再生砖骨料多孔混凝土微观结构及结构模型.pdf

第2 期 水利水运工程学报 N o 2 2 0 1 6年 4月H Y D R O- S C I E N C E A N D E N G I N E E R I N G A p r 2 0 1 6 D OI ： 1 0 1 6 1 9 8 j e n k i 1 0 0 9 6 4 0 X 2 0 1 6 0 2 0 0 7 王玉军 ， 翟家欢，高涛， 等 再生砖骨料多孔混凝土微观结构及结构模型 J 水利水运工程学报， 2 0 1 6 ( 2 ) ： 4 6 5 3 ( WA N G u - j u n ， Z H A I J i a h u a n ， G A O T a o ，e t a 1 E x p e r i me n t a l s t u d i e s o n m i c r o s t r u c t u r e a n d s t r u c t u r e m o d e l f o r r e c y c l e d b r i c k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e f J i H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 6 ( 2 ) ： 4 6 - 5 3 ) 再生砖骨料多孔混凝土微观结构及结构模型 王玉军 ，翟家欢 ，高 涛。 ，翟爱良 ( 1 山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安2 7 1 0 1 8 ； 2 泰山基业开发建设有限公司，山东 泰安 2 7 1 0 1 8 ；3 山东农业大学 信息科学与工程学院，山东 泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘 要 ：为了深入研究再生砖骨料多孑 L 混凝土的微观结构 ， 从本质上认识其性状及规律 ， 引入扫描电镜研究再生 砖骨料多孔混凝土界面过渡区微观形貌； 根据混凝土中心质假说分析概括再生砖骨料多孔混凝土结构模型， 定 性研究微观结构与宏观性能的关系， 探索界面过渡区形貌和骨料大中心质效应对再生砖骨料多孔混凝土宏观 性能的影响。结果发现再生砖骨料多孔混凝土具有较好的界面过渡区结构 ， 结构密实， 水化产物丰富， 水灰比、 目标孔隙率、 养护龄期， 矿物掺料对结构的密实程度和水化产物的类型、 数量有一定影响， 进而影响强度。多孑 L 混凝土存在较多负中心质效应， 大中心质只有再生砖骨料。今后应当把研究负中心质效应作为重点。 关 键 词 ： 再生砖骨料； 多孔混凝土； 微观形貌； 电镜扫描； 界面过渡区； 结构模型； 中心质假说 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 - 6 4 0 X( 2 0 1 6 ) 0 2 - 0 0 4 6 - 0 8 再生砖骨料多孑 L 混凝土是以处理和强化后的再生砖骨料 、 水泥和水搅拌而成的多孔混凝土 ， 由于其具备 一 定强度和较高孔隙率 ， 适于植物生长 ， 广泛应用于城市绿化和河道护坡等， 经济实用地解决水土流失 、 水质 净化问题 ， 修复重建已退化生态环境和调节城市气候。同时， 还可处理大量的建筑垃圾， 保护环境， 节约资 源。 目前很多学者在普通混凝土微观结构研究方面取得大量成果 ， 但在多孔混凝 土尤其是再生砖骨料多孑 L 混凝土微观方面的研究尚少。因此 ， 深入研究宏观性能与微观结构的相互关系， 从本质上认识再生砖骨料多 孔混凝土的性状及 内在规律 ， 通过改善微观结构提高宏观性能 ， 是再生砖骨料多孔混凝土研究需要解决的重 要课题 。试验采用扫描 电镜扫描再生砖骨料多孔混凝土试块得到混凝土的 S E M图 ， 观测水泥水化后生成的 钙矾石 、 C - S - H凝胶及承受荷载之后的裂纹及界面过渡区( I T Z ) 结构 ， 分析其结构特征， 并根据中心质假说 建立再生砖骨料多孔混凝土结构模型。 1 试验 方法及试验 准备 1 1 S E M 图像简介 S E M的成分分析以及数字图像分析的综合利用 ， 可用于混凝土材料水化物质的分析及界面过渡 区微观 形貌的分析。S E M是经加速和聚焦的电子束 ( 简称 电子探针 ) 在试样表面按一定的时间、 空间序列扫描 ， 激 发试样产生出各种物理信息 ， 这些物理信息的强度随试样 的表面特征而变化， 物理信息经检测 、 放大后在设 于电镜外 的显像管荧光屏上形成一幅反映试样表面形貌 、 组成及其他物化性能的扫描 图像 。这一原理使 得 S E M具有在保持材料原始状态的条件下直接观察试件表面形貌及特征的优点， 放大倍率为 2 O 2 0 0 0 0 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 6 - 2 4 基金项 目：国家科技支撑计划课题( 2 0 1 4 B A L 0 4 B 0 5 ) ；山东省科技发展计划项目( 2 0 1 3 G N C l 1 4 0 2 ) 作者简介： 王玉军( 1 9 9 0 一) ， 女， 山东临沂人 ， 硕士研究生 ， 主要从事结构工程鉴定与加固工作。 E m a i l ： g w a n g y u j u n 1 6 3 e o m通信作者： 翟爱良(E ma i l ： z h a i a l s d a u e d u c n ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 王玉军， 等 ： 再生砖骨料多孔混凝土的微观结构及结构模型 4 7 1 2试 验准 备 1 2 1 试验材料再生砖骨料选用 山东省泰安市财源大街某砖结构房屋拆除产生的废弃砖块 ， 经试验测定 强度可达到 MU I O 。