內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土水分傳輸特性及力學(xué)性能

覃 瀟， 申愛(ài)琴， 李俊杰， 謝政專(zhuān)

(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 佛山市智慧型陸地與海洋土木工程材料工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心, 廣東 佛山 528225; 2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院, 陜西 西安 710064; 3.廣東新業(yè)混凝土有限公司, 廣東 佛山 528305; 4.廣西交科集團(tuán)有限公司, 廣西 南寧 530007)

路面混凝土暴露于大氣中，鋪筑后極易在板內(nèi)水化反應(yīng)及蒸發(fā)雙重作用下迅速喪失水分，致使收縮微裂紋萌生[1].水泥混凝土結(jié)構(gòu)致密，采用傳統(tǒng)養(yǎng)生方法難以保證水分充分浸潤(rùn)材料內(nèi)部[2-3].高吸水性聚合物(SAP)內(nèi)養(yǎng)生劑能夠在水泥混凝土養(yǎng)生早期持續(xù)釋水以維持混凝土內(nèi)部的高濕狀態(tài)，有效減少收縮微裂紋[4-6].

水泥混凝土各項(xiàng)性能的發(fā)展主要取決于其內(nèi)部水分傳輸特性[7]，現(xiàn)有SAP內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土相關(guān)研究大多集中于宏觀性能[8-10]，缺乏對(duì)水分形式(包括毛細(xì)水、凝膠水和內(nèi)養(yǎng)生水)轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論研究[11].史才軍等[12-13]應(yīng)用低頻1H核磁共振技術(shù)研究了水泥凈漿的水分形式轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部孔隙演化.Karakosta等[14]基于縱向弛豫時(shí)間T1，對(duì)水化凝膠的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了精確監(jiān)測(cè).

目前，內(nèi)養(yǎng)生混凝土的研究大多以結(jié)構(gòu)混凝土為載體開(kāi)展.路面混凝土屬大面積薄板，內(nèi)部水分極易喪失，內(nèi)養(yǎng)生要求必然高于結(jié)構(gòu)混凝土[15]；路面混凝土振動(dòng)提漿施工工藝的應(yīng)用使其水膠比與材料特性沿板自上而下存在“垂直梯度”；路面混凝土力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為抗彎拉強(qiáng)度，這對(duì)骨料-水泥石界面過(guò)渡區(qū)(ITZ)的黏結(jié)強(qiáng)度提出了更高的要求.綜上，已有研究成果缺乏以內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土為載體所開(kāi)展的水分傳輸特性研究，并在力學(xué)性能改善機(jī)理方面欠缺深入的分析.

本文定量分析了各形式水分在內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土中的轉(zhuǎn)化規(guī)律；探索了SAP粒徑及摻量對(duì)路面混凝土板內(nèi)部相對(duì)濕度及收縮性能的影響，并對(duì)其濕度垂直空間分布特征進(jìn)行了研究；基于對(duì)水分傳輸特性、水化程度及微觀結(jié)構(gòu)特征的綜合分析，揭示了SAP內(nèi)養(yǎng)生對(duì)路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響機(jī)理.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用海螺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，密度為3.15g/cm3，布萊恩細(xì)度為3900cm2/g；礦物摻和料為汕頭中業(yè)粉煤灰有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度為2.10g/cm3，比表面積為270m2/kg，活性指數(shù)為75%；粗骨料為廣東省晟興石場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，分為4.75～9.5mm和9.5～19mm兩檔，兩檔料的質(zhì)量比為2∶8；細(xì)集料為廣東省清遠(yuǎn)市北江河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.71，含泥量(1)文中涉及的含泥量、摻量、水膠比等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比.為0.6%.內(nèi)養(yǎng)生劑選用聚丙烯酸鈉鹽類(lèi)SAP，包括380～830μm(SAP-20)、180～380μm(SAP-40)和120～150μm(SAP-100)3種粒徑，密度均為0.70～0.75g/cm3.SAP在水泥漿體(水膠比mW/mB=0.37)中的吸液特性見(jiàn)圖1.由圖1可見(jiàn)，SAP在30min 時(shí)吸液倍率基本達(dá)到穩(wěn)定.

