化学外加剂对混凝土气孔结构及水化的影响.pdf
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1、能 材 料 2 0 1 3 年第2 3 期( 4 4 ) 卷 文章 编号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 2 3 3 4 1 6 0 5 化 学外加剂对 混凝 土气孔结构 及水化 的影响 高 辉 , 张雄 , 张永娟 ( 同济大学 先 进土木 工程材 料教 育部重 点实验 室 , 上 海 2 0 1 8 0 4 ) 摘 要 : 通 过化 学外加 剂 来调 节 混凝 土 内部 的 气 孔 结构 , 研 究调 控 组 分 H 对 掺 有 引 气 剂 混 凝 土 气孔 结 构 、 性 能的影 响 规律 , 并利 用 X 射 线 衍 射 ( XR D) 及 热 重一 差 示
2、扫描 量热 ( TG D S C ) 分析 方 法 , 研 究 了化 学 外 加 剂对 水泥浆 体水化 产物及 水化进 程 的影 响 。研 究表 明 , H 掺 量为 0 2 -一 时 , 混凝 土的综 合 性 能达 到 最 佳 ; 当掺 加调控 组 分混凝 土 ( KH2 ) 总孔 隙率与基 准混凝 土 ( K) 相近 时 , 增加 1 0 2 0 0 m 范 围孔 径 的 孔 隙 率 , 减 少 2 0 0 1 6 0 0 , m 范围孔径 的孔 隙 率 , 使 平 均孔 径 及 气泡 间距 系数 减 小 , 抗压 强度提 高 ; 化 学外加 剂掺 加 到 水泥浆 体 中, 并没有 新的
3、晶相 生成 , 并且 对 水泥 浆体 水 化 进程 没有 明显影 响 。 关键 词 : 气孔 结构 ; 性能 : 化 学外加 剂 : 水化 中图分 类号 : T U5 2 8 0 4 2 文 献标识 码 : A D( ) I : 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 O 1 - 9 7 3 1 2 0 1 3 2 3 0 1 3 l 引 言 人们通过多年来的实验研究发现适 当控制混凝土 的含气量和孔结构对混凝土性能具有显著 的改善作 用 。 】 , 例如能提高混凝土的抗冻性、 抗渗性、 均质性、 强度 , 改善混凝 土 的流 变性 以及增 强 混 凝 土 的体 积 稳 定性等 。
4、对 混凝 土 的 含气 量 和 孔 结 构进 行 质 量 控 制 , 已经成 为配制 高性能 混凝 土的一项 重要 技术 。 在 混凝 土气泡 结 构 中 , 并非 所 有 的 气 泡都 是 有 益 的 , 一 般认 为泡 径小 、 分 布 均 匀 、 构 造 稳 定 的气 泡 是 有 益 的气 泡 ; 反之 , 泡径 大且 尺 寸不 一 、 不 均匀 、 不 稳 定的气泡就是有害气泡 1 1 3 。十二烷基苯磺酸类引气 剂是 目前 我 国市 场 上 主要 使 用 的 一种 引 气剂 , 但 十二 烷基 苯磺 酸类 引气 剂 所 产生 的气泡 体 积 大 、 气 泡稳 定 性差 。所 以本 文
5、通过化 学外 加剂来 调节混 凝 土 内部 的 气孔结构 , 使混凝土中的气孔结构得以改善, 进而改善 混凝 土 的相关性 能 。 2 实 验 2 1 原材 料和 配合 比 水泥 : 安徽 宁国海 螺 P H 5 2 5 ; 细 集料 : 中砂 , 细度 模 数 2 5 4 ; 粗集料 : 选用 了粒径 为 5 2 5 mm, 表 面 比较 粗 糙且 质地 坚 硬 的玄 武 岩 碎 石 ; 水 : 上 海 自来 水 ; 引气 剂 K: 十二烷基苯磺酸钠 , 白色粉末 , 固含量 为 8 8 0 ; 气 孔 调控组 分 H: 自发配制 的以环糊精 和阿拉伯 树胶 为主要 成分 的气孔调节剂 ,
6、具有调控 、 稳泡 的作用 。 实验 首先 用上 述 材料 配 制 混凝 土 试 件 , 每 方 混 凝 土 的配合 比为 ( W ): ( C): m( S ): ( G) =2 0 4 : 3 7 0: 8 1 8: 1 0 0 0 , 试件采 用标 准养护 , 养 护龄 期分 别 为 7 、 2 8 d 。该试 件尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm, 每个 配合 比成 型 4个试 件 , 3个 试件 用 于测 试 其 抗压强 度 , 1个 试件 用 于测 试 其 气 孔 结 构 。 引气 剂 及 气孑 L 调 控组 分按水 泥用量 的质量 分数 掺加 。 2 2 实