废弃砖块经人工破碎 、 多次筛分取得粒径为 l 6 5 1 9 5 m m的碎块 。对得到的碎块首先 用自来水进行冲洗， 去除破碎过程表面附着的尘土和杂质， 然后采用与拌合混凝土相同水灰比的水泥浆对破 碎后的再生砖骨料进行包裹强化处理 。骨料具体处理流程和方法可查阅文献 3 - 4 。处理强化后再生砖骨 料的相关物理性能根据 建筑用卵石、 碎石 ( G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 ) 的规定进行试验测定。 试验用水泥为山东泰安市第二水泥厂生产的 P O 4 2 5强度等级的普通硅酸盐水泥 ， 经测定 ， 水泥密度 为 3 0 3 g c m 。拌合试块用水采用 自 来水， 符合 混凝土用水标准 ( J G J 6 3 2 0 0 6 ) 。 1 2 2 配合比设计 由于宏观孔洞较多并且不含细骨料 ， 多孔混凝土的配合 比设计在设计原理和计算方法 上不同于普通混凝土。另外 ， 由于本研究所采用的再生砖骨料的吸水率 、 含水率和表观密度与普通骨料有差 异 ， 所以在配合比设计 中应注意考虑骨料的特殊物理指标所带来的影响。试验采用饱和骨料体积法进行配 合比设计， 具体计算过程参见文献 4 。为研究不同因素对再生砖骨料多孔混凝土微观结构的影响， 试验选 取不同水灰比、 矿物掺料 、 不同龄期 ， 设计配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 T a b 1 Mi x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e 注： K 6 组混凝土中掺 1 0 粉煤灰。 1 2 3 试件及试验方法 由于再生砖骨料多孔混凝土的特殊结构和再生骨料 的类型 ， 故其搅拌成型工艺流 程与普通混凝土不同。另外再生砖骨料经强化处理后仍然存在强度较低 、 稳定性较差、 吸水性较强 、 多孔混 凝土骨料之间充满空隙、 仅靠少量水泥浆相连 、 骨料颗粒容易脱落等问题 ， 在搅拌方法上本试验采用人工水 泥浆裹石法， 先将水泥与水搅拌均匀成水泥净浆， 然后与浸泡并晾干至饱和面干状态的骨料混合搅拌均匀， 人工振捣人模 ， 人模之后进标养室养护 4 8 h拆模 。每组试件 3个 ， 抗压强度试件规格为 1 5 0 r r l r r l X 1 5 0 m i n x 1 5 0 m m， 抗折强度试件规格为 6 0 0 mmx 1 5 0 mmX 1 5 0 m m。抗压强度和抗折强度试验根据 G B T 5 O O 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 执行。 S E M试件制备直接关系到图像 的观察效果和准确性 ， 进而影响到对 图像分析的正确性 。由于仪器的特 点 ， 要求试件尺寸不超过仪器样品台的规定范围 ， 一般要求试件直径不超过 2 5 m m， 厚度不超过 2 0 mm。另 外， 对水化物形貌的分析以及界面微裂缝的分析一般采用 自然断面。试验按照要求配合比制作混凝土试块， 标准养护 2 8 d取 出， 对所有试块进行强度测试后敲取小块进行微 观试验。在试块中心随意敲取 1 c m 的薄 碎片碎块 ， 尽量选取水泥浆体与再生砖骨料胶结部分 ， 用无水乙醇浸泡使之终止水化 ， 取 出后在 6 0 C下干燥 至恒重。将试件粘贴在样品台上 ， 选择观察面向上并进行镀膜 ， 然后置于 J S M- 6 6 1 0 L V低真空扫描电子显微 镜下进行观察 ， 并获取 S E M图像进行分析。该过程参见文献 1 0 和 1 2 。 2 试验过程和结果分析 2 1 宏观强度试验结果与分析 本试验 旨在分析再生砖骨料多孔混凝土的微观结构形貌 ， 并通过微观结构定性分析宏观强度形成机理， 对 比微观分析结果与宏观强度试验结果 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 王玉军， 等： 再生砖骨料多孔混凝土的微观结构及结构模型 5 3 8 吴中伟 混凝土材料学各种混凝土的组成与结构 J s c i e n c e o f c o n c r e t e c o mp o s i t i o n a n d s t r u c t u r e o f a l l k i n d s 1 2 ( i n C h i n e s e ) ) 混凝土及建筑构件，1 9 8 1 ( 2 ) ： 2 1 2 ( WU Z h o n g w e i Ma t e ri a l o f c o n c r e t e J C o n c r e t e a n d B u i l d i n g C o m p o n e n t s ， 1 9 8 1 ( 2 ) ： 2 一 9 孙南屏， 祁玲 粗集料中心质效应的一些探讨 J 广西工学院学报，1 9 9 7 ( 4 ) ： 2 1 2 5 ( S U N N a n p i n g ，Q I L i n g S o m e d i s c u s s i o n a b o u t a g g r e g a t e s l a r g e c e n t e r m a s s e f f e c t J J o u r n a l o f G u a n g x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，1 9 9 7 ( 4 ) ：2 1 2 5 ( i n C h i n e s e ) ) 1 0 尚建丽 高性能混凝土微观结构特征及开发应用 J 西安建筑科技大学学报( 自然科学版) ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 