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内部湿度对陶粒混凝土界面区结构与收缩影响的研究

作　者: 董淑慧
导　师: 张宝生；葛勇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 陶粒混凝土内部相对湿度界面区结构收缩自养护减缩效率
分类号: TU528.2
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

混凝土性能主要取决于其组成、结构以及在环境影响下结构的变化。在组成一定时,混凝土的结构及其变化,主要受外部环境因素和内部水泥水化程度的影响,而这些均与混凝土内部相对湿度的变化密切相关。混凝土内部相对湿度变化,主要受水分扩散和水泥水化的自干燥作用影响,与内部水源和外部养护条件息息相关。陶粒具有吸返水特性,对混凝土内部相对湿度变化和界面区结构具有重要影响,因此,把具有低、中、高吸水率和不同吸返水速率的三种典型陶粒所配制的混凝土作为主要研究对象,对不同养护制度下混凝土内部相对湿度随龄期发展变化规律,以及湿度梯度对水泥石水化进程的影响,进而对混凝土微观结构和收缩变形等宏观性能的影响规律及其机理,进行了较深入系统的研究,建立混凝土收缩值与相对湿度之间的关系,为揭示混凝土收缩、开裂的实质提供理论基础和试验依据。对混凝土内部相对湿度测试方法的研究结果表明,与当前主要采用的预埋测试法长期固定测量相比,采用温湿度探头进行适时测量得到的试验结果更为精确可信。对一维干燥条件下,不同原材料组成的混凝土内部相对湿度梯度分布进行了研究,结果表明:暴露于干燥环境之前的湿养护龄期越长,混凝土内部相对湿度下降速度越缓慢,在28d龄期时,完全湿养护的普通混凝土试件较湿养护14d、7d转入一维干燥条件下的试件,由干燥面表层向中心区的相对湿度高出0.6%~5.4%,内部相对湿度保持在85%以上的位置也由外到内发生改变,陶粒混凝土也有类似的规律。在同一龄期,采用预湿陶粒、陶砂配制的混凝土内部各部位的相对湿度值高于采用普通骨料配制的混凝土,且陶粒的含水率越大、陶砂取代率越高,则混凝土内部相对湿度越高,且降低越缓慢。采用中、高含水率陶粒配制的混凝土,相对湿度≥80%的龄期比普通骨料混凝土延长1倍以上;高含水率的QF陶粒混凝土,在360d龄期时,中心部位的相对湿度仍高于80%,表层相对湿度大于80%的龄期可达到60d~90d,而普通混凝土和YC陶粒混凝土仅有24d~48d;56d以前,矿物掺合料的掺量越高,混凝土内部各部位相对湿度降低速度越缓慢,高于未掺加掺合料的混凝土,而56d以后则相反,在360d龄期时,掺加15%粉煤灰和掺加20%矿粉混凝土内部相对湿度最高;在28d以前,0.45水灰比的混凝土内部各部位相对湿度均高于0.3水灰比混凝土,而28d以后,0.45水灰比的混凝土内部相对湿度随龄期降低幅度较快,逐渐接近、甚至低于0.3水灰比混凝土。对不同吸水率、不同预饱水程度的陶粒混凝土界面区水泥石微观结构的研究结果表明:陶粒对低水灰比混凝土界面区水泥石结构的影响程度远高于高水灰比混凝土;骨料含水率对界面区水泥石微观结构具有显著影响,普通骨料与低吸水率的YC陶粒混凝土中,界面区水泥石孔隙率和大孔含量均高于水泥石基体,而中、高吸水率陶粒混凝土则相反,界面区水泥石钙硅比高于基体,孔结构整体上呈细化趋势,且陶粒预湿含水率越大、吸返水能力越强、表面越粗糙,界面区水泥石结构越致密,QF陶粒混凝土界面区水泥石平均孔径尺寸较普通骨料混凝土降低20.6%,50nm以下的孔含量高达近80%。距界面0~10μm范围内,经1h预湿的陶粒BY和QF界面区水泥石显微硬度较基体水泥石分别高出43%和56%,较普通骨料界面水泥石分别提高79.6%和96.3%,随饱水程度的提高,显微硬度值降低,绝干陶粒BY界面区水泥石显微硬度值最高,距界面20μm以上到基体范围内则与之相反,界面增强层厚度约为40μm~60μm。同时,从界面至陶粒内部10μm范围内产生了一个明显的内增强层。在一维干燥条件下,随着距干燥表面距离的增加,即随混凝土内部相对湿度增大,水泥石的水化程度提高,界面区和基体水泥石的显微硬度均逐渐增加,距干燥表面5cm以内,显微硬度增加幅度较明显,距干燥表面距离超过10cm时,显微硬度增长趋于稳定。陶粒的预饱水程度与释水能力对混凝土内部相对湿度和收缩变形性能影响显著。随陶粒预湿含水率的提高,在干燥和自干燥条件下,混凝土内部相对湿度随龄期降低速度均减慢,早期自收缩和长期干燥收缩均减小,限制收缩应力达到最大值的时间延长,自收缩、干燥收缩与相应的相对湿度降低值之间具有非常显著的相关性;低吸水率的YC陶粒混凝土,180d龄期时的总收缩较普通骨料混凝土高约3%~8%,而高吸水率、高饱水程度的陶粒混凝土,总收缩较普通骨料混凝土减小2%~15%;BY100陶粒混凝土的自收缩、干燥收缩和总收缩均低于普通混凝土,自养护减缩效率可达47.7%;陶砂对混凝土自养护的作用效率更高。自养护材料的减缩效果可用自养护材料颗粒水分的有效作用距离、自养护材料颗粒的表面间距来表征。当陶砂掺量为50%时,其邻近颗粒表面间距为417μm,颗粒所含水分的有效作用距离达到临界距离256μm,混凝土自收缩可减少98.2%。自养护材料引入的水分存在着利用率,在计算为消除混凝土自收缩所需的自养护材料质量时,应考虑自养护材料所含水分的利用率,本研究所用陶砂的水分的利用率为63.7%。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-17
第1章绪论  17-34
