養(yǎng)護齡期對等粒徑多孔水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

賈 瑜

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學院 市政工程系， 山西 太原 030006)

?

養(yǎng)護齡期對等粒徑多孔水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

賈 瑜

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學院 市政工程系， 山西 太原 030006)

以不同養(yǎng)護齡期的等粒徑多孔水泥混凝土為研究對象，與傳統(tǒng)混凝土做對比，采用氣孔分析法測試了不同養(yǎng)護齡期混凝土的孔結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：等粒徑與傳統(tǒng)多氣孔混凝土的相對孔含量均隨著養(yǎng)護齡期延長在初期有小幅增長，而后逐漸降低最后趨于平穩(wěn)，且在孔徑相同時，齡期較短的混凝土相對孔含量要低。與相同條件下的傳統(tǒng)徑多氣孔混凝土相對孔含量比較，養(yǎng)護3 d的等粒徑多氣孔混凝土最大孔含量要比養(yǎng)護75 d的低53.6%，比傳統(tǒng)的混凝土孔含量要高出32.3%。與傳統(tǒng)的多氣孔混凝土相比，隨著養(yǎng)護齡期延長，等粒徑多氣孔混凝土的比表面積、平均半徑、氣孔間距系數(shù)、氣孔總弦長要比傳統(tǒng)混凝土的要小，在齡期為75 d時，分別要小43.14%、28.76%、28.30%、37.33%；齡期為75 d的等粒徑多氣孔混凝土在比表面積、平均半徑、氣孔間距系數(shù)、氣孔總弦長要比齡期為3 d的要大得多，分別要大65.36%、33.71%、60.75%、61.70%，表明等粒徑混凝土比傳統(tǒng)混凝土組織結(jié)構(gòu)更加密實。

齡期； 等粒徑； 多孔； 混凝土； 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1 概述

多孔水泥混凝土是一種具有良好發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的路面材料，近年來，在公路建設(shè)中呈現(xiàn)出越來越明顯的優(yōu)勢。多孔水泥混凝土不同于普通混凝土，需要具備一定的空隙率?？障堵实拇笮　⒐橇系挠昧亢桶橇蠞{體的用量決定了多孔水泥混凝土獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。空隙、骨料、漿體三者的質(zhì)量關(guān)系和空間分布關(guān)系對多孔水泥混凝土物理、力學性能具有重要影響。研發(fā)空隙率大、抗壓強度高且抵抗拉應(yīng)變能力強的多孔混凝土對解決重載條件下，路面基層開裂具有重要意義[1-4]。

等粒徑多孔水泥混凝土的表觀性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨養(yǎng)護齡期不斷發(fā)展變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化會引起會在表觀性能上體現(xiàn)。 因此，研究養(yǎng)護齡期對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響具有十分重要的意義。為了研究不同齡期對等粒徑多孔水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，本文配制6份相同的等粒徑多孔水泥混凝土與6份相同的傳統(tǒng)多孔水泥混凝土做對比，進行不同齡期的養(yǎng)護實驗。

2 原材料與試驗方法

2.1 等粒徑多孔水泥混凝土原材料

等粒徑多孔水泥混凝土是直接由水泥、等粒徑集料、水和改性劑混合固結(jié)而成[5-7]。等粒徑集料是指在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料。骨料包括卵石、碎石、廢渣等，細骨料包括中細砂、粉煤灰等[8]。按照標準篩孔尺寸，一般將集料分成六個粒徑區(qū)間：10～15、15～20、20～25、25～30、30～35，35～40 mm，將某一區(qū)間粒徑的中值作為粒徑的代表值，集料粒徑范圍為代表值(±2.5)mm，這個范圍內(nèi)的集料稱為等粒徑集料[9]。

本文選用32.5級水泥作為膠結(jié)材料；等粒徑集料骨料為石英砂，粗石英砂的粒徑為12.5 mm，密度為14.04 g/cm3；堆積密度為8.11 g/cm3；碎石粒徑為12.3 mm，密度為13.91 g/cm3，堆積密度為7.89 g/cm3。礦渣粒徑12.2 mm，密度為13.95 g/cm3，堆積密度為8.09 g/cm3。填料選用南京某熱電廠Ⅲ級粉煤灰：45 μm 篩篩余小于32.8%、需水比為108%。減水劑：使用上?；ㄍ趸瘜W有限公司產(chǎn)的緩凝型高效減水劑SP-N，試驗用水為自來水。

