含氣性水泥混凝土的強度劣化與孔結(jié)構(gòu)變化

含氣性水泥混凝土的強度劣化與孔結(jié)構(gòu)變化

隨著混凝土應用的增多，其在惡劣環(huán)境下的耐久性也越來越受到重視。對混凝土耐久性的研究己成為土木工程界普遍關注的熱點問題,得到了相當?shù)刂匾?人們普遍認為摻加引氣劑能大幅度改善混凝土在惡劣環(huán)境中的性能。但是隨著含氣量的增加,另外一個新的問題出現(xiàn)了——混凝土的強度隨之下降,致使混凝土由于強度不足而遭到破壞。因此,本文從細觀、微觀角度全面分析強度隨含氣量增加而降低的原因,從本質(zhì)上揭示其變化規(guī)律。事實上,高性能混凝土之所以具有優(yōu)異的性能,就是因為它具有不同于普通混凝土的微觀結(jié)構(gòu),這種微觀結(jié)構(gòu)更有利于混凝土抵抗惡劣環(huán)境因素的破壞作用。孔結(jié)構(gòu)是微觀結(jié)構(gòu)的重要方面,因此研究混凝土強度與混凝土孔結(jié)構(gòu)的關系、分析混凝土強度劣化與孔結(jié)構(gòu)變化的關系對提高混凝土在惡劣環(huán)境下的強度和耐久性有著十分重要的意義。1測試產(chǎn)品的準備1.1細集料水泥選用陜西省耀縣“秦嶺”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥;細集料選用西安市灞河中砂,細度模數(shù)為2.72;粗集料選用陜西省涇陽產(chǎn)石灰?guī)r碎石;減水劑選用陜西恒升外加劑廠產(chǎn)HSG高效減水劑;引氣劑選用南京產(chǎn)JM—200C型引氣劑;拌和用水采用普通自來飲用水。1.2合作比本配合比設計采用ACI設計法,將新拌混凝土的坍落度均控制在1.0～4.0cm,具體配合比見表1。2試驗結(jié)果及討論新拌混凝土含氣量測試采用HC—7L改良型混凝土含氣量測定儀,抗壓強度試驗依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTGE30—2005)中標準方法進行,試驗結(jié)果見表2、圖1。試驗結(jié)論:分析以上試驗數(shù)據(jù)可知:隨著含氣量的增加,混凝土的抗壓強度呈遞降趨勢,其趨勢見圖1,混凝土含氣量由3.46%增加到6.07%時,混凝土的抗壓強度下降了22%。3混凝土的孔結(jié)構(gòu)水泥混凝土的力學強度、路用性能、耐久性等宏觀性能都取決于其微觀結(jié)構(gòu)。在混凝土的微觀結(jié)構(gòu)中,除了水泥水化漿體的物理形貌外,混凝土內(nèi)部的微觀孔結(jié)構(gòu)對宏觀性能有直接的影響。即使在宏觀含氣量基本相同的條件下,孔結(jié)構(gòu)依然可能存在很大的差別,其對應的宏觀性能也有很大的差異。因此只有準確確定水泥混凝土的孔結(jié)構(gòu)的參數(shù),才能準確判別其性能。本文選用電子顯微鏡測孔法(SEM)和壓汞法(MIP)對混凝土孔結(jié)構(gòu)進行測試。3.1試驗6.0時抗壓強度測量掃描電子顯微鏡測孔法可測試混凝土中的氣泡結(jié)構(gòu),本研究采用掃描電子顯微鏡對試件觀察面進行數(shù)字圖像獲取,然后采用MediaCybernetics公司的專業(yè)圖像分析軟件ImagePro-plus6.0對圖像進行參數(shù)測量,測量的參數(shù)包括總氣泡率、氣泡平均半徑等,結(jié)果見表3。試驗結(jié)論:①從表3中可看到,隨著含氣量的逐漸增多,混凝土中總氣泡率、氣泡平均半徑均呈遞增趨勢變化,說明隨著引氣劑增多,混凝土中引入的氣泡量逐漸增多,半徑增大。②混凝土的抗壓強度隨著總氣泡率的增大而降低,二者關系如見圖2所示;同時,隨著氣泡平均半徑增大,混凝土抗壓強度增減降低,二者關系見圖3所示;這說明隨著含氣量增加,由于引入了過多的氣體,使得氣泡相互貫通,形成的氣泡較大,并且氣泡分布相對集中,所以對于28d抗壓強度不利,造成混凝土抗壓強度下降。