養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)蒸養(yǎng)混凝土脆性的影響

李 廣，李北星，黃 安，鄧俊雙

(1.江西省交通工程集團(tuán)有限公司,南昌 330000；2.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070)

0 引 言

在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠化預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中，為了加快模具周轉(zhuǎn)速度，提高生產(chǎn)效率，通常會(huì)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)方法促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度快速發(fā)展。蒸汽的濕熱作用在加速水泥水化速率的同時(shí)，也會(huì)造成蒸養(yǎng)混凝土與普通混凝土微結(jié)構(gòu)的差異，如蒸養(yǎng)混凝土的水化產(chǎn)物分布不均勻、內(nèi)部孔隙粗化、裂隙增多、腫脹變形等熱損傷效應(yīng)[1-5]，這些差異可能給蒸養(yǎng)混凝土后期性能帶來(lái)不利影響。Ramezanianpour等[6]、蘇揚(yáng)等[7]、He等[8-9]、Shi等[10]、田耀剛[11]、賀炯煌等[12]、黃安等[13]研究了蒸養(yǎng)制度和礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響，發(fā)現(xiàn)蒸養(yǎng)顯著提高了混凝土的早期強(qiáng)度，但導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增進(jìn)率降低或長(zhǎng)期性能下降、表面開裂、脆化而缺棱掉角、表面吸水率增大、抗氯離子滲透性和抗凍性變差等問題。目前，對(duì)于蒸養(yǎng)混凝土的脆性研究很少。謝友均等[14]研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)溫度的升高增多了蒸養(yǎng)混凝土的內(nèi)部缺陷，導(dǎo)致蒸養(yǎng)混凝土在沖擊荷載作用下的峰值應(yīng)力顯著降低。婁本星等[15]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度大于 45 ℃時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增加，混凝土的力學(xué)性能和斷裂性能逐漸降低。脆性的實(shí)質(zhì)是混凝土在斷裂臨界點(diǎn)之前內(nèi)部積累的最大彈性能快速轉(zhuǎn)變?yōu)榱芽p斷裂表面能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程?；炷潦且环N準(zhǔn)脆性材料，脆性是阻礙混凝土在工程中廣泛應(yīng)用的主要因素之一，隨著混凝土強(qiáng)度的增大，脆性破壞的趨勢(shì)增大[16]。影響混凝土脆性的因素很多，微觀上主要有水化產(chǎn)物組成與形貌、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)和孔隙率、界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)和性能、內(nèi)部微裂縫等，宏觀上包括原材料、配合比和制備工藝等[17]。本文通過(guò)混凝土的脆性系數(shù)(壓折強(qiáng)度比)和沖擊韌性指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的脆性，以強(qiáng)度等級(jí)C55混凝土為試驗(yàn)對(duì)象，研究了養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)其脆性的影響，從水泥水化產(chǎn)物微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)角度分析了蒸養(yǎng)過(guò)程的熱效應(yīng)所致混凝土脆化現(xiàn)象的作用機(jī)制，所得結(jié)果可為改善蒸養(yǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件的脆性提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料與配合比

水泥(C)：52.5普通硅酸鹽水泥，3、28 d抗壓強(qiáng)度分別為34.1、57.8 MPa，比表面積為342 m2/kg；粉煤灰(F)：F類Ⅰ級(jí)，細(xì)度(45 μm方孔篩篩余)為8.1%，需水量比為94%，28 d活性指數(shù)為76%；?；郀t礦渣粉(K)：S95級(jí)，比表面積為418 m2/kg，流動(dòng)度比為98%，7、28 d膠砂活性指數(shù)分別為77%、99%；粗骨料(G)：石灰?guī)r碎石，5～20 mm粒級(jí)，由(5，10]、(10,20] mm粒級(jí)按質(zhì)量比2 ∶8級(jí)配而成，壓碎指標(biāo)為14.4%，含泥量為1.0%；細(xì)骨料(S)：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量為0.8%；拌合水(W)：自來(lái)水；外加劑(PCA)：聚羧酸高性能減水劑，固含量為21%。