8 6 8 8 ( S H A N G J i a n l i + T h e c h a r a e t e r i s t i c s a n d a p p l i c a t i o n o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e mi c r o s t r u c t u r e J J o u r n a l o f X i a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e&T e c h n o l o g y ( N a t u r al S c i e n c e E d i t i o n ) ，1 9 9 9 ( 1 ) ： 8 6 8 8 ( i n C h i n e s e ) ) 1 1 季昌良， 翟爱良， 翟文举 ， 等 再生砖粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究 J 水利水运工程学报， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 9 6 4 ( J 1 C h a n g 1 i a n g ， Z H A I A i l i a n g ， Z H A I We n - j u ， e t a 1 E x p e ri m e n t a l s t u d y o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f r e c y c l e d b ri c k c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m J H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 9 6 4 ( i n C h i n e s e ) ) 1 2 杜婷 高性能再生混凝土微观结构及性能试验研究 D 武汉： 华 中科技大学， 2 0 0 8 ( D U T i n g E x p e ri m e n t al s t u d y o n t h e m i c r o s t r u c t u r e a n d b a s i c b e h a v i o r s o f r e c y c l e d h i g h p e rf o r m a n c e c o n c r e t e D Wu h a n ：H u a z h o n g U n i v e rs i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy， 2 0 0 8 ( i n C h i n e s e ) ) Ex pe r i me nt a l s t u d i e s o n mi c r o s t r uc t ur e a n d s t r u c t u r e m o de l f o r r e c y c l e d b r i c k a g g r e g a t e p o r o us c o n c r e t e WA N G Y u - j u n ，Z HA I J i a h u a n ，G A O T a o 。 ，Z H A I A i 1 i a n g ( 1 Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，T a i a n 2 7 1 0 1 8 ，C h i n a ； 2 T a i s h a n J i y e D e v e l o p m e n t C o n s t r u c t i o n L i mi t e d L i a b i l i t y C o m p a n y ，T a i a n 2 7 1 0 1 8 ，C h i n a ；3 I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，T a i a n 2 7 1 0 1 8 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o f u r t h e r s t u d y t h e mi c r o s t r u c t u r e s a n d e s s e n t i a l l y u n d e r s t a n d t h e c h a r a c t e ri s t i c s a n d r u l e s o f t h e r e c y c l e d b ric k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e ，d u rin g t h e mi c r o s c o p i c s t u d i e s o f t h e r e c y c l e d b ri c k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e ， t h e mo d e r n m i c r o s c o p i c t e s t e q u i p m e n t s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y( S E M)i s a p p l i e d t o t h e r e s e a r c h o f t h e mi c r o s t r u c t u r e s o f t h e c