7、验 方法 2 2 1 混凝 土性 能测试 参照 国家标准 GB T5 0 1 0 7 2 0 1 0对 上述 混 凝 土试 样 进 行 7 、 2 8 d抗 压 强 度 测 定 ; 参 照 标 准 J G T2 4 8 2 0 0 9对新 拌混凝 土坍 落度进行 测定 , 结果 见表 1 。 表 1 外 加剂掺 量及 混凝 土基本 性能 Ta bl e 1 Dos a g e o f c h e m i c a l a dm i x t u r e s a n d b a s i c pr o pe r t i e s K 掺 量 H 掺 量 坍 落度 7 d抗 压 强度 2 8 d抗 压 强
8、 度 组 别 ( ) ( ) ( mi D _ ) ( MPa ) ( MPa ) K 0 05 0 0 0 1 75 25 - 8 3 4 6 KH 1 0 05 0 05 18 O 27- 8 39 4 KH 2 0 05 0 2 0 2 00 27 3 39 8 KH 3 O O5 0 4 0 l9 O 29 1 40 5 2 2 2 混凝土 气孔结 构参数 测试 从 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm 的养 护 7 、 2 8 d混 凝 土试件 上切 割 1 0 0 mm1 0 0 mm2 O mm 的薄 片 。 用 磨 片机打磨 观测 面 , 用抛 光机抛 光观 测 面
9、 , 清 洗 观测 面 , 并用 黑色 墨水 均 匀 涂黑 观 测 面 。将 混凝 土切 片 置 人 烘箱 在 ( 1 0 5 - + - 5 )条 件下烘 干 , 用 5 0 n m 级 碳 酸钙 填 充气 孔并用 绒 布擦 掉 表 面多 余 纳 米碳 酸 钙 , 此 时可 以清 晰分 辨 出观测 面上 的气 孔 。用带 电子 目镜 的体 视 显 微 镜 观 察 拍 照 , 其 测 试 面 积 为 8 1 0 0 mm , 根 据 AS TM C 4 5 7 , 测试 最小 样 本数 为 1 个 面 。最 后 用 I m a g e P r o P l u s 6 0对显 微 图片进行 处
10、理 测量 , 得 到 所需 气孔结 构参 数 。图 1 为混 凝土气 孔结 构定 量体 视 学 图 像分析图谱 。其中, 图 1 ( a ) 为原始 R GB图像 , 图 1 ( b ) 为灰度处理后的灰 阶八位 图像, 图 1 ( c ) 为二值化后的 * 基金项 目: “ 十二五” 国家科技支撑计划 资助项 目( 2 0 1 1 B A J 0 4 B 0 5 ) ; 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 3 7 8 3 9 1 ) 收到初稿 日期 : 2 0 1 3 0 6 1 7 收到修改稿 日期 : 2 0 1 3 0 9 0 3 通讯作者 : 张雄 作者简介 : 高辉( 1 9
11、8 1 一) , 女 , 河北廊坊人 , 在读博士 , 师承张雄教授 , 从事建材功能材料研究 。 壹 鳖 笠! 堂 塑 笙塑垦 墅 5 )J g 。图 1 0为水泥浆体水化 2 8 d的 TG曲线。如 图 1 0所示 , 无论是否掺加化学外加剂 , 水泥浆体的 TG 曲线 几乎 没有 明显 差别 。 Ai r v oid d i a me t e r p m 图 6 K和 KH2的 7 d孔径分布 Fi g 6 Ai r v o i d s i z e d i s t r i b ut i on o f K a nd KH 2 f o r 7 d Ai r v o i d di a me t
12、 e r p m 图 7 K 和 KH2的 2 8 d孔径 分布 Fi g 7 Ai r v o i d s i z e d i s t r i but i o n o f K a n d KH 2 f o r 2 8 d 2 e ( 。) 图 8 水 泥浆 体水 化 2 8 d时的 X RD谱 Fi g 8 XRD s pe c t r a o f c e me nt p a s t e s f o r 28 d Fi g 9 DSC s pe c t r a o f c e m e n t p a s t e s f o r 28 d 通过 对水 泥浆 体水 化 分 析表 明 , 化 学