表1為試驗(yàn)用的兩個(gè)C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比，CF12K18混凝土摻有12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)粉煤灰和18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)礦渣粉，C0混凝土中不摻任何摻合料。出于試驗(yàn)的簡(jiǎn)便性考慮，在研究養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土脆性的影響時(shí)，采用了與混凝土具有相同膠凝材料組成和水膠比的砂漿進(jìn)行試驗(yàn)，砂漿配合比見表2。

表1 混凝土配合比Table 1 Mix proportion of concrete

表2 砂漿配合比Table 2 Mix proportion of mortar

1.2 試件制作及養(yǎng)護(hù)方案

1)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)：砂漿試件成型后，先置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中，待24 h后拆模并放入溫度(20±1) ℃的水中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期；混凝土試件成型后，表面覆蓋塑料薄膜置于(20±2) ℃、相對(duì)濕度≥95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，待24 h后拆模并繼續(xù)置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)試驗(yàn)的齡期。

2)蒸汽養(yǎng)護(hù)：試件成型后，表面覆蓋塑料薄膜先在常溫(20±2) ℃預(yù)養(yǎng)4 h，之后帶模置于蒸汽養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行蒸養(yǎng)，升溫速率維持在10～15 ℃/h，恒溫時(shí)間為6 h，恒溫溫度分別為45、55、65和75 ℃，試件蒸養(yǎng)結(jié)束后采用自然降溫，降溫速率為15～20 ℃/h，降至室溫后立即拆模，并繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的性能試驗(yàn)齡期。

1.3 測(cè)試方法

本試驗(yàn)采用脆性系數(shù)和沖擊韌性作為混凝土脆性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，脆性系數(shù)定義為混凝土抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的比值。混凝土的脆性系數(shù)越小，則其脆性越低。

砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度測(cè)試參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB/T 17671—2021)進(jìn)行，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，強(qiáng)度試驗(yàn)齡期分別為1、7、28 d。

混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)進(jìn)行，強(qiáng)度試驗(yàn)齡期分別為1、7、28、56 d?？箟簭?qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，抗壓強(qiáng)度換算系數(shù)0.95；抗折強(qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，抗折強(qiáng)度換算系數(shù)為0.85。

混凝土沖擊韌性試驗(yàn)采用ACI 544委員會(huì)推薦的落錘沖擊試驗(yàn)方法[18]，即將4.5 kg的鋼球提升到457 mm高處后自由落下?lián)舸蛟谠嚰醒?，以混凝土的沖擊韌性(即抗沖擊功)作為試件的抗沖擊荷載能力。沖擊試驗(yàn)用試件尺寸為φ152 mm×63.5 mm圓柱體，6個(gè)試件為一組，以平均值作為測(cè)試結(jié)果。混凝土的沖擊韌性按式(1)計(jì)算：

W=Nmgh

(1)

式中：W為沖擊韌性，N·m；N為沖擊次數(shù)；m為沖擊錘的質(zhì)量，kg；g為重力加速度，取9.8 m/s2；h為沖擊錘下落高度，m。

數(shù)學(xué)起源于日常生活和生產(chǎn)實(shí)際，而生活實(shí)例又生動(dòng)又具體，因此用貼近學(xué)生生活實(shí)際或?yàn)閷W(xué)生所喜聞樂見的學(xué)習(xí)材料，把學(xué)生熟悉、感興趣的實(shí)例作為認(rèn)識(shí)的背景材料，導(dǎo)入課題，不僅使學(xué)生感到親切、自然，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能盡快喚起學(xué)生的認(rèn)知行為，促成學(xué)生主動(dòng)思考，為課堂的后繼學(xué)習(xí)作好準(zhǔn)備。如北師大版數(shù)學(xué)七年級(jí)(下)“兩直線的位置關(guān)系”第二課時(shí)中，我在上課開始時(shí)，投影屏幕上滾動(dòng)播放一組圖片，其中含有垂線形象，簡(jiǎn)潔明快，配以舒緩的背景音樂。簡(jiǎn)潔明快的圖片有利于抽象出垂線形象，喚起學(xué)生已有知識(shí)水平中對(duì)垂線的認(rèn)識(shí)，舒緩的音樂能夠平息課間躁動(dòng)，在視聽結(jié)合的環(huán)境中，以愉悅的心情盡快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