2.2 傳統(tǒng)多孔水泥混凝土原材料

選用32.5級水泥作為膠結(jié)材料；骨料為石英砂。粗石英砂的粒徑為12.5 mm，密度為14.04 g/cm3；堆積密度為8.11 g/cm3；碎石粒徑為22.5 mm，密度為25.45 g/cm3，堆積密度為14.43 g/cm3。礦渣粒徑34.1 mm，密度為38.99 g/cm3，堆積密度為14.80 g/cm3。填料選用南京某熱電廠Ⅲ級粉煤灰：45 μm 篩篩余小于32.8%、需水比為108%。減水劑：使用上海花王化學有限公司產(chǎn)的緩凝型高效減水劑SP-N，試驗用水為自來水。

2.3 試驗方法

試樣尺寸：70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體；配合比見表1。同一養(yǎng)護條件下的試樣均在同一天成型，24 h后拆模，然后進入特定的養(yǎng)護條件，養(yǎng)護條件和方式見表2。

表1 等粒徑多孔水泥混凝土配合比Table1 Theconcretemixratioofporouscementconcretewithsamesizedaggregate混凝土養(yǎng)護代號齡期/d水水泥粉煤灰礦渣石英砂碎石外加劑等粒徑132153304455606751501138310585310205.8傳統(tǒng)738159301045116012751501138310585310205.8 注:表中水、水泥、粉媒灰、礦渣、石英砂、碎石、外加劑的單位均為kg·m-3。

表2 混凝土的養(yǎng)護條件Table2 Thecuringconditionofconcrete混凝土養(yǎng)護代號養(yǎng)護條件等粒徑1234561d拆模,放置于溫度為25±2℃,濕度為80%的養(yǎng)護條件中養(yǎng)護3d 養(yǎng)護15d養(yǎng)護30d養(yǎng)護45d養(yǎng)護60d養(yǎng)護75d傳統(tǒng)7891011121d拆模,放置于溫度為25±2℃,濕度為80%的養(yǎng)護條件中養(yǎng)護3d 養(yǎng)護15d養(yǎng)護30d養(yǎng)護45d養(yǎng)護60d養(yǎng)護75d

2.4 孔結(jié)構(gòu)分析試驗

混凝土破型后取少量砂漿試塊，用丙酮終止水化并經(jīng)真空干燥后，采用壓汞孔結(jié)構(gòu)分析儀Quantachrome Poremaster對相關(guān)試樣進行孔結(jié)構(gòu)分析，參數(shù)如下：接觸角θ為140°，水銀表面張力為0.483 N/m，在某一壓力P下壓入汞的孔徑可以用下式計算得到：d=-4γcosθ/P。

3 結(jié)果與討論

3.1 齡期對等粒徑多孔混凝土孔分布的影響

由圖1可以看出：等粒徑多氣孔混凝土的相對孔含量隨著養(yǎng)護齡期延長在初期有小幅增長，隨后逐漸降低最后趨于平穩(wěn)，且在孔徑相同時，齡期較短的混凝土相對孔含量要低，其中養(yǎng)護3 d的等粒徑多氣孔混凝土最大孔含量要比養(yǎng)護75 d的低53.6%。這是由于水泥不斷水化生成較多的水化物，細化了孔隙，提高了結(jié)構(gòu)的致密性所致，等粒徑多孔水泥混凝土顆粒和顆粒之間并不是點接觸，占絕大多數(shù)的是面接觸，等粒徑多孔水泥混凝土破壞形式與傳統(tǒng)的多孔水泥混凝土破壞形式不同。在相同配合比條件下，含氣量越高，其內(nèi)部引入的均勻球形氣孔數(shù)量也就越多，這些氣孔的存在增大了混凝土的孔隙率，有效承載力截面減少和受力時孔隙附近應(yīng)力集中，引起了混凝土強度的降低，隨著氣孔數(shù)量的增多，混凝土強度損失越多。

圖1 不同齡期等粒徑多氣孔混凝土的孔分布Figure 1 The pore distribution of age on porous cement concrete with same sized aggregate

3.2 齡期傳統(tǒng)多氣孔混凝土的孔分布

由圖2可以看出：傳統(tǒng)多氣孔混凝土的相對孔含量隨著養(yǎng)護齡期延長在初期有小幅增長，隨后逐漸降低最后趨于平穩(wěn)，且在孔徑相同時，齡期較短的混凝土相對孔含量要低，其中養(yǎng)護3 d的傳統(tǒng)多氣孔混凝土最大孔含量要比養(yǎng)護75 d的低31.3%，與相同條件下的等粒徑多氣孔混凝土對孔含量比較，傳統(tǒng)的混凝土孔含量要高出32.3%，孔含量的增多，導致傳統(tǒng)混凝土強度要比等粒徑的低。

圖2 不同齡期傳統(tǒng)多氣孔混凝土的孔分布Figure 2 The pore distribution of age on porous cement concrete with tradition