圖1 SAP在水泥漿體(mW/mB=0.37)中的吸液特性

減水劑采用JB-ZSC型聚羧酸高性能減水劑，減水率為26%.水為市政自來(lái)水.

1.2 試驗(yàn)配合比

經(jīng)前期大量?jī)?yōu)化試驗(yàn)，已得出C40路面混凝土(mW/mB=0.37)最優(yōu)基準(zhǔn)配合比，見(jiàn)表1.在此基礎(chǔ)上，根據(jù)SAP在30min時(shí)的吸液倍率(見(jiàn)圖1)和式(1)確定內(nèi)養(yǎng)生水引入量(WIC)、SAP摻量(wSAP)，見(jiàn)表2.其中Non-S代表不摻加SAP的基準(zhǔn)組，S-100-0.125代表?yè)郊覵AP-100且SAP摻量為0.125%的試驗(yàn)組，其余編號(hào)以此類(lèi)推.

表1 C40路面混凝土(mW/mB=0.37)最優(yōu)基準(zhǔn)配合比

表2 內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土的內(nèi)養(yǎng)生水引入量、SAP摻量

(1)

式中：mW,IC為內(nèi)養(yǎng)生水量；mW,IC/mB為內(nèi)養(yǎng)生所需額外水膠比.

1.3 低頻1H核磁共振(NMR)試驗(yàn)

選擇1H核磁共振譜，采用PQ-001型低頻核磁共振分析儀測(cè)試橫向弛豫時(shí)間T2.通過(guò)InvFit軟件對(duì)采集的弛豫信號(hào)進(jìn)行反演擬合，得到弛豫時(shí)間T2分布圖譜.

1.4 相對(duì)濕度及收縮性能測(cè)試

分別采用深圳莫尼特公司生產(chǎn)的MIC-TD-TM型濕度傳感器和MIC-YWC-5型位移計(jì)連續(xù)采集試件內(nèi)部相對(duì)濕度及收縮變形.采用尺寸為400mm×100mm×100mm的大尺寸薄板試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生24h 后開(kāi)始測(cè)試，后續(xù)養(yǎng)生條件為：室溫(20±2)℃，相對(duì)濕度RH=(80±5)%.垂直空間相對(duì)濕度測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖見(jiàn)圖2，收縮變形試驗(yàn)中探頭位置為試件2個(gè)相對(duì)側(cè)面的中心點(diǎn).

圖2 垂直空間相對(duì)濕度測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

1.5 熱分析及SEM試驗(yàn)

采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的SDT Q600 DSC-TG綜合熱分析儀測(cè)試混凝土中的水泥水化程度.水化程度主要通過(guò)化學(xué)結(jié)合水含量及Ca(OH)2含量來(lái)表征，計(jì)算方法如下：

(2)

(3)

式中：w(H2O)與w(Ca(OH)2)分別為化學(xué)結(jié)合水含量和Ca(OH)2含量；w70-400為70～400℃溫度范圍內(nèi)試件的熱失重量(C-S-H分解)；w400-650為400～650℃溫度范圍內(nèi)試件的熱失重量(Ca(OH)2分解)；w650-750為650～750℃溫度范圍內(nèi)試件的熱失重量(其他產(chǎn)物分解)；M表示相對(duì)分子質(zhì)量，H2O、CO2及Ca(OH)2的相對(duì)分子質(zhì)量分別為18、44、74.

采用Hitachi S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)路面混凝土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并根據(jù)配套的能譜儀(EDS)測(cè)試鈣硅比n(Ca)/n(Si)沿ITZ的分布，根據(jù)n(Ca)/n(Si)的變化特征計(jì)算ITZ寬度.

