多尺度下水泥基材料彈性性能的研究.pdf

1、水泥基材料是一種在各個(gè)尺度都存在各向異性的材料，在不同尺度下需要選擇不同的測(cè)試方法來(lái)研究其彈性性能：在宏觀尺度，超聲波測(cè)試技術(shù)是測(cè)試水泥基材料彈性性能的有效手段；而納米壓痕技術(shù)以及背散射技術(shù)等測(cè)試方法是研究水泥基材料在微觀尺度各個(gè)物相彈性性能及其體積分布的有效方法。同時(shí)水泥基材料的復(fù)雜性也限制了其在不同尺度的彈性性能的連接，只有選用合適的多尺度模擬方法，才能實(shí)現(xiàn)不同尺度下水泥基材料的彈性性能的有效連接。
　　 本研究首先選用合適

2、的加載方式及分析方法，利用納米壓痕測(cè)試技術(shù)測(cè)試不同條件下水泥基材料中不同物相的彈性性能及其體積分布；接著選用背散射技術(shù)對(duì)納米壓痕測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間以及不同礦物摻合料對(duì)水泥基材料中各個(gè)物相的彈性性能及其體積分布的影響，以便從微觀尺度解釋養(yǎng)護(hù)時(shí)間以及礦物摻合料對(duì)水泥漿體水化過(guò)程以及彈性性能的影響，為下一尺度水泥砂漿彈性性能的研究打好基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果表明，養(yǎng)護(hù)時(shí)間以及礦物摻合料對(duì)水泥漿體彈性性能的影響主要在于改變水化產(chǎn)物C-S-

3、H的體積分布，但不會(huì)改變各個(gè)物相本身的彈性性能。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，未水化的水泥顆粒以及低密C-S-H的體積分?jǐn)?shù)逐漸減少，而高密C-S-H和超高密物相的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加；粉煤灰的摻加會(huì)提高低密C-S-H的體積分?jǐn)?shù)而降低超高密物相的體積分?jǐn)?shù)；礦渣的摻加會(huì)提高超高密物相的體積分?jǐn)?shù)而降低高密C-S-H的體積分?jǐn)?shù)。
　　 在水泥水化早期，利用水泥水化熱試驗(yàn)測(cè)定水泥水化放熱量，計(jì)算出水泥漿體的水化程度，進(jìn)而計(jì)算出水化早期水泥漿體中各個(gè)物相

4、的體積分?jǐn)?shù)；將試驗(yàn)得到的水化早期水泥漿體中各個(gè)物相的彈性模量以及體積分布代入自洽模型中，得到水化早期水泥漿體的彈性模量：最后，選用沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)所選用的多尺度模型的準(zhǔn)確性。在水化早期，高水膠比的水泥漿體中含水孔的含量較高，其可能會(huì)對(duì)水泥漿體整體彈性模量有所影響。因此本研究將水泥漿體中孔隙分為含水孔和不含水孔兩種，且其均具有一定的剪切模量值，以分析水化早期含水孔壓力對(duì)水泥漿體整體彈性模量的影響。理論計(jì)算值與實(shí)際試驗(yàn)值的比較結(jié)果表明：自洽模型

5、是適用于水泥基材料多尺度模擬的有效模型，且在水化早期，含水孔壓力是影響水泥基材料整體彈性性能的一個(gè)重要因素。
　　 利用納米壓痕技術(shù)和背散射技術(shù)測(cè)試水泥砂漿樣品發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)90天的水泥砂漿中存在厚度為10-20μm的界面過(guò)渡區(qū)。與普通水泥漿體相比，此區(qū)域中漿體的彈性性能較低，孔隙率較高。通過(guò)比較界面過(guò)渡區(qū)的厚度以及彈性性能對(duì)水泥砂漿整體彈性性能的影響，發(fā)現(xiàn)界面過(guò)渡區(qū)是水泥砂漿中不可忽視的一個(gè)區(qū)域，即水泥砂漿應(yīng)該看做是由砂集料、水泥