混凝土試樣水化產(chǎn)物微觀形貌采用 Quanta 450FEG場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，孔結(jié)構(gòu)采用AutoPore Iv 9510高性能全自動(dòng)壓汞儀測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)砂漿脆性系數(shù)的影響

表3是摻與不摻礦物摻合料的兩組砂漿在不同養(yǎng)護(hù)溫度(20、45、55、65和75 ℃)條件下的抗壓和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，圖1是砂漿脆性系數(shù)隨養(yǎng)護(hù)溫度變化的曲線。

表3 不同養(yǎng)護(hù)溫度下砂漿的強(qiáng)度Table 3 Strength of mortars at different curing temperature

由表3和圖1可知：

1)隨著蒸養(yǎng)溫度的升高，兩個(gè)配比的砂漿脆性系數(shù)均呈增大趨勢(shì)。與20 ℃養(yǎng)護(hù)相比，養(yǎng)護(hù)溫度為45、55、65、75 ℃下的M0砂漿28 d脆性系數(shù)分別增加了17.9%、22.0%、22.9%、28.9%，MF12K18砂漿28 d脆性系數(shù)分別增加了0.9%、6.2%、14.5%、19.4%。以上結(jié)果說(shuō)明隨著蒸養(yǎng)溫度的升高，砂漿的脆性逐漸增加。這主要是由于隨養(yǎng)護(hù)溫度的增加，砂漿的早期強(qiáng)度尤其是1 d強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，但后期強(qiáng)度逐漸下降，且28 d抗折強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度升高而降低的趨勢(shì)要顯著大于28 d抗壓強(qiáng)度的降低趨勢(shì)。

2)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，相同溫度下砂漿的脆性系數(shù)總體呈增大趨勢(shì)(20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)M0砂漿除外)，尤其是養(yǎng)護(hù)溫度為75 ℃的砂漿脆性系數(shù)增加明顯。就MF12K18砂漿來(lái)說(shuō)，與1 d齡期相比，20 ℃養(yǎng)護(hù)下28 d的脆性系數(shù)增加了6.0%，而75 ℃養(yǎng)護(hù)下的28 d脆性系數(shù)增大了11.5%。砂漿28 d強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的變化規(guī)律與養(yǎng)護(hù)溫度密切相關(guān)(見表3)，20、45 ℃養(yǎng)護(hù)的砂漿28 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度與7 d相比均在上升，但抗折強(qiáng)度上升的幅度較小，55 ℃養(yǎng)護(hù)的砂漿28 d抗壓強(qiáng)度與7 d相比略微增加、而抗折強(qiáng)度略有降低，養(yǎng)護(hù)溫度65、75 ℃的砂漿28 d強(qiáng)度較7 d發(fā)生倒縮且抗折強(qiáng)度的倒縮程度高于抗壓強(qiáng)度，上述三種情況均會(huì)引起砂漿的脆性隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)而增大。這與文獻(xiàn)[19]的研究結(jié)論一致。