1.6 抗彎拉強(qiáng)度測(cè)試方法

采用YES-1000型壓力機(jī)對(duì)試件進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，測(cè)試其28d抗彎拉強(qiáng)度，試驗(yàn)依據(jù)JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》開(kāi)展.

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)部水分形式轉(zhuǎn)化及分布規(guī)律分析

圖3為內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土試件15min～28d齡期的NMR弛豫時(shí)間T2分布圖.考慮內(nèi)養(yǎng)生水量占總水量的比例較小，為便于數(shù)據(jù)分析，在繪制T2圖譜時(shí)將內(nèi)養(yǎng)生進(jìn)程產(chǎn)生的右側(cè)峰峰強(qiáng)增強(qiáng)300倍.

由圖3(a)可知，基準(zhǔn)組T2分布圖中只有1個(gè)弛豫主峰.而內(nèi)養(yǎng)生組除左側(cè)主峰外，還存在1～2個(gè)右側(cè)主峰，如圖3(b)～(d)所示，左峰是因新拌漿體絮凝結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)水產(chǎn)生，右峰則由SAP凝膠所束縛的內(nèi)養(yǎng)生水造成.各主峰弛豫時(shí)間隨齡期均不斷減小，峰值持續(xù)降低.即隨著膠凝材料的持續(xù)水化，漿體中原有毛細(xì)水逐漸轉(zhuǎn)化為凝膠水或化學(xué)結(jié)合水，水化產(chǎn)物不斷填充孔隙，致使孔中水分與孔壁的碰撞頻率增大，弛豫時(shí)間隨之減小.

15min～1d齡期范圍內(nèi)基準(zhǔn)組的主峰具有“雙峰形”特征(圖3(a))，雙峰之間的交界點(diǎn)平均在7ms 時(shí)出現(xiàn).1d前大部分未反應(yīng)的可蒸發(fā)水進(jìn)入水化產(chǎn)物孔中成為凝膠水，但同時(shí)殘留部分毛細(xì)水，因而導(dǎo)致雙峰的出現(xiàn).因此，7ms為區(qū)別凝膠水與毛細(xì)水的臨界弛豫時(shí)間[16].

弛豫峰包絡(luò)面積與實(shí)際漿體水分含量呈正相關(guān)關(guān)系.由圖3(b)～(d)可見(jiàn)，SAP粒徑越小，內(nèi)養(yǎng)生弛豫峰的位置區(qū)間范圍越小，同時(shí)峰值有所增加.如1d齡期時(shí)，S-20-0.092、S-40-0.124、S-100-0.145試樣的右峰弛豫區(qū)間分別為120～900、200～905、310～600ms，峰值分別為1.00、1.27和1.93.這是因?yàn)樵谙嗤瑑?nèi)養(yǎng)生水含量下，SAP-100在漿體中的殘留孔隙最小，使得S-100-0.145漿體孔中水分與孔壁的碰撞頻率高于其他組.

圖3 NMR 弛豫時(shí)間T2分布圖

為進(jìn)一步探索不同形式水之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)T2圖譜中各弛豫峰的包絡(luò)面積進(jìn)行求解，并基于凝膠水與毛細(xì)水的臨界弛豫時(shí)間計(jì)算毛細(xì)水、凝膠水及內(nèi)養(yǎng)生水的含量(占初始拌和總水量的比例)，計(jì)算公式見(jiàn)式(4)～(6)，其中弛豫峰的包絡(luò)面積A通過(guò)積分計(jì)算.計(jì)算出的各形式可蒸發(fā)水含量隨齡期的變化見(jiàn)圖4.

