色氧化锆陶瓷[J]. 无机盐工业, 2021, 53(3): 78-83.
[15]	郑楠,田朋,朱兴坤,孙雪,庞洪昌,宁桂玲. 碱式碳酸镁基复合阻燃剂的制备及其阻燃性能研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(2): 47-50.

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