3)相同養(yǎng)護(hù)溫度、相同養(yǎng)護(hù)齡期條件下，MF12K18砂漿的脆性系數(shù)低于M0砂漿(20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1 d齡期的除外)。例如，在55 ℃溫度蒸養(yǎng)條件下，MF12K18砂漿的1、7、28 d脆性系數(shù)分別為6.66、6.84、6.89，較M0砂漿分別降低了7.4%、6.9%、6.8%，說(shuō)明摻入12%粉煤灰與18%礦渣粉復(fù)合摻合料降低了蒸養(yǎng)條件下砂漿的脆性。與M0系列砂漿相比，同一蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度下?lián)接袕?fù)合摻合料的MF12K18系列砂漿不僅早期強(qiáng)度未降低，而且后期強(qiáng)度得到很大提高，尤其是抗折強(qiáng)度提高明顯，由此改善了蒸養(yǎng)條件下砂漿的脆性。

圖1 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)砂漿脆性系數(shù)的影響Fig.1 Influences of curing temperatures on brittleness coefficient of mortar

總體而言，當(dāng)蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度為55 ℃時(shí)，MF12K18砂漿不僅獲得了較高的早、后期抗壓和抗折強(qiáng)度，且脆性系數(shù)較低。

2.2 養(yǎng)護(hù)溫度與礦物摻合料對(duì)混凝土脆性的影響

為進(jìn)一步驗(yàn)證養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)混凝土脆性的影響規(guī)律，測(cè)定了摻與不摻復(fù)合礦物摻合料的兩組混凝土分別在55 ℃蒸養(yǎng)和20 ℃標(biāo)養(yǎng)條件下的抗壓、抗折強(qiáng)度，結(jié)果見表4，圖2為混凝土的脆性系數(shù)結(jié)果對(duì)比。

表4 混凝土在蒸養(yǎng)與標(biāo)養(yǎng)條件下的強(qiáng)度Table 4 Strength of concrete under steam curing and standard curing

圖2 混凝土在蒸養(yǎng)與標(biāo)養(yǎng)條件下的脆性系數(shù)Fig.2 Brittleness coefficient of concretes under steam curing and standard curing

由圖2可以看出，混凝土的脆性隨養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻料的變化規(guī)律與砂漿一致。配合比相同的混凝土，蒸養(yǎng)下的脆性系數(shù)高于標(biāo)養(yǎng)，說(shuō)明蒸養(yǎng)對(duì)混凝土的抗彎拉性能產(chǎn)生了不利影響，增大了混凝土的脆性。通常認(rèn)為混凝土抗拉性能對(duì)微裂縫比較敏感，蒸養(yǎng)熱效應(yīng)導(dǎo)致了混凝土中微裂縫有所增多，從而使得蒸養(yǎng)混凝土的抗拉性能下降。隨著養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)，混凝土脆性系數(shù)呈逐步增大趨勢(shì)，這是由于混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)并不是同步增長(zhǎng)，而是抗壓強(qiáng)度增幅大，抗折強(qiáng)度增幅小甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)(見表4)。另外，蒸養(yǎng)條件下CF12K18的脆性系數(shù)小于C0，再一次說(shuō)明粉煤灰和礦渣粉復(fù)合摻合料可以改善蒸養(yǎng)混凝土的脆性，這與文獻(xiàn)[20]所得的磨細(xì)礦渣與硅粉、粉煤灰復(fù)摻時(shí)，高強(qiáng)混凝土的脆性系數(shù)會(huì)有所降低的結(jié)論一致。

2.3 養(yǎng)護(hù)溫度與礦物摻合料對(duì)混凝土沖擊韌性的影響

沖擊韌性是指材料在沖擊荷載作用下能吸收較大能量而不被破壞的性質(zhì)，常用于表征材料抵抗變形和斷裂的能力。本研究通過(guò)混凝土的沖擊韌性試驗(yàn)來(lái)分析蒸養(yǎng)熱效應(yīng)導(dǎo)致的混凝土脆化現(xiàn)象。

