矿物掺合料和高效减水剂对水泥混凝土中骨料粘贴界面显微硬度的影响

学生：张雅倩学号：1305240562矿物掺合料和高效减水剂对水泥混凝土中骨料粘贴界面显微硬度的影响EffectsofMineralAdmixturesandSuperplasticizersonMicroHardnessofAggregate-PasteInterfaceinCementConcrete（J.ShanghaiJiaotongUniv.(Sci.),2012,17(5):629-634）摘要（Abstract)•本文研究了矿物掺合料与高效减水剂对水泥混凝土中骨料粘贴界面显微硬度的影响。结果表明，粉煤灰的掺入减小了混凝土的显微硬度。虽然随着粒化高炉矿渣的增加显微硬度是减少的，但是仍然高于在混凝土中掺入粉煤灰。粉煤灰和粒化高炉矿渣的混合物增加了混凝土后期的微观硬度，但并不能改善它早期的微观硬度。氨基磺酸高效减水剂和脂肪族羟基磺酸盐高效减水剂可以提高其早期的显微硬度。聚羧酸高效减水剂可以提高混凝土在后期的显微硬度。目录•研究背景•实验–原料–测试程序•结果和讨论–单添加粉煤灰–单添加粒化高炉矿渣–添加粉煤灰和粒化高炉矿渣混合物–添加不同种类高效减水剂•结论•混凝土结构中的骨料、水泥浆体一般比混凝土的抗压强度高，性能稳定、耐久性好，而水泥浆体与骨料的交界面则是一个多孔区域，是混凝土中的薄弱环节，阻碍着混凝土性能的进一步提高；混凝土的强度、抗渗、抗冻、耐蚀等重要性能常常因界面上存在的缺陷而受到损失，甚至引起严重破坏。•近年来，矿物掺合料如粉煤灰和粒化高炉矿渣广泛应用于水泥混凝土。这些外加剂对骨料粘贴界面有直接的影响。粉煤灰主要通过火山灰效应来提高界面性能。高效减水剂对混凝土的流变及力学性能有直接影响，但矿物掺合料与高效减水剂的混合材料对界面的影响还需要进一步研究。•1.研究背景•骨料粘贴界面对整个混凝土性能有重要的影响。扫描电子显微镜(SEM)用来研究氢氧化钙(CH)在界面的取向。抛光表面的背散射电子成像是用来研究具体的微观结构。•维氏显微硬度明确的表明了微观硬度(HV)和水灰比（w/c）的线性相关性。以压痕硬度试验方法进行水灰比和骨料处理对界面结构影响的研究。此外，用纳米压痕来衡量力学性能，特别是对波特兰水泥主要阶段的弹性模量和硬度的研究。本文直接评估了矿物掺合料与高效减水剂对水泥混凝土中的骨料粘贴界面微观硬度的影响。2.实验•2.1原料•水泥用42.5R普通硅酸盐水泥，其属性如表1所示；w是的主要化学成分的质量分数。粗骨料是粉碎石灰石；细骨料是河砂，细度模数是2.58。使用了两种类型的矿物掺合料，粉煤灰和粒化高炉矿渣，其化学特性如表2所示。•采用三种高效减水剂，氨基磺酸系高效减水剂（AA），聚羧酸系高效减水剂（PA）和脂肪族羟基磺酸盐减水剂（AH），其性能如表3所示，其中Wb是粘合剂的大量组分。2.2测试程序•普通混凝土的配合比是水泥的质量：粗骨料：细骨料：水是300：1100：760：150。在水泥中分别添加不同剂量的矿物添加剂。试样养护温度为(20±5)℃，相对湿度90%，养护龄期分别为28、56和90天。•PHILIPS-FEIQuanta200型扫描电镜，D/max2400X射线衍射（XRD）和汞压入法（MIP）来分析微观结构和组分。扫描电子显微镜的分辨率为3.5纳米，测试条件是在高真空和测试电压为20千伏。扫描电镜检查标本的要镀金。X射线衍射（XRD）的测试电压为40kV，电流为100mA。3.结果和讨论•3.1单添加粉煤灰•质量分数为20%、30%、40%、50%和60%水泥分别被粉煤灰(FA)替换。高效减水剂是AA。HV结果如图2所示。•其原因在于，粉煤灰的添加稀释了波特兰水泥浆体的浓度，增加W/C比，加速形成氢氧化钙，通过添加粉煤灰来减低水泥的相对含量。因此，水泥水化所产生的氢氧化钙是减少的。然而在后来养护龄期为56天或90天时，掺入粉煤灰的多少差别就一点也不明显了，这与粉煤灰的水化有关。•扫描电镜结果如图3所示，表明在养护28天时有很多的粉煤灰颗粒，其部分包裹有水化产物，并且与另外一个相连接。在养护90天后，粉煤灰已经水化，针状的水化产物互相连接并形成网状结构（如图3（b））。•这可能对提高HV是有利的。因此，对提高HV的强度来说，在养护前期由粉煤灰替换所导致水泥相对含量的降低比在养护后期增加水泥水化产物的含量更加重要。•3.2单添加粒化高炉矿渣•质量分数为20%、30%、40%、50%和60%水泥分别被粒化高炉矿渣所替换。高效减水剂是AA。HV结果如图4所示。•扫描电镜的图片如图5所示，表明粒化高炉矿渣的表面是光滑的。那是玻璃体的边缘，并且一些较大的颗粒表面的微小矿渣颗粒被吸收。•X射线衍射光谱如图6所示，表明该粒化高炉矿渣结构显示出非晶体和玻璃体阶段。这表明该晶体结构在淬火过程中不会被改变。•3.3粉煤灰和粒化高炉矿渣混合物•粉煤灰和粒化高炉矿渣的质量以1：1掺入，在与2.1节相同的条件下，在混凝土中加入高效减水剂AA，HV数据如图7所示。•结果表明，掺入混合物对增加后期微观硬度是非常有用的，而对增加前期微观硬度是没用的。这可以归因于以下原因，由于火山灰的反应，矿物掺合料吸收了一些氢氧化钙。此外，由于加入了矿物掺合料，水泥含量也减少了。在后期养护中，由高活性硅粉所导致的快速凝结硬化超过了相对水泥含量的减少，其提高了胶凝材料的组成。随着掺入量的增加，28天的微观硬度明显低于56或90天的微观硬度，这也可以证明上述的结论。•3.4加入不同种类高效减水剂•掺入粉煤灰和粒化高炉矿渣以1：1组成的混合物，再分别加入三种不同种类的高效减水剂：AA,PA和AH。其结果如图8所示。