e me n t s t o n e r e c y c l e d b ri c k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e An d a c c o r d i n g t o t h e a s s u mp t i o n o f c e n t r a l g r a i n s d e v e l o p e d b y P r o f e s s o r WU Z h o n g we i t h e a u t h o r s h a v e a n a l y z e d a n d s u mma ri z e d t h e s t r u c t u r e mo d e l f o r t h e r e c y c l e d bric k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e，a n d h a v e d o n e q u a l i t a t i v e l y r e s e a r c he s o f t h e r e l a t i o ns h i p s b e t w e e n t h e mi c r o s t r u c t u r e s a n d t h e ma c r o s c o p i c s t r e n g t h b e h a v i o r ，a n d t h e n e x p l o r e d t h e mo r p h o l o g y o f I T Z ( i n t e r f a c e t r a n s i t i o n z o n e )a n d t h e i mp a c t s o f a g g r e g a t e s l a r g e c e n t e r ma s s e f f e c t o n t h e m a c r o s c o p i c p r o p e rt i e s o f t h e r e c y c l e d b ri c k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e An a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e c y c l e d b ri c k a g g r e g a t e p o r o u s c o n c r e t e ha s b e t t e r i n t e r r a c i a l t r a n s i t i o n z o ne s t ru c t u r e，t h e s t r u c t u r e i s v e r y c o mp a c t a n d t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s a r e v e r y r i c hW a t e r c e me n t r a t i o， d e s i g n p o r o s i t y，ma i n t e na n c e pe rio d a n d p e r me a b i l i t y r e d u c i n g a d mi x t u r e a l 1 h a v e a c e r t a i n e f f e c t o n t h e c o mpa c t ne s s o f t h e s t ru c t u r e a nd t h e t y p e a s we l l a s t h e q ua n t i t y o f t h e h y d r a t i o n p r o d uc t s，a n d o n t h e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e s t ruc t u r e s T h e r e a r e a l o t o f n e g a t i v e c e n t e r ma s s e f f e c t s i n t h e p o r o u s c o n c r e t e a n d t h e l a r g e c e nt e r ma s s i s o n l y i n t he r e c y c l e d b ric k a g gre g a t e S t u d i e s o f t he ne g a t i v e c e n t e r ma s s e f f e c t s h o u l d b e t a ke n a s a k e y i s s ue i n t he f u t u r e Ke y w o r d s ： r e c y c l e d b ri c k a g g r e g a t e ； p o r o u s c o n c r e t e ； mi e r o s t rue t u r e ； S E M( s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y ) ； I T Z ( i n t e r f a c e t r a n s i t i o n z o n e ) ；s t ruc t u r e mo d e l ；a s s u m p t i o n o f c e n t r a l g r a i n s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m