3.3 齡期對混凝土氣孔比表面積的影響

由圖3可以看出：在齡期相同的條件下，等粒徑多氣孔混凝土的比表面積要比傳統(tǒng)混凝土的要小，在齡期為75d時，等粒徑的比表面積比傳統(tǒng)的混凝土要小43.14%，比表面積在一定程度上反映了視域內(nèi)氣孔的大小，說明等粒徑比傳統(tǒng)混凝土的內(nèi)氣孔要小，其致密程度要高，強度要好，由于等粒徑顆粒比表面積最小，會增大水泥漿黏結(jié)力而提高多孔水泥混凝土的強度。在齡期不同的條件下，隨著齡期的延長，不管是等粒徑多氣孔混凝土，還是傳統(tǒng)的混凝土，其比表面積都呈增大趨勢，這主要是由于養(yǎng)護過程中混凝土拌合水過早蒸發(fā)，使得氣孔周圍的凝膠材料未能水化造成的。齡期為75 d的兩種混凝土比表面積要比齡期為3 d的要大得多，分別要大65.36%(等粒徑)、74.14%(傳統(tǒng))。說明在齡期延長的情況下，水泥后期水化反應(yīng)慢，水化不均勻，水化產(chǎn)物填充孔隙少，造成比表面積大。

圖3 不同齡期對等粒徑多氣孔混凝土比表面積的影響Figure 3 The effect of different age on the specific surface area of porous concrete

3.4 齡期對混凝土氣孔間距系數(shù)的影響

由圖4可以看出：在齡期相同的條件下，等粒徑多氣孔混凝土的氣孔間距系數(shù)要比傳統(tǒng)混凝土的要小，在齡期為75 d時，等粒徑的比表面積比傳統(tǒng)的混凝土要小28.30%，這在一定程度上反映了視域內(nèi)氣孔間距的大小，說明等粒徑混凝土的氣孔間距比傳統(tǒng)混凝土的要小。氣孔間距指的是水泥混凝土中的任一點和相鄰任一氣孔球面之間的最大距離，在齡期不同的條件下，隨著齡期的延長，混凝土硬化后氣孔間距隨齡期的增加而增大，說明引氣劑引入了數(shù)目更多的氣泡，氣泡總表面積增大。齡期為75 d的2種混凝土氣孔間距要比齡期為3 d的要大得多，分別要大33.71%(等粒徑)、43.52%(傳統(tǒng))。說明在齡期延長的情況下，水泥后期水化產(chǎn)物填充孔隙少，造成氣孔間距大。

圖4 不同齡期對等粒徑多氣孔混凝土氣孔間距的影響Figure 4 The effect of different age on the pore space of the porous concrete

3.5 齡期對混凝土氣孔平均半徑的影響

由圖5可以看出：在齡期相同的條件下，等粒徑多氣孔混凝土的平均半徑要比傳統(tǒng)混凝土的要小，在齡期為75 d時，等粒徑的比表面積比傳統(tǒng)的混凝土要小28.76%，這在一定程度上反映了視域內(nèi)氣孔的大小，說明等粒徑混凝土的氣孔比傳統(tǒng)混凝土的要小，這反映了等粒徑混凝土的組織結(jié)構(gòu)更加密實，進而不斷使混凝土的水化程度和強度得到提升。在齡期不同的條件下，隨著齡期的延長，混凝土硬化后氣孔平均半徑隨齡期的增加而增加，說明引氣劑引入了數(shù)目更多的氣泡，氣泡平均半徑增大。齡期為75 d的2種混凝土氣孔平均半徑要比齡期為3 d的要大得多，分別要大60.75%(等粒徑)、68.32%(傳統(tǒng))。說明在齡期延長的情況下，水泥后期水化產(chǎn)物填充孔隙少，孔徑小且曲率突變大的孔隙，其比表面能也較大，水化物易成核；隨著水化反應(yīng)的進行，不斷生成的水化產(chǎn)物起到填充微孔隙和細化孔徑作用，最終結(jié)果是微觀結(jié)構(gòu)致密化，造成氣孔平均半徑距大。

圖5 不同齡期對等粒徑多氣孔混凝土氣孔平均半徑的影響Figure 5 The effect of different ages on the average diameter of porous concrete with equal diameter

3.6 齡期對混凝土氣孔總弦長的影響

由圖6可以看出：在齡期相同的條件下，等粒徑多氣孔混凝土的氣孔總弦長要比傳統(tǒng)混凝土的要小，在齡期為75 d時，等粒徑的比表面積比傳統(tǒng)的混凝土要小37.33%，說明等粒徑混凝土的比傳統(tǒng)混凝土密實。在齡期不同的條件下，隨著齡期的延長，混凝土硬化后氣孔總弦長隨齡期的增加而增加，說明引氣劑引入了數(shù)目更多的氣泡，氣泡平均半徑增大。齡期為75 d的2種混凝土氣孔總弦長要比齡期為3 d的要大得多，分別要大61.70%(等粒徑)、69.34%(傳統(tǒng))。說明在齡期延長的情況下，水泥后期長齡期使得一部分自由水釋放的比較慢，造成氣孔總弦長增大。

