Filling and nucleation are the mechanisms of modifying cement paste with nanomaterials, as investigated by previous studies, and are difficult to reflect the different effects of nanomaterials, especially on the changes of cement clinker and hydration products in the cement hydration process. In this study, the mechanisms of modifying cement paste with nano-calcium carbonate (NC), nano-graphene oxide (NG), nano-silica (NS), and nano-titanium dioxide (NT) were investigated by determining the mechanical properties of cement paste treated with nanomaterials and analysing the changes in the cement clinker (tricalcium silicate and dicalcium silicate), hydration products (portlandite and ettringite), and microstructure through many micro-test methods. The results indicate that the incorporation of nanomaterials could improve the early strength of cement paste specimens due to more consumption of cement clinker. Meanwhile, different nanomaterials promote the formation of different hydration products at early ages. C–A–S–H gel, flower-like ettringite, and C–S–H seeds are widely distributed in the cement paste with the incorporation of NC, NG, and NS, respectively. NT exhibits insignificant nucleation effect and has inhibitory effect on portlandite precipitation. This study provides key insights into the mechanism of nanomaterials from the perspective of cement hydration, which may promote the further research and application of nanomaterials in the cement and concrete industries. Graphical abstract

中文翻译：

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不同类型纳米材料改性水泥浆体力学性能及微观结构改善机理对比研究

前人研究表明，填充和成核是纳米材料改性水泥浆体的机制，难以反映纳米材料的不同影响，尤其是对水泥水化过程中水泥熟料和水化产物的变化。本研究通过测定纳米碳酸钙 (NC)、纳米氧化石墨烯 (NG)、纳米二氧化硅 (NS) 和纳米二氧化钛 (NT) 的力学性能，研究了水泥浆改性的机理。纳米材料处理的水泥浆体，通过多种微观测试方法分析水泥熟料（硅酸三钙和硅酸二钙）、水化产物（硅钙石和钙矾石）和微观结构的变化。结果表明，由于水泥熟料消耗量增加，纳米材料的掺入可以提高水泥浆试件的早期强度。同时，不同的纳米材料在早期促进不同水化产物的形成。C-A-S-H 凝胶、花状钙矾石和 C-S-H 种子广泛分布在水泥浆中，分别掺入了 NC、NG 和 NS。NT表现出不显着的成核作用并且对硅酸盐沉淀具有抑制作用。本研究从水泥水化的角度对纳米材料的作用机理提供了重要见解，可能促进纳米材料在水泥和混凝土行业的进一步研究和应用。图形概要 不同的纳米材料在早期促进不同水合产物的形成。C-A-S-H 凝胶、花状钙矾石和 C-S-H 种子广泛分布在水泥浆中，分别掺入了 NC、NG 和 NS。NT 的成核作用不明显，对硅酸盐沉淀有抑制作用。本研究从水泥水化的角度对纳米材料的作用机理提供了重要见解，可能促进纳米材料在水泥和混凝土行业的进一步研究和应用。图形概要 不同的纳米材料在早期促进不同水合产物的形成。C-A-S-H 凝胶、花状钙矾石和 C-S-H 种子广泛分布在水泥浆中，分别掺入了 NC、NG 和 NS。NT表现出不显着的成核作用并且对硅酸盐沉淀具有抑制作用。该研究从水泥水化的角度对纳米材料的作用机理提供了重要见解，可能会促进纳米材料在水泥和混凝土行业的进一步研究和应用。图形概要 NT表现出不显着的成核作用并且对硅酸盐沉淀具有抑制作用。本研究从水泥水化的角度对纳米材料的作用机理提供了重要见解，可能促进纳米材料在水泥和混凝土行业的进一步研究和应用。图形概要 NT表现出不显着的成核作用并且对硅酸盐沉淀具有抑制作用。本研究从水泥水化的角度对纳米材料的作用机理提供了重要见解，可能促进纳米材料在水泥和混凝土行业的进一步研究和应用。图形概要