表5列出了摻與不摻復(fù)合礦物摻合料的兩組混凝土分別在55 ℃蒸養(yǎng)和20 ℃標(biāo)養(yǎng)條件下的初裂沖擊次數(shù)N1、終裂(破壞)沖擊次數(shù)N2及相應(yīng)的沖擊韌性計(jì)算結(jié)果。可以看出，養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)混凝土的沖擊韌性的影響較為明顯。與標(biāo)養(yǎng)相比，C0、CF12K18混凝土在蒸養(yǎng)條件下的終裂沖擊韌性值W2分別降低了32.7%、30.1%，這說(shuō)明蒸養(yǎng)降低了混凝土的抗沖擊性能。與C0相比，CF12K18在標(biāo)養(yǎng)、蒸養(yǎng)條件下的終裂沖擊韌性值分別提高了21.7%、26.4%，說(shuō)明適量粉煤灰與礦渣粉復(fù)合摻合料能有效提高混凝土的抗沖擊性能，從而改善蒸養(yǎng)條件下混凝土的脆性。

表5 混凝土沖擊韌性Table 5 Impact toughness of concrete

2.4 養(yǎng)護(hù)溫度和礦物摻合料對(duì)混凝土脆性影響的微觀機(jī)理分析

2.4.1 孔結(jié)構(gòu)MIP分析

表6是C0和CF12K18混凝土試樣分別在20 ℃標(biāo)養(yǎng)和55 ℃蒸養(yǎng)條件下的1、28 d孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，圖3是相應(yīng)的孔徑分布曲線。

由表6可知,1 d齡期時(shí)，C0蒸養(yǎng)試樣的孔隙率、平均孔徑和最可幾孔徑均小于其標(biāo)養(yǎng)試樣。由圖3可知，相對(duì)于標(biāo)養(yǎng)試樣，1 d齡期C0蒸養(yǎng)試樣的累計(jì)進(jìn)汞量降低，即孔隙率下降。另外，表6也列出了按吳中偉院士[21]關(guān)于水泥基材料孔隙分類方法計(jì)算的孔徑分布結(jié)果，1 d齡期C0蒸養(yǎng)試樣中小于20 nm的無(wú)害孔比例高于標(biāo)養(yǎng)試樣，大于200 nm的多害孔比例小于標(biāo)養(yǎng)試樣。以上結(jié)果均表明，蒸養(yǎng)降低了C0試樣1 d的孔隙率，細(xì)化了混凝土孔結(jié)構(gòu)。CF12K18蒸養(yǎng)試樣的1 d孔結(jié)構(gòu)相對(duì)其標(biāo)養(yǎng)試樣也具有上述相同的規(guī)律。對(duì)比圖3(a)和(b)及表6中的C0與CF12K18兩個(gè)試樣的孔結(jié)構(gòu)結(jié)果可知， CF12K18試樣在標(biāo)養(yǎng)、蒸養(yǎng)下1 d齡期的孔隙率和孔徑均低于相同養(yǎng)護(hù)條件的C0試樣，孔徑分布也有所改善。以上結(jié)果說(shuō)明蒸養(yǎng)和復(fù)合礦物摻合料對(duì)混凝土的早期孔結(jié)構(gòu)具有改善作用。

養(yǎng)護(hù)至28 d后，C0和CF12K18兩個(gè)試樣在標(biāo)養(yǎng)和蒸養(yǎng)條件下的孔隙率、孔徑較1 d的均有所降低，孔隙分布中小于20 nm的無(wú)害孔比例增加，大于200 nm的多害孔下降，相比而言，蒸養(yǎng)試樣的孔結(jié)構(gòu)隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而改善的程度小于標(biāo)養(yǎng)試樣。對(duì)比標(biāo)養(yǎng)與蒸養(yǎng)試樣的28 d齡期孔結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，C0和CF12K18兩個(gè)蒸養(yǎng)試樣的28 d孔隙率均高于標(biāo)養(yǎng)試樣，且兩個(gè)蒸養(yǎng)試樣孔徑分布中大于200 nm的多害孔比例有所上升，說(shuō)明蒸養(yǎng)劣化了混凝土28 d孔結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)闃?biāo)養(yǎng)試樣經(jīng)過(guò)28 d養(yǎng)護(hù)后，隨著水化的不斷進(jìn)行，結(jié)構(gòu)變得愈為致密，而蒸養(yǎng)試樣雖然前期生成了更多水化產(chǎn)物，但這會(huì)阻礙后期的水化，使孔隙率比標(biāo)養(yǎng)試樣要高。另外，與C0蒸養(yǎng)試樣相比，28 d齡期 CF12K18蒸養(yǎng)試樣的孔隙率、平均孔徑和最可幾孔徑有不同程度下降，孔隙中小于20 nm的無(wú)害孔比例明顯增多，大于200 nm的多害孔比例有所降低，說(shuō)明粉煤灰和礦粉復(fù)合摻合料在一定程度上改善了蒸養(yǎng)對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)造成的不利影響。

