黄清林，李明春，陈星

（浙江智峰科技有限公司，浙江 嘉兴 314300）

0 前言

纤维素是植物通过光合作用产生的天然高分子化合物，取之不尽、用之不竭、无污染、可降解，但是具有热解性能差、不耐化学腐蚀、强度有限的缺点。经过机械、化学和生物等方法处理后，从纤维素中提取的纳米纤维素材料不仅具有轻质、可降解、可再生、生物可相容等纤维素的基本结构与性能，还具有纳米颗粒的特性。其粒径大小一般在 1～100nm 之间，因其具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，赋予其特殊的电、磁、光等物理、化学、力学特性。与普通纤维素相比，比表面积大、表面能高、热稳定性好、抗张强度高等特点。目前市场上纳米纤维素材料主要包括纤维素纳米晶体（Cellulose nano-crystals，CNC）、纤维素纳米纤维或纳米纤丝（Cellulos e nanofiber，CNF）。两种纳米纤维素的来源见图 1。

图 1 纳米纤维素来源示意图

TEMPO 改性纳米纤维素（Nanofibrillted Cellul ose modified by TEMPO Medium, TONFC）是一种经TEMPO 体系改性的纳米纤维素，其直径为 5～20nm，长度 0.5～5μm。TEMPO 氧化的 CNF 其表面带有负电荷，产品在较低的浓度下即为半透明或透明性凝胶（图2），凝胶粘度较高，羧基含量不同产品透明度和粘度不同。图 3 为 TONFC 的扫描电镜图片。

图 2 TOCNF 半 透明凝胶

纤维素纳米纤维近年来已被应用于诸多领域，目前已报道的材料种类十分丰富，例如：食品包装膜、气凝胶、水凝胶、复合材料、锂电池隔 膜、储能材料、导电材料、碳纳米管的分散、分离薄膜、水处理、纸张增强、食品、木器涂料添加、日用化工、增稠剂、保水剂、重金属吸附剂、石油钻井、采 油等。本文将其用于高性能混凝土中，利用纳米纤维素自身的性能，来改善混凝土的性能。

图 3 TOCNF 电镜图片

1 试验用原材料

（1）水泥：试验采用南方水泥厂产的 P·O42.5 水泥，其性能试验结果如表 1 所示。

表 1 水泥技术指标

（2）矿粉：试验采用张家港沙钢生产的 S95 级矿粉，其性能技术指标如表 2 所示。

表 2 矿粉技术指标

（3）粉煤灰：试验采用嘉兴电厂的Ⅱ级灰 F 类，其性能技术指标如表 3 所示。

表 3 粉煤灰的技术指标

（4）外加剂：试验采用高性能聚羧酸减水剂，规格为 HQL-Ⅱ 型，其性能指标如表 4 所示。

表 4 外加剂技术指标

（5）机制砂：试验用细骨料采用福建机制砂，其试验结果如表 5 所示。

表 5 砂技术指标

（6）碎石：试验用粗骨料采用浙江富阳碎石，规格为 5～25mm 连续级配，含泥量等指标均符合标准要求。其试验结果如表 6 所示。

表 6 碎石技术指标

（7）TEMPO 改性纳米纤维素：由漂白针叶木浆板经 TEMPO 体系预处理+高压均质的方法制得，宽度 10～50nm，长度 0.5～5μm；分散介质：水，表面基团羧基含量 1.0～1.3mmol/g，pH 值 7～8，产品浓度0.9%～1.2%。

表 7 混凝土配合比及性能

2 混凝土配合比及性能

纳米纤维素的用量较少，不容易被分散，因此在掺入前先配制成浓度 2.5% 的液剂（浓度在 2.5% 以下溶解效果最佳），再配制到减水剂中，掺量为 2%。

根据原材料的质量情况，进行多轮试验验证，分别针对 C30、C35、C40 混凝土进行对比，如表 7，坍落度 (180±30)mm，1# 为基准外加剂，2# 为掺纳米纤维素外加剂。

3 总结

（1）通过试验发现，掺纳米纤维素的混凝土在水胶比相同的情况，混凝土流动性大，30min、60min 坍落度损失均比基准小，与水泥、外加剂适应性好。

（2）掺纳米纤维素 2# 试样的工作性能，要比基准的好，混凝土拌合物稠度、粘聚性好，不抓底，保水效果好。

（3）混凝土拌合物的 R7 和 R28 强度比基准的要高 10%～15%。

（4）通过试验验证，纳米纤维素在混凝土拌合物中添加使用，能当作功能性小料添加到减水剂中复合使用，使减水剂功能更优越，掺量不大，效果明显。

（5）通过试验发现，添加纳米纤维素的混凝土抗渗效果比基准高，因其自身分散、网状结构功能特点，提高了混凝土拌合物的密实性，从而抗渗效果突出。

（6）通过一年多的试验，我们发现纳米纤维素与羧酸外加剂、萘系、脂肪族等外加剂都兼容，与水泥及其他掺合料的适应性好。