輕集料混凝土界面過渡區(qū)特點及改善措施的討論

鞠 川

宿遷學(xué)院（223800）

輕集料混凝土界面過渡區(qū)特點及改善措施的討論

鞠 川

宿遷學(xué)院（223800）

總結(jié)了輕集料混凝土的國內(nèi)外研究進展，并討論了輕集料混凝土中界面過渡區(qū)的形成機理、特征、性能、結(jié)構(gòu)特點和改善措施，通過SEM觀察對比了普通高強混凝土以及輕集料高強混凝土、摻入礦物混合料的輕集料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。

輕集料；界面過渡區(qū)；混凝土

0 引言

以人造輕集料作為基本材料的輕集料混凝土最早使用年代可追溯到1920年左右。[1-2]S·J海德是最早運用回轉(zhuǎn)窯燒制膨脹黏土輕集料的先驅(qū)者之一。到1928年，美國開始把這種方法運用于商業(yè)生產(chǎn)，西歐在第二次世界大戰(zhàn)以后才開始有了輕集料的生產(chǎn)。伴隨1969年美國用輕集料高性能混凝土建成了高217.6 m、52層的休斯頓貝克廣場大廈，宣告人類對輕集料高性能混凝土的開發(fā)和應(yīng)用已取得了較大的發(fā)展。[3]近年來在高層和大跨度建筑工程中，對建筑物功能性有了更高的要求，較多地采用了輕集料高性能混凝土，發(fā)揮了輕集料高性能混凝土的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,不僅刺激了輕集料的生產(chǎn),同時對小型砌塊的生產(chǎn)、建筑節(jié)能、房屋建筑等方面也都有很大的促進作用，也推進了輕集料混凝土的研究和應(yīng)用的快速發(fā)展。

我國輕集料工業(yè)的發(fā)展始于人造輕集料的研究與開發(fā)，近半個世紀以來，經(jīng)歷了漫長而曲折的過程。[4]目前，因為輕集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)是普通混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)，它能夠直接影響到混凝土的強度、剛度和耐久性，因此國內(nèi)外很多學(xué)者都在研究輕集料在輕集料混凝土中的作用，以及如何改善輕集料與水泥石之間的黏結(jié)性能。

1 輕集料-水泥石界面過渡區(qū)的形成機理及結(jié)構(gòu)特征

混凝土材料的強度主要取決于三個方面的強度，即骨料的強度、水泥石的強度、界面的黏結(jié)強度。[5]而界面的黏結(jié)強度又包括了三個方面，即粗骨料與充填體的黏結(jié)強度、細骨料與充填體的黏結(jié)強度、水化產(chǎn)物之間的黏結(jié)強度。在水泥基材料中，缺陷和不連續(xù)性會引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，混凝土的力學(xué)性能會受到組成、含量以及空間結(jié)構(gòu)的影響。輕集料混凝土與普通混凝土本質(zhì)區(qū)別就是采用了多孔的輕集料，導(dǎo)致其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生較大變化。在輕集料混凝土中存在兩種微管微孔系統(tǒng)，即水泥石中的微管微孔系統(tǒng)和多孔集料中的微管微孔系統(tǒng)。

圖1 普通高強水泥混凝土28 d

圖2 輕集料高強水泥混凝土28 d SEM

圖3 7d摻加粉煤灰輕集料混凝土SEM圖

圖4 28d摻加粉煤灰輕集料混凝土SEM圖

2 混凝土的界面結(jié)構(gòu)特征及改善

為了討論普通混凝土及輕集料混凝土界面過渡區(qū)性能的特征,本試驗采用了水膠比為0.32、砂率為0.4的三組混凝土配比。1）采用普通集料不摻粉煤灰作為空白對比樣。2）采用輕集料不摻粉煤灰。3）采用輕集料，摻10%粉煤灰。

通過對比普通高強水泥混凝土以及輕集料高強水泥混凝土發(fā)現(xiàn)，普通高強水泥混凝土界面過渡區(qū)板狀CH晶體量多于水泥石基體，界面區(qū)CH富集現(xiàn)象明顯，且存在明顯的大的裂縫，而輕集料混凝土界面區(qū)水化產(chǎn)物的組成與基體基本相同，未有CH富集和定向排列現(xiàn)象，且基本無微裂紋，此時水化產(chǎn)物緊密地包裹在輕集料周圍并填充了空隙，提高了密實度。同時觀察到大量針狀的水泥水化產(chǎn)物嵌入輕集料內(nèi)，形成了水泥與輕集料“嵌套”在一起的整體結(jié)構(gòu)。一般情況下纖維狀的C-S-H在水灰比較大、水泥水化反應(yīng)程度較高的情況下才會出現(xiàn)。這進一步說明了輕集料內(nèi)的水分具有的養(yǎng)護作用，內(nèi)養(yǎng)護作用使水泥水化進行的比較充分，因而形成了大量的C-S-H。

通過觀察圖3和圖4后發(fā)現(xiàn),摻入粉煤灰后，界面區(qū)粗大CH晶體、鈣礬石數(shù)量大大減少，取而代之的是大量的網(wǎng)狀、針狀、放射狀的C-S-H相和細化的CH晶體。7 d時粉煤灰表面已經(jīng)可以看到反應(yīng)的痕跡，且可以看到大量的粉煤灰球體散落于水化產(chǎn)物中水化產(chǎn)物網(wǎng)絡(luò)中球狀粉煤灰表面已經(jīng)出現(xiàn)了較多的CH和AFt晶體,它們一起鑲嵌于C-SH中。隨著水化反應(yīng)的進行，在28 d時，粉煤灰的量反而少于7 d齡期時粉煤灰的量，這是因為大部分粉煤灰參與火山灰反應(yīng)，生成了低鈣型的水化硅酸鈣凝膠,水化產(chǎn)物緊密地包裹在輕集料周圍，增加了輕集料與水泥石之間界面的密實度，促使后期強度的提高。

3 結(jié)論

1）輕集料混凝土界面區(qū)未有CH富集和定向排列現(xiàn)象并且無微裂紋，結(jié)構(gòu)較為密實。而28 d齡期的普通高強水泥混凝土界面過渡區(qū)出現(xiàn)較多的板狀CH晶體且觀察到存在裂紋。

2）粉煤灰可以改善輕集料混凝土界面過渡區(qū)的性能,隨著齡期的增加，在28 d時候發(fā)現(xiàn)摻入的粉煤灰大部分已經(jīng)參與火山灰反應(yīng)消耗，生產(chǎn)了低鈣型的水化硅酸鈣凝膠，提高了混凝土的強度和密實度，改善了界面過渡區(qū)的性能。

[1]李建華.國外輕骨料混凝土應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1982:416～425.

[2](法)P·果爾蒙,蘇錫楠(譯).今日輕混凝土[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984:29～64.

[3]張勇.泵送高強輕集料混凝土的研究[D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002:56～67.

[4]張勇.高性能輕集料的分析與發(fā)展[J].粉煤灰綜合利用, 2002(4):39～43.

[5]TASONGWA，LYNSDALECL，CRIPPSJC.Aggregatecement paste interface.Ⅱ：Influence of aggregate physical properties[J].Cement.

項目來源:2013江蘇省大學(xué)生實踐創(chuàng)新