集料-基體界面對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)?；炷恋闹行曰磻?yīng)會引起水泥石的收縮，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)會引起混凝土內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化，同時混凝土各種微結(jié)構(gòu)特征也會對碳化過程產(chǎn)生不同影響?；炷恋奈⒔Y(jié)構(gòu)主要包含其物相組成、孔隙率、孔徑分布等，可以分為界面過渡區(qū)和基體兩部分。界面過渡區(qū)是混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，界面

2、過渡區(qū)及其微結(jié)構(gòu)對其傳輸性能和耐久性有重要影響。界面過渡區(qū)及其微結(jié)構(gòu)也必然是影響混凝土碳化過程的一個重要方面，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試，納米力學(xué)性能表征碳化前后界面過渡區(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混凝土抗碳化性能的影響四個方面研究了集料-基體界面對水泥混凝土碳化過程的影響。
　　由于界面過渡區(qū)與基體的微結(jié)構(gòu)

3、存在差別，碳化過程中必定會出現(xiàn)不同的碳化現(xiàn)象。界面過渡區(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)能夠測試界面過渡區(qū)納米力學(xué)性能，表征界面過渡區(qū)微結(jié)構(gòu)，從而揭示碳化前后界面過渡區(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)測試了碳化前后界面過渡區(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，界面過渡區(qū)尺寸由碳化前的約50～60μm降低到碳化后的約20～30μm。說明碳化后界面過渡區(qū)仍然是CO2擴(kuò)散的快速通道。
　　界面過渡區(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程的混凝土性能變化的原因。本文對不同水膠比的界面試樣進(jìn)行了BSE實(shí)驗(yàn)，根據(jù)BSE圖像分析了界面過渡區(qū)的形貌并定量分析了界面過渡區(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