13、外 加 剂 K 和 H掺加到水泥浆体 中, 没有新的晶相生成 , 并且对水泥 浆体 水 化 进程 没 有 明显 影 响。这说 明混 凝 土试 样 KH2的性 能之所 以较基 准混 凝土 K 好 , 是 因为其气 孔 结构得到改善所致 。 Fi g 1 0 TG s p e c t r a o f c e m e nt pa s t e s f o r 2 8 d 4 结 论 通过化学外加剂来调节混凝 土内部 的气孔结构, 研究调控组分 H 对混凝 土气孔结构 、 性能 、 水化 的影 响 。得 出 以下结论 : ( 1 ) 当 H 掺 量 为 0 2时 , 混凝 土 的性 能达 到最 佳 ,
14、此 时 其 2 8 d抗 压 强 度 较 基 准 混 凝 土 K 提 高 5 2 MP a , 其坍 落 度提 高 2 5 F i l m。 ( 2 ) 随 调 控 组分 H 掺 量 的增 加 , 混凝 土气 孔 结 构得 到 改善 , 其 平均 孔 径 逐 渐 减小 。当 掺加 调 控 组 分 混凝土总孔隙率与基准混 凝土相近时, 增加 1 O 2 0 0 m范 围孔径的孔隙率, 减少 2 0 0 1 6 0 0 x m范围孔径 的孔 隙率 , 使 平均孔 径 及气泡 间距 系数 减小 , 抗 压 强度 提 高 。 ( 3 ) 通 过对水 泥浆 体水 化分 析表 明 , 化学外 加 剂 掺加
15、 到水 泥浆 体 中 , 并没 有新 的 晶相生 成 , 并 且 对水 泥 浆体 水化 进程 没有 明显影 响 。 参 考文 献 : 1 于孝 民 , 梅明荣 , 任青 文 新 型引气剂 对 中低 强度 等级 混 凝土抗冻性 能影 响 的试验 研究 J 混凝 土 ,2 0 0 9 ,( 9 ) : 69 - 71 E 2 C h a t t e r j i S F r e e z i n g o f a i r e n t r a i n e d c e me n t b a s e d ma t e r i a l s a n d s p e c i f i c a c t i o n s
16、o f a i r - e n t r a i n i n g a g e n t s J C e me n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ,2 0 0 3 ,2 5( 7 ):7 5 9 7 6 5 3 刘铁军 , 刑峰 , 隋莉莉 , 等 气 泡对 纤维混凝 土阻尼性 能 的影 响 J 功能材料 , 2 0 1 0 , 4 1 ( 1 2 ) : 2 3 2 8 4 K i m H K,J e o n J H,L e e H KWo r k a b i l i t y ,a n d me c ha n i c a l ,a c o us
17、t i c a nd t h er ma l pr op e r t i e s o f l i ght we i g ht a g g r e g a t e c o n c r e t e w i t h a h i g h v o l u n l e o f e n t r a i n e d a i r J Co ns t r uc t i o n a nd Bu i l d i n g M a t e r i a l s ,2 01 2,2 9: 19 3 - 20 0 E 5 王晓冰 , 蔡燕 霞 , 臧芝树引气剂 掺量 对水泥 混凝 土流变 性能影响 分析 J 河 北交 通 职业
18、 技术 学 院学 报 , 2 0 1 0 , 7 ( 3):3 2 - 3 4 6 De o O,N e i t h a l a t h N C o mp r e s s i v e b e h a v i o r o f p e r v i o u s c onc r e t e s a nd a q ua n t i f i c a t i on o f t he i n f l ue nc e of r a nd o m p o r e s t r u c t u r e f e a t u r e s J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n
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