(4)

(5)

(6)

式中：pW，IC、pW，cap、pW，gel分別為內(nèi)養(yǎng)生水、毛細(xì)水、凝膠水的含量；A15為15min齡期時(shí)T2圖譜中所有弛豫峰的總包絡(luò)面積，可視為初始拌和總水量對(duì)應(yīng)的積分面積；Arp為內(nèi)養(yǎng)生右峰的包絡(luò)面積；Arc、Alc分別為臨界弛豫時(shí)間右側(cè)、左側(cè)部分的包絡(luò)面積.

由圖4(a)可知：終凝(10h)前S-20-0.092與S-40-0.124漿體中毛細(xì)水含量均大于基準(zhǔn)組Non-S，10h時(shí)分別為基準(zhǔn)組的1.08、1.05倍，而S-100-0.145漿體中毛細(xì)水含量為基準(zhǔn)組的99%.說(shuō)明SAP-20和SAP-40在漿體終凝前出現(xiàn)了小幅釋水，而SAP-100能夠較好地鎖住內(nèi)養(yǎng)生水，并吸持部分拌和水，故S-100-0.145漿體中毛細(xì)水含量有所降低；7d時(shí)，S-100-0.145漿體中毛細(xì)水含量反而最高(0.1463%)，依次是S-40-0.124(0.1328%)、S-20-0.092(0.0923%)和基準(zhǔn)組(0.0838%)，可見(jiàn)S-100-0.145、S-40-0.124漿體中毛細(xì)水含量明顯大于基準(zhǔn)組，說(shuō)明在7d時(shí)以上2組漿體仍處于釋水養(yǎng)生階段，而S-20-0.092漿體則基本完成釋水.

由圖4(b)可知：7d齡期時(shí)凝膠水含量變化規(guī)律與毛細(xì)水變化規(guī)律相似；然而，28d時(shí)，凝膠水含量由大到小排序再次恢復(fù)到S-20-0.092(0.5282%)>S-40-0.124(0.4602%)>S-100-0.145(0.4382%).究其原因，小粒徑SAP可緩慢釋水，能更好地促進(jìn)膠凝材料水化，大幅增加凝膠水轉(zhuǎn)化為化學(xué)結(jié)合水的比例，故凝膠水含量有所降低.

由圖4(c)可見(jiàn)，在初凝(4h)前，SAP持水能力由大到小排序?yàn)镾AP-100>SAP-40>SAP-20，再次證明小粒徑SAP能夠從時(shí)間上及空間上均勻地對(duì)漿體進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)生.

圖4 各形式可蒸發(fā)水含量隨齡期的變化

2.2 內(nèi)部相對(duì)濕度發(fā)展規(guī)律及收縮性能研究

2.2.1SAP粒徑的影響

不同粒徑SAP內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土中層測(cè)點(diǎn)處的內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮變形隨齡期的發(fā)展曲線如圖5所示.由圖5可見(jiàn)，相比基準(zhǔn)組，摻加SAP的各試件在內(nèi)部相對(duì)濕度與收縮變形兩方面均具備顯著優(yōu)勢(shì).

圖5 不同粒徑SAP內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮變形隨齡期的發(fā)展曲線

3、7d齡期試件的收縮變形程度直接決定材料內(nèi)部微裂紋數(shù)量，對(duì)于路面混凝土耐久性影響顯著，而7d后收縮變形的影響則相對(duì)較小.由圖5可見(jiàn)：3d時(shí)基準(zhǔn)組試件的收縮變形為100.463μm/m，而內(nèi)養(yǎng)生組均出現(xiàn)不同程度的膨脹，其中試件S-20-0.092膨脹變形最大(|-140.24256|μm/m)，在該階段混凝土強(qiáng)度尚未發(fā)展完全，極易因膨脹而產(chǎn)生微裂紋；而3d時(shí)試件S-100-0.145(|-12.735|μm/m)與試件S-40-0.124(|-8.331|μm/m)的膨脹變形接近，說(shuō)明摻加SAP-40和SAP-100的試件在3d時(shí)減縮效果優(yōu)良；7d齡期時(shí)，收縮變形由大到小排序?yàn)镹on-S>S-40-0.124>S-100-0.145>S-20-0.092.綜合3、7d收縮變形測(cè)試結(jié)果可知，對(duì)于內(nèi)養(yǎng)生組，試件S-20-0.092在3d時(shí)變形過(guò)大，而試件S-40-0.124在7d時(shí)變形最大，故認(rèn)為試件S-100-0.145對(duì)收縮性能的改善效果最佳且最為穩(wěn)定.