表6 標(biāo)養(yǎng)與蒸養(yǎng)條件下混凝土孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)比Table 6 Comparison of pore structure characteristic parameters of concrete under standard curing and steam curing

圖3 標(biāo)養(yǎng)與蒸養(yǎng)條件下混凝土的累計(jì)孔徑分布曲線Fig.3 Pore size distribution curves of concrete under standard curing and steam curing

2.4.2 水化產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)的SEM分析

圖4是純水泥混凝土試樣C0在20 ℃標(biāo)養(yǎng)與55 ℃蒸養(yǎng)兩種養(yǎng)護(hù)條件下水化產(chǎn)物微觀形貌的SEM照片。1 d齡期時(shí)，C0標(biāo)養(yǎng)試樣(圖4(a))中可見大量六方片狀Ca(OH)2晶體，而蒸養(yǎng)試樣(圖4(b))因?yàn)檎麴B(yǎng)加速了水泥的水化，水化產(chǎn)物明顯增多，含有較多絮凝狀C-S-H凝膠和大量疊片狀Ca(OH)2晶體，不過(guò)由于水化產(chǎn)物結(jié)晶粗大，新生水化產(chǎn)物比表面積降低，粒子間可能形成的接觸點(diǎn)隨之減少。由于粒子間的結(jié)合力主要取決于范德華力及靜電引力，接觸點(diǎn)減少意味著粘結(jié)力降低。因此，蒸養(yǎng)時(shí)形成的這種粗晶結(jié)構(gòu)將對(duì)混凝土的脆性產(chǎn)生較顯著的影響。另外，Gir?o等[22]和Elkhadiri等[23]認(rèn)為，較高養(yǎng)護(hù)溫度水化生成的C-S-H凝膠的鈣硅比明顯高于常溫養(yǎng)護(hù)，且C-S-H凝膠的聚合度增加,硅氧四面體鏈數(shù)量增多，由此可產(chǎn)生高的早期強(qiáng)度，但會(huì)形成粗化的孔結(jié)構(gòu)及更多孔隙，使結(jié)構(gòu)的黏結(jié)強(qiáng)度降低。

28 d齡期時(shí)，C0標(biāo)養(yǎng)試樣(圖4(c))的界面過(guò)渡區(qū)結(jié)合緊密，界面不存在裂隙，而其蒸養(yǎng)試樣(圖4(d))的界面過(guò)渡區(qū)存在明顯的開裂，混凝土基體中也存在微細(xì)裂縫，開裂不僅破壞了混凝土界面過(guò)渡區(qū)的完整性，而且降低了其密實(shí)度。蒸養(yǎng)易于形成熱裂縫主要源于在混凝土蒸養(yǎng)過(guò)程中的降溫階段，由于內(nèi)表溫差及混凝土中骨料與水泥石熱脹系數(shù)的差異，過(guò)渡區(qū)中骨料和水泥石之間變形的不一致，使界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中或拉應(yīng)力過(guò)大而開裂。因此，混凝土在蒸養(yǎng)后的脆性增大，與其過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)在蒸養(yǎng)過(guò)程中受到熱損傷密切相關(guān)。