3.2孔徑對混凝土結(jié)構(gòu)的影響壓汞法是目前應用最廣泛且最有效的孔結(jié)構(gòu)研究方法之一,己取得諸多成果,本試驗采用9310型水銀測孔儀,孔徑測定范圍為30～150μm。隨著含氣量的不同,混凝土的孔結(jié)構(gòu)都會不同程度地發(fā)生變化。本研究分別上述混凝土試樣進行了孔結(jié)構(gòu)測試,通過比較不同含氣量混凝土的孔結(jié)構(gòu)變化情況來分析孔結(jié)構(gòu)對抗壓強度的影響。3.2.1總孔隙率對混凝土抗壓強度的影響由壓汞試驗所得的孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)見表4。試驗結(jié)論:①分析表4的數(shù)據(jù)可知:隨著含氣量的增加,混凝土的總孔隙率、平均孔徑、最可幾孔徑、臨界孔徑均增大,特別是總孔隙率與平均孔徑變化尤為明顯。②混凝土抗壓強度隨著總孔隙率增大而降低,二者變化趨勢如圖4所示;說明隨著引氣劑摻量增加,混凝土內(nèi)部孔隙增多,孔隙彼此連通,孔隙發(fā)展較快,從而導致整個微觀結(jié)構(gòu)劣化,抗壓強度降低。③孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)中3個半徑與抗壓強度的關系見圖5、圖6、圖7,從圖中看出混凝土抗壓強度隨著平均孔徑、最可幾孔徑、臨界孔徑增大而降低;說明含氣量增大時,混凝土孔結(jié)構(gòu)中孔尺寸增大,孔隙分布不均勻,致使孔結(jié)構(gòu)抵抗外力的能力降低,從而抗壓強度降低。3.2.2含氣量對孔數(shù)量的影響壓汞法所得孔級配如表5所示。試驗結(jié)論:①孔級配中小于20nm的孔數(shù)量隨著含氣量的增大而降低,混凝土抗壓強度隨著小于20nm孔數(shù)量增大而提高,二者關系見圖8。②20～50nm孔數(shù)量同樣隨著含氣量增大而減小,在20～100nm孔數(shù)量降低的同時,混凝土抗壓強度隨之下降,二者變化關系見圖9。③100～200nm孔數(shù)量隨著含氣量的增多而顯著增加,含氣量由3.46%增加到6.07%時,該范圍內(nèi)的孔數(shù)量增加了5.6倍,而同時抗壓強度降低了22%,說明100～200nm范圍內(nèi)的孔對混凝土抗壓強度不利,二者關系見圖10。④同樣,大于200nm的孔數(shù)量在含氣量變化時也由1.91%增加到7.72%;混凝土抗壓強度隨著大于200nm的孔數(shù)量增多而顯著降低,關系見圖11。綜上所述:在含氣量增加的時候,混凝土中孔級配出現(xiàn)小孔數(shù)量向大孔轉(zhuǎn)移的趨勢,孔級配分布趨于向大孔集中,分布不合理,從而導致混凝土抗壓強度降低。另一方面對不同尺寸的孔對抗壓強度的影響來說:小于20nm、20～100nm范圍內(nèi)的孔對混凝土抗壓強度的提高有利,特別是小于20nm范圍孔數(shù)量對混凝土抗壓強度的提高最為有利;而100～200nm、大于200nm范圍的孔對混凝土抗壓強度的提高則不利,特別是大于200nm的孔數(shù)量增多是混凝土抗壓強度降低的主要原因。4含氣量對混凝土抗壓強度的影響通過對不同含氣量混凝土的孔結(jié)構(gòu)進行比較分析,得到了含氣量與混凝土抗壓強度關系以及抗壓強度與氣泡結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、孔級配之間的關系。①隨著含氣量增大,混凝土中氣泡結(jié)構(gòu)的總氣泡率、氣泡平均半徑增大,導致混凝土抗壓強度降低。②混凝土總孔隙率、平均孔徑、最可幾孔徑、臨界孔徑隨著含氣量增加而增大,致使孔結(jié)構(gòu)劣化,混凝土抗壓強度降低。③混凝土的孔