圖6 不同齡期對等粒徑多氣孔混凝土氣孔總弦長的影響Figure 6 The effect of different age equal size pore concrete total stomatal length

4 結(jié)論

① 等粒徑與傳統(tǒng)多氣孔混凝土的相對孔含量均隨著養(yǎng)護齡期延長在初期有小幅增長，而后逐漸降低最后趨于平穩(wěn)，且在孔徑相同時，齡期較短的混凝土相對孔含量要低。

② 與相同條件下的傳統(tǒng)徑多氣孔混凝土相對孔含量比較，養(yǎng)護3 d的等粒徑多氣孔混凝土最大孔含量要比養(yǎng)護75 d的低53.6%，比傳統(tǒng)的混凝土孔含量要高出32.3%，孔含量的增多，導致傳統(tǒng)混凝土強度要比等粒徑的低。

③ 養(yǎng)護齡期對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響較大，與傳統(tǒng)的多氣孔混凝土相比，等粒徑多氣孔混凝土的比表面積、平均半徑、氣孔間距系數(shù)、氣孔總弦長要比傳統(tǒng)混凝土的要小。

④ 齡期為75 d的等粒徑多氣孔混凝土在比表面積、平均半徑、氣孔間距系數(shù)、氣孔總弦長要比齡期為3 d的要大很多，說明等粒徑混凝土比傳統(tǒng)混凝土組織結(jié)構(gòu)更加密實。

[1] 王中合.成型方式和養(yǎng)護條件對多孔改性水泥混凝土性能的影響[J].交通標準化，2014，42(13)：92-95.

[2] 舒家琪.多孔水泥混凝土材料強度性能研究[J].交通科技，2016(1)：134-136.

[3] 王發(fā)洲，楊進，程華，等.基于內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的功能型混凝土研究初探[J].建筑材料學報，2015，18(4)：608-615.

[4] 戴銀所，王明洋，范鵬賢，等.基于多孔粉煤灰的水泥基相似材料自養(yǎng)護技術(shù)研究[J].混凝土與水泥制品，2016(3)：17-21.

[5] 張文華，張云升.高溫養(yǎng)護條件下現(xiàn)代混凝土水化、硬化及微結(jié)構(gòu)形成機理研究進展[J].硅酸鹽通報，2015，34(1)：149-156.

[6] 李曉軍，李來賓，霍玉嫻，等.等粒徑多孔水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)與破壞機理[J].公路交通科技，2014，31(11)：32-41.

[7] 楊紅.多孔水泥混凝土排水性能試驗研究[J].山東交通科技，2015(3)：72-74．

[8] 胡力群，張靖，楊鳳雷.具有降解No 功能的多孔水泥混凝土路面材料研究[J].廣西大學學報：自然科學版，2015，40(1)：99-106.

[9] 包琪，許純梅，史曉娜.多孔水泥混凝土路面在山區(qū)公路中應(yīng)用研究進展[J].森林工程，2014，30(5)：147-150.

Influence of Curing Age on the Internal Structure of Porous Cement Concrete with Same Sized Aggregate

JIA Yu

(Department of Municipal Engineering， Shanxi Architectural College； Taiyuan， Shanxi 030006， China)

the pore structure of concrete with different curing age was tested by the method of pore analysis.Compared with the traditional concrete，the results show that the particle diameter and holes relative content of traditional multi hole concrete were with prolonging the curing period there was a small rise in early，then gradually decreased finally tends to be stable and at the aperture phase at the same time，concrete curing age is short relative pore content to low.And under the same conditions of traditional diameter concrete porosity relative pore content，curing 3 d particle diameter pore concrete maximum hole content to than curing 75 d low 53.6%，than the traditional concrete pore content to 32.3% higher.Compared with the traditional multi pore concrete，along with the increase of curing period，such as particle diameter pore concrete specific surface area and average radius，stomatal spacing factor，total stomatal length to more than that of conventional concrete small，at age 75 d，respectively，to small 43.14%，28.76%，28.30%，37.33%；75 d and particle diameter pore concrete in the specific surface area and average radius，stomatal spacing factor，total stomatal length to age than for 3 d to much larger，respectively to 65.36%，33.71%，60.75%，61.70%，show such as particle diameter concrete than traditional concrete organization structure more encryption real.

curing age； particle size； porous； concrete； internal structure

2016 — 06 — 14

賈 瑜(1980 — )，男，山西晉中人，講師，研究方向：道路施工技術(shù)方面。

TU 528.07

A

1674 — 0610(2016)05 — 0268 — 05