圖4 C0混凝土試樣的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of C0 concrete

圖5是復(fù)摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土試樣CF12K18分別在20 ℃標(biāo)養(yǎng)與55 ℃蒸養(yǎng)下的水化產(chǎn)物微觀形貌的SEM照片。1 d齡期時(shí)，標(biāo)養(yǎng)試樣中圓球形粉煤灰顆粒表面較為光滑、致密(圖5(a))，表面基本未見水化痕跡，而蒸養(yǎng)試樣的中的粉煤灰表面被嚴(yán)重刻蝕(圖5(b))，說(shuō)明蒸養(yǎng)激發(fā)了粉煤灰的火山灰活性，1 d齡期粉煤灰就參與了二次水化反應(yīng)。28 d齡期時(shí)，CF12K18標(biāo)養(yǎng)試樣界面過(guò)渡區(qū)中漿體與骨料結(jié)合較為緊密(圖5(c))，而蒸養(yǎng)試樣由于蒸養(yǎng)過(guò)程中漿體與骨料熱脹變形不一致，其界面仍存在一定的間隙(圖5(d))，不過(guò)相對(duì)圖4(d)的C0蒸養(yǎng)試樣來(lái)說(shuō)，CF12K18蒸養(yǎng)試樣界面未出現(xiàn)開裂，說(shuō)明粉煤灰和礦渣粉的摻入改善了混凝土蒸養(yǎng)試樣的界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榉勖夯液偷V粉摻合料與富集在界面上的Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，一方面形成了膠結(jié)性能更佳的C-S-H凝膠，另一方面消耗大量結(jié)晶粗大和取向排列的水化產(chǎn)物Ca(OH)2晶體，從而使界面Ca(OH)2晶體和孔隙大量減少。同時(shí)，礦渣粉和粉煤灰微細(xì)摻合料的摻入可減少混凝土的內(nèi)泌水，消除或抑制骨料下部的水膜形成，使界面過(guò)渡區(qū)厚度減小，由此消除或減少界面過(guò)渡區(qū)的原生微裂縫，提高骨料和漿體之間的黏結(jié)強(qiáng)度，使混凝土抗拉強(qiáng)度提高，故摻合料的摻入可改善混凝土的脆性[1,20,24]。

圖5 CF12K18混凝土試樣的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images of CF12K18 concrete

3 結(jié) 論

1)蒸養(yǎng)增大了混凝土的脆性系數(shù)，且混凝土的脆性系數(shù)隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高而增大，隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而呈增加趨勢(shì)。摻加粉煤灰和礦渣粉復(fù)合摻合料對(duì)混凝土的脆性系數(shù)有降低作用。當(dāng)蒸養(yǎng)溫度為55 ℃時(shí)，摻加粉煤灰和礦渣粉復(fù)合摻合料的混凝土獲得了較高的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，且脆性系數(shù)較低。

2)蒸養(yǎng)降低了混凝土的沖擊韌性，摻加粉煤灰和礦渣粉復(fù)合摻合料可有效提高蒸養(yǎng)混凝土的抗沖擊性能。

3)較高養(yǎng)護(hù)溫度易使混凝土界面過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生微裂縫，且生成的水化產(chǎn)物結(jié)晶粗大、形成的漿體結(jié)構(gòu)孔隙率高和孔徑粗化等內(nèi)部缺陷，是導(dǎo)致蒸養(yǎng)混凝土脆性增大的主要原因。

4)粉煤灰和礦渣粉摻合料的二次水化作用及微集料填充效應(yīng)，可使蒸養(yǎng)混凝土中Ca(OH)2晶體大量減少、C-S-H凝膠相對(duì)增多，孔隙率降低、孔徑細(xì)化，消除或減少界面過(guò)渡區(qū)的微裂縫，從而改善蒸養(yǎng)混凝土的密實(shí)度和界面過(guò)渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)，使混凝土的脆性得以改善。