2.2.2SAP摻量的影響

不同SAP摻量?jī)?nèi)養(yǎng)生路面混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮變形隨齡期的發(fā)展曲線如圖6所示.

圖6 不同SAP摻量?jī)?nèi)養(yǎng)生路面混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮變形隨齡期的發(fā)展曲線

由圖6可見(jiàn)，對(duì)于不同SAP摻量的內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土，總體上遵循SAP摻量越大，內(nèi)部相對(duì)濕度越高，收縮變形越小的規(guī)律.基準(zhǔn)組試件在28d時(shí)的內(nèi)部相對(duì)濕度為81.53%，而在SAP最佳濕度補(bǔ)償狀態(tài)下(試件S-100-0.165)，28d時(shí)的內(nèi)部相對(duì)濕度可達(dá)到93.12%，比基準(zhǔn)組提高了14.22%.

SAP摻量越大，內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土收縮變形越小，與基準(zhǔn)組試件相比，試件S-100-0.165在1、3、7、14、28d的減縮率分別為2.04%、68.85%、73.98%、68.95%和69.83%.

2.2.3內(nèi)部相對(duì)濕度垂直空間分布特征

基準(zhǔn)組與試件S-100-0.145的內(nèi)部相對(duì)濕度垂直空間分布規(guī)律如圖7所示.

由圖7可知：在早齡期(0～3d)，內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土板S-100-0.145的內(nèi)部相對(duì)濕度降低速度明顯低于基準(zhǔn)混凝土；在3d齡期時(shí)，S-100-0.145板上、中、下層混凝土均能保持高濕度狀態(tài)，相對(duì)濕度分別為95.64%、98.77%和97.47%，比基準(zhǔn)組分別提高了1.07%、4.07%和1.88%；進(jìn)入水化穩(wěn)定期后，內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土板S-100-0.145各層位之間的相對(duì)濕度差異并非如基準(zhǔn)混凝土那樣隨齡期而增大，而是逐漸減小，在10d左右時(shí)各層相對(duì)濕度值出現(xiàn)交匯點(diǎn)；當(dāng)SAP釋水完畢后，板內(nèi)部相對(duì)濕度在外界干燥作用下的排序逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯蠈?中層<下層，但三者之間的相對(duì)濕度接近.

圖7 基準(zhǔn)組與試件S-100-0.145的內(nèi)部相對(duì)濕度垂直空間分布規(guī)律

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，SAP在內(nèi)養(yǎng)生階段能夠有效減小路面混凝土垂直方向濕度梯度，上層混凝土失水程度最大，SAP對(duì)該層位的補(bǔ)水量也就最多，其次是中層、下層，此特征對(duì)于提升水化產(chǎn)物密實(shí)度、材料均勻性及抑制水泥混凝土路面的濕度翹曲應(yīng)力極為有利，同時(shí)對(duì)于增強(qiáng)路面混凝土抗裂性能及受力穩(wěn)定性具有積極作用.

2.3 基于熱分析的化學(xué)結(jié)合水量及Ca(OH)2含量分析

根據(jù)式(2)、(3)及熱分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到化學(xué)結(jié)合水量及Ca(OH)2含量，結(jié)果見(jiàn)表3.

