纳米氧化镁改性水泥砂浆制备及性能研究

由于水泥具有因水化反应而引起的自收缩变形特性,这种变形会导致水泥基材料裂缝的产生,进而严重影响材料内部的微观结构,从而影响水泥基材料的综合性能。相较于传统的钙矾石、氧化钙类膨胀剂,以纳米氧化镁（CY-Mg30)做为膨胀剂掺入水泥基材料中对其自收缩变形进行补偿收缩,具有良好的发展前景与发展潜力。

本文以纳米氧化镁（CY-MG30)掺量为唯一变量并设置空白对照组,研究不同掺量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的纳米氧化镁（CY-Mg30)对改性水泥砂浆性能的影响,主要包括基本宏观性能（稠度、流动度、孔隙率、干湿密度、力学强度）与耐久性能（抗渗性、抗裂性、抗硫酸盐腐蚀、抗冻性）研究,并利用傅立叶红外光谱试验（FTIR）与扫描电镜试验（SEM）对改性水泥砂浆进行微观机理分析。取得研究结果如下:

（1）纳米氧化镁（CY-Mg30)的掺入会增加水泥砂浆的需水量,降低改性水泥砂浆的稠度与流动度,掺量越多,改性水泥砂浆的稠度与流动度就越小;纳米氧化镁（CY-Mg30)的掺入会增加水泥砂浆试块的内部密实度,减少水泥砂浆试块内部介质间的孔隙,从而降低水泥砂浆试块的孔隙率与干湿密度差值,当养护龄期为28天、纳米氧化镁（CY-Mg30)掺量为1.5%时,改性水泥砂浆试块的孔隙率与干湿密度差值最低;纳米氧化镁（CY-Mg30)的掺入会增加水泥砂浆试块的力学强度且在养护前期的加强效果最为明显,养护龄期为28天、纳米氧化镁（CY-Mg30)掺量为1.5%时,改性水泥砂浆试块的力学强度最好。

（2）纳米氧化镁（CY-Mg30)的掺入会增加水泥砂浆试块的抗渗性,纳米氧化镁（CY-Mg30)掺量为1.5%时,改性水泥砂浆试块的抗渗性能最好;纳米氧化镁的掺入能够对水泥砂浆的塑性收缩裂缝能起到明显的控制效果,有效降低水泥砂浆试块的开裂指数,提高水泥砂浆试块的抗裂性能,纳米氧化镁掺量为1.5%时,改性水泥砂浆试块的开裂指数最小;纳米氧化镁（CY-Mg30)的掺入能够增强水泥砂浆试块的抗硫酸盐侵蚀、抗冻融性能,纳米氧化镁（CY-Mg30)掺量较高时改性水泥砂浆试块的抗硫酸盐侵蚀能力与抗冻性能较好,且纳米氧化镁的掺入,使得改性水泥砂浆试块的抗硫酸盐侵蚀性能与抗冻性能随硫酸盐浸泡时间与冻融循环次数的增加而有一定程度的增加。

（3）FTIR与SEM试验表明水泥砂浆试块在养护28天后,内部生成了氢氧化钙、水化硫铝酸钙、水化硅酸钙以及少量碳酸盐,仍残留有硅酸二钙、硅酸三钙以及铝酸三钙。掺入的纳米氧化镁（CY-Mg30)会在水泥砂浆中水化生成氢氧化镁,当纳米氧化镁掺量逐渐从0%增加至1.5%时,改性水泥砂浆中生成的钙矾石、水化硅酸钙凝胶、碳酸盐、氢氧化镁的数量逐渐增加。当纳米氧化镁（CY-Mg30)掺量继续增加后,钙矾石数量减少,水化硅酸钙数量未发生明显变化,而碳酸盐以及孔隙中的氢氧化镁数量有所增加,减小了界面间的间隙,使改性水泥砂浆内部浆体结构更加致密。