The influence of powdered and colloidal nano-silica (NS) on the mechanical properties of cement mortar has been investigated. Powdered-NS (~40 nm) was synthesized by employing the sol–gel method and compared with commercially available colloidal NS (~20 nm). SEM and XRD studies revealed that the powdered-NS is non-agglomerated and amorphous, while colloidal-NS is agglomerated in nature. Further, these nanoparticles were incorporated into cement mortar for evaluating compressive strength, gel/space ratio, portlandite quantification, C–S–H quantification and chloride diffusion. Approximately, 27 and 37 % enhancement in compressive strength was observed using colloidal and powdered-NS, respectively, whereas the same was up to 19 % only when silica fume was used. Gel/space ratio was also determined on the basis of degree of hydration of cement mortar and it increases linearly with the compressive strength. Furthermore, DTG results revealed that lime consumption capacity of powdered-NS is significantly higher than colloidal-NS, which results in the formation of additional calcium-silicate-hydrate (C–S–H). Chloride penetration studies revealed that the powdered-NS significantly reduces the ingress of chloride ion as the microstructure is considerably improved by incorporating into cement mortar

چکیده

تأثیر نانوسیلیسِ (NS) پودری و کلوئیدی بر خواصِ مکانیکیِ ملاتِ سیمان بررسی شده است. NS پودری (40 نانومتر) با استفاده از روش سُل-ژل سنتز شد و با NS کلوئیدی تجاری قابلِ دسترس ( 20 نانومتر) مقایسه شد. مطالعاتSEM  و XRD نشان داد که NS پودری غیرمتراکم و بی شکل است، در حالیکه NS کلوئیدی در طبیعت متراکم می شود. علاوه بر این، این نانوذرات با ملات سیمان برای ارزیابی مقاومت فشاری، نسبت ژل/فضا، تحلیلِ کمّی پرتلندیت، تحلیلِ کمّی C-S-H و انتشار کلرید ترکیب شدند. حدود 27 و 37 درصد افزایش در مقاومت فشاری به ترتیب با استفاده از NS کلوئیدی و پودری مشاهده شد، در حالیکه تا 19 درصد تنها زمانی یکسان بود که میکروسیلیس استفاده شد. نسبت ژل/فضا نیز براساس درجه­ی آبپوشیِ ملات سیمان تعیین شد و بصورت خطی با مقاومت فشاری افزایش می یابد. علاوه بر این، نتایج DTG نشان داد که ظرفیتِ مصرف آهکِ NS پودری بطور قابل توجهی بالاتر از NS کلوئیدی است که منجر به شکل گیریِ سیلیکات کلسیم هیدرات (C-S-H) اضافی می شود. مطالعاتِ نفوذِ کلرید نشان داد که NS پودری بطور قابل‌توجهی نفوذ یون کلرید را کاهش می دهد زیرا میکروساختار بطور قابل توجهی با ترکیب در ملات سیمان بهبود یافته است.

1-مقدمه

استفاده از نانومواد در بخش ساخت و ساز توجه گسترده ای را جلب کرده است زیرا انتظار می رود پیشرفت های قابل توجهی در خواص موردنظر مصالحِ ساختمانی به دست آید. رایج ترین نانوموادهای مورد استفاده در سیمان نانوسیلیس، نانوتیتانیا، نانوآلومینا، نانولوله های کربنی (CNTها) و غیره (سانچز و سوبولوف 2010). در میان همه، نانوسیلیس ثابت شده است یک افزودنی مؤثر به ماتریسِ سیمان برای تسریعِ آب پوشیِ سیمان به علت واکنش پذیری بالای آن، تواناییِ تصفیه میکروساختار است و بنابراین منجر به کاهشِ تخلخل می شود...