由表3可知，7d時(shí)內(nèi)養(yǎng)生組的化學(xué)結(jié)合水含量和Ca(OH)2含量均高于基準(zhǔn)組，說(shuō)明SAP能夠有效促進(jìn)膠凝材料的水化，進(jìn)而提升其水化程度；對(duì)于不同SAP粒徑的內(nèi)養(yǎng)生組，7d時(shí)化學(xué)結(jié)合水含量排序?yàn)镾-100-0.145>S-20-0.092>S-40-0.124，

表3 化學(xué)結(jié)合水量及Ca(OH)2含量

Ca(OH)2含量排序?yàn)镾-100-0.145>S-40-0.124>S-20-0.092，說(shuō)明S-100-0.145試件生成的水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠、鈣釩石(AFt)晶體、Ca(OH)2等水化產(chǎn)物數(shù)量最多，對(duì)水化的促進(jìn)作用最為顯著.

對(duì)比不同SAP摻量下試件7d時(shí)的化學(xué)結(jié)合水及Ca(OH)2含量可知，隨著SAP-100摻量由0.125%增加至0.165%，Ca(OH)2含量增加，化學(xué)結(jié)合水含量基本保持同一水平.這是因?yàn)镾AP摻量越大，7d齡期內(nèi)釋放的內(nèi)養(yǎng)生水越多，與C3S、C2S等反應(yīng)生成的Ca(OH)2也就越多.

此外，S-100-0.145組7d時(shí)的化學(xué)結(jié)合水及Ca(OH)2含量分別比基準(zhǔn)組提高了3.60%和11.68%，在28d時(shí)則分別比基準(zhǔn)組提高了19.26%和22.78%.因此，認(rèn)為內(nèi)養(yǎng)生組在7d后再次出現(xiàn)了一個(gè)水化增強(qiáng)期，即SAP-100在7d后仍會(huì)持續(xù)釋水，促進(jìn)膠凝材料水化.

2.4 抗彎拉強(qiáng)度及影響機(jī)理分析

影響內(nèi)養(yǎng)生路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度的因素主要包括2個(gè)方面：(1)內(nèi)養(yǎng)生水化程度與密實(shí)度；(2)ITZ的微觀結(jié)構(gòu)特性，包括ITZ的致密性和寬度.

不同SAP粒徑及摻量下路面混凝土28d抗彎拉強(qiáng)度如圖8所示.由圖8可看出：較小粒徑的SAP能夠有效增強(qiáng)路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度；試件S-40-0.124、S-100-0.145的抗彎拉強(qiáng)度比基準(zhǔn)組分別提升了9.66%和9.47%，而試件S-20-0.092的抗彎拉強(qiáng)度則比基準(zhǔn)組低7.69%；SAP-100摻量越大，試件抗彎拉強(qiáng)度越高.

圖8 不同SAP粒徑及摻量下路面混凝土28d抗彎拉強(qiáng)度

各路面混凝土28d微觀形貌見(jiàn)圖9.