  1.1 课题背景  17-18
  1.2 研究目的与意义  18-19
  1.3 国内外的研究现状及分析  19-32
    1.3.1 轻骨料混凝土的国内外发展概况  20-24
    1.3.2 轻骨料在混凝土中吸水返水特性的研究状况  24
    1.3.3 轻骨料对混凝土微观结构影响的研究状况  24-26
    1.3.4 轻骨料对混凝土力学性能影响的研究状况  26-27
    1.3.5 轻骨料对混凝土耐久性能影响的研究状况  27-29
    1.3.6 轻骨料对混凝土变形性能影响的研究状况  29-30
    1.3.7 混凝土内部相对湿度研究现状  30-32
  1.4 课题来源及主要研究内容  32-34
第2章研究方案与试验研究条件  34-44
  2.1 试验研究方案  34
  2.2 原材料与混凝土配合比  34-41
    2.2.1 原材料  34-40
    2.2.2 混凝土配合比  40-41
  2.3 试验研究方法与仪器设备  41-44
    2.3.1 试验仪器  41-42
    2.3.2 试验方法  42-44
第3章混凝土内部相对湿度分布特征  44-66
  3.1 混凝土内部相对湿度测试方法  44-49
    3.1.1 测试方法的选择  46-47
    3.1.2 不同测试方法试验结果对比分析  47-49
  3.2 养护制度对混凝土内部湿度分布规律的影响  49-51
  3.3 骨料对混凝土内部湿度分布特征的影响  51-58
    3.3.1 粗骨料种类对混凝土内部湿度分布的影响  51-55
    3.3.2 粗骨料预饱水程度对混凝土内部湿度分布的影响  55-56
    3.3.3 轻细骨料对混凝土内部湿度分布的影响  56-58
  3.4 掺合料对轻骨料混凝土内部湿度分布规律的影响  58-62
    3.4.1 粉煤灰掺量对轻骨料混凝土内部湿度分布的影响  59-60
    3.4.2 矿粉掺量对轻骨料混凝土内部湿度分布的影响  60-62
  3.5 水灰比对混凝土内部相对湿度分布的影响  62-65
  3.6 本章小结  65-66
第4章轻骨料混凝土界面区结构研究  66-87
  4.1 界面区形貌  67-69
  4.2 界面区与基体水泥石的孔结构  69-74
    4.2.1 孔结构特征参数  70
    4.2.2 水灰比对界面区水泥石孔结构的影响  70-72
    4.2.3 陶粒饱水程度对界面区水泥石孔结构的影响  72
    4.2.4 陶粒吸水率对界面区水泥石孔结构的影响  72-73
    4.2.5 孔结构与混凝土性能的关系  73-74
  4.3 界面区水泥石的钙硅比  74-77
    4.3.1 陶粒饱水程度对界面区水泥石钙硅比的影响  75-77
    4.3.2 陶粒吸水率对界面区水泥石钙硅比的影响  77
  4.4 界面区水泥石的水化产物  77-79
  4.5 界面区水泥石的水化程度  79-80
  4.6 界面区水泥石的显微硬度  80-83
    4.6.1 陶粒饱水程度对界面区水泥石显微硬度的影响  80-82
    4.6.2 陶粒吸水率对界面区水泥石显微硬度的影响  82-83
  4.7 湿度梯度分布对水泥石水化硬化的影响  83-86
  4.8 本章小结  86-87
第5章轻骨料对混凝土收缩性能的影响  87-117
  5.1 测试方法  88-91
    5.1.1 自收缩  88-89
    5.1.2 干燥收缩  89-90
    5.1.3 限制收缩  90-91
  5.2 轻骨料对混凝土自收缩性能的影响  91-99
    5.2.1 早期水化温升与温度变形  93-94
    5.2.2 粗骨料对混凝土自收缩的影响  94-95
    5.2.3 轻细骨料对混凝土自收缩的影响  95-96
    5.2.4 水灰比对混凝土自收缩的影响  96
    5.2.5 混凝土早期内部相对湿度变化与自收缩的关系  96-99
  5.3 轻骨料对混凝土干燥收缩性能影响研究  99-107
    5.3.1 混凝土干燥收缩的主要影响因素  99-100
    5.3.2 陶粒对混凝土干燥收缩的影响  100-101
    5.3.3 水灰比对混凝土干燥收缩的影响  101-102
    5.3.4 干燥收缩与混凝土内部相对湿度变化的关系  102-105
    5.3.5 干燥收缩与水泥石孔结构的关系  105-107
  5.4 轻骨料混凝土限制收缩开裂性能研究  107-110
    5.4.1 混凝土限制收缩应力计算原理  107-109
    5.4.2 轻骨料对混凝土限制收缩应力的影响  109-110
  5.5 轻骨料对混凝土自养护减缩效率的影响  110-115
    5.5.1 轻骨料混凝土的自养护减缩效率  110-112
    5.5.2 自养护材料的颗粒表面间距与释水有效作用距离  112-114
    5.5.3 自养护需水量的计算  114-115
  5.6 本章小结  115-117
结论  117-119
参考文献  119-131
攻读学位期间发表的学术论文  131-133
致谢  133-134
个人简历  134

内部湿度对陶粒混凝土界面区结构与收缩影响的研究

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