集料-基體界面對(duì)水泥基材料碳化性能的影響.pdf

1、水泥混凝土的碳化反應(yīng)是指大氣中的CO2通過(guò)混凝土的孔隙或裂縫進(jìn)入溶解于孔溶液中與混凝土的氫氧化鈣、C-S-H凝膠、鈣礬石等物相發(fā)生中性化反應(yīng)。混凝土的中性化反應(yīng)會(huì)引起水泥石的收縮，產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致混凝土的劣化，縮短混凝土的服役壽命。碳化反應(yīng)會(huì)引起混凝土內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)混凝土各種微結(jié)構(gòu)特征也會(huì)對(duì)碳化過(guò)程產(chǎn)生不同影響。混凝土的微結(jié)構(gòu)主要包含其物相組成、孔隙率、孔徑分布等，可以分為界面過(guò)渡區(qū)和基體兩部分。界面過(guò)渡區(qū)是混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，界面

2、過(guò)渡區(qū)及其微結(jié)構(gòu)對(duì)其傳輸性能和耐久性有重要影響。界面過(guò)渡區(qū)及其微結(jié)構(gòu)也必然是影響混凝土碳化過(guò)程的一個(gè)重要方面，能夠?yàn)榻⒖紤]界面影響的混凝土碳化模型提供依據(jù)。本文主要以界面碳化深度測(cè)試，納米力學(xué)性能表征碳化前后界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)，使用背散射(BSE)圖像分析技術(shù)研究界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)在碳化前后的演變規(guī)律，以及界面特征的改變對(duì)混凝土抗碳化性能的影響四個(gè)方面研究了集料-基體界面對(duì)水泥混凝土碳化過(guò)程的影響。
　　由于界面過(guò)渡區(qū)與基體的微結(jié)構(gòu)

3、存在差別，碳化過(guò)程中必定會(huì)出現(xiàn)不同的碳化現(xiàn)象。界面過(guò)渡區(qū)具有孔隙率大、結(jié)構(gòu)疏松，氫氧化鈣含量較多且呈定向分布，未水化水泥含量較低等特征，使得界面的碳化速率快于基體。本文設(shè)計(jì)了規(guī)則形狀的集料-基體界面碳化試驗(yàn)，成型了水膠比為0.60，0.53和0.35的含石灰石和花崗巖石片（作為集料）的凈漿試件，把試件兩端作為碳化面碳化28d，用酚酞法測(cè)量了界面與基體的碳化深度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:界面的碳化深度是基體的2～3倍，并且在碳化界面效應(yīng)的影響下，碳

4、化曲線在界面附近形成一個(gè)具有距離界面越近碳化深度越深的特征的曲線。因此，CO2在界面?zhèn)鬏斔俣仁腔膫鬏斔俣鹊臄?shù)倍，界面?zhèn)鬏斒切纬刹糠痔蓟瘏^(qū)的原因之一。在此基礎(chǔ)上本文提出了考慮ITZ影響的水泥基材料碳化的物理模型。
　　納米壓痕技術(shù)能夠測(cè)試界面過(guò)渡區(qū)納米力學(xué)性能，表征界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)，從而揭示碳化前后界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。本文設(shè)計(jì)了不同水膠比的模擬混凝±的界面，采用納米壓痕技術(shù)測(cè)試了碳化前后界面過(guò)渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

5、:碳化后界面過(guò)渡區(qū)仍然存在，且其與基體的彈性模量和硬度值均有提高，界面過(guò)渡區(qū)尺寸由碳化前的約50～60μm降低到碳化后的約20～30μm。說(shuō)明碳化后界面過(guò)渡區(qū)仍然是CO2擴(kuò)散的快速通道。
　　界面過(guò)渡區(qū)孔隙率等微結(jié)構(gòu)在碳化前后的演變能揭示其碳化過(guò)程的混凝土性能變化的原因。本文對(duì)不同水膠比的界面試樣進(jìn)行了BSE實(shí)驗(yàn)，根據(jù)BSE圖像分析了界面過(guò)渡區(qū)的形貌并定量分析了界面過(guò)渡區(qū)碳化前后孔隙率和物相組成的變化。實(shí)驗(yàn)表明，界面過(guò)渡區(qū)的孔隙（

6、在孔尺寸不小于200nm的范圍）率高于基體，且碳化后孔隙率均有所降低，未水化水泥含量均有不同程度的減少。碳化后界面過(guò)渡區(qū)的孔隙率仍然高于基體，而其未水化水泥的減少量較基體多。
　　最后，為了探討界面微結(jié)構(gòu)的改變對(duì)混凝土整體抗碳化性能的影響，本文設(shè)計(jì)了改變界面條件的骨料裹漿混凝土試件的碳化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:高水膠比的裹漿骨料會(huì)提高混凝土的整體有效水膠比，增加碳化深度，降低了混凝土整體抗碳化性能。SEM圖像分析表明，相同混凝土水膠比