圖9 各路面混凝土28d微觀形貌

由圖9可見(jiàn)：基準(zhǔn)組微觀結(jié)構(gòu)疏松(見(jiàn)圖9(a))，水化產(chǎn)物類(lèi)型僅觀測(cè)到Ca(OH)2與C-S-H；試件S-20-0.092水化產(chǎn)物除Ca(OH)2外，還包含2種類(lèi)型的C-S-H(C-S-H-Ⅱ、C-S-H-Ⅲ)；而試件S-40-0.124及S-100-0.145水化產(chǎn)物類(lèi)型豐富，包括層狀Ca(OH)2、多種C-S-H凝膠(C-S-H-Ⅰ、C-S-H-Ⅱ、C-S-H-Ⅲ)和針狀A(yù)Ft等，且水化產(chǎn)物之間相互重疊，結(jié)構(gòu)致密；觀察試件S-40-0.124和S-100-0.145中SAP殘留孔全貌(見(jiàn)圖9(c)、(d))可發(fā)現(xiàn)，其在內(nèi)養(yǎng)生過(guò)程中能夠?qū)AP殘留孔洞起到良好的水化填充作用，特別是試件S-100-0.145，孔內(nèi)形成了致密的微觀結(jié)構(gòu)，水化產(chǎn)物與孔邊界處緊密結(jié)合，有利于提升混凝土抗彎拉強(qiáng)度；而試件S-20-0.092中水化產(chǎn)物未能充分填充殘留孔洞(見(jiàn)圖9(b))，結(jié)構(gòu)較為疏松；較小粒徑的SAP在拌和初期保水性能優(yōu)良，能夠吸收部分拌和水(包括聚集在ITZ內(nèi)的水膜)以降低ITZ水膠比，并促進(jìn)粉煤灰二次水化，消耗部分Ca(OH)2層狀解理，進(jìn)而增強(qiáng)ITZ內(nèi)水泥石與骨料之間的黏結(jié)強(qiáng)度、降低混凝土受彎拉時(shí)的裂紋擴(kuò)展速度；在合理?yè)搅糠秶鷥?nèi)，小粒徑SAP摻量越大，膠凝材料水化程度越高，內(nèi)養(yǎng)生混凝土抗彎拉強(qiáng)度有所提升.

相應(yīng)的ITZ微觀形貌、掃描路徑與n(Ca)/n(Si) 值見(jiàn)圖10，圖中橫坐標(biāo)從左到右依次包括骨料、ITZ及水泥石區(qū)域，2個(gè)△之間的距離代表ITZ寬度.由于S-20-0.092抗彎拉強(qiáng)度及微觀形貌特性相比其余內(nèi)養(yǎng)生組較弱，故圖10中不再列出該組的ITZ特征.

圖10 ITZ微觀形貌、掃描路徑與n(Ca)/n(Si)值

由圖10(a)可知，基準(zhǔn)組試件在ITZ處存在明顯裂紋，試件S-40-0.124裂紋則較淺，而試件S-100-0.145水泥石與骨料之間未出現(xiàn)可見(jiàn)裂紋.再由圖10中n(Ca)/n(Si)的變化規(guī)律得出，試件S-40-0.124和S-100-0.145的ITZ寬度分別為48、37μm，僅為基準(zhǔn)試件(75μm)的64.00%和49.33%.以上特征說(shuō)明小粒徑SAP能夠增強(qiáng)ITZ密實(shí)度、降低ITZ寬度.

3 結(jié)論

(1)小粒徑SAP(如SAP100與SAP40)持水性能較好，能夠在終凝(10h)前有效持水，并于10h后持續(xù)釋放內(nèi)養(yǎng)生水以促進(jìn)水泥水化.S-100-0.145內(nèi)養(yǎng)生漿體在7d齡期時(shí)的毛細(xì)水含量最高，28d時(shí)凝膠水轉(zhuǎn)化為化學(xué)結(jié)合水的比例最大，水化效果最優(yōu).

(2)與基準(zhǔn)試件相比，內(nèi)養(yǎng)生試件在最佳濕度補(bǔ)償狀態(tài)下，1、3、7、14、28d的減縮率分別為2.04%、68.85%、73.98%、68.95%和69.83%；內(nèi)養(yǎng)生能夠有效減小路面混凝土垂直方向濕度梯度，對(duì)于提升水化產(chǎn)物密實(shí)度、抑制水泥混凝土路面的濕度翹曲應(yīng)力、增強(qiáng)路面混凝土受力穩(wěn)定性具有積極作用.

(3)小粒徑SAP在釋水過(guò)程中能夠?qū)炷羶?nèi)殘留孔洞起到良好的水化填充作用，增強(qiáng)ITZ密實(shí)度，并降低ITZ寬度，有助于增強(qiáng)水泥石與骨料之間的黏結(jié)強(qiáng)度、降低混凝土受彎拉時(shí)的裂紋擴(kuò)展速度.