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水泥石的干燥收缩及其与微观结构的关系

作　者: 王欣
导　师: 万朝均
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 水泥石干燥收缩微观结构梯次干燥相对湿度
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

混凝土的干燥收缩对其性能有极其不利的影响。水分的蒸发在混凝土结构中引发大量应力,由于混凝土材料通常是由外向内被干燥,产生的应力梯度导致材料的薄弱处产生微裂纹。裂缝降低了材料的强度,并且有害的物质通过微裂纹更快的渗入材料内部,混凝土结构耐久性降低。引起混凝土材料干缩的组分主要是水泥石。控制水泥石干缩的微观结构参数还没有被确定。本课题通过改变水泥石的水灰比、龄期等参数,从而改变水泥石的微观结构,进而改变水泥石的干燥收缩,并以此建立了水泥石干燥收缩与微观结构的关系。课题选取了水化硅酸钙(C-S-H),氢氧化钙(CH)和孔结构作为水泥石的微观结构参数,并分析它们随龄期和水灰比的变化规律。其中,水化硅酸钙由于缺乏直接测试手段而难以量化。课题结合综合热分析(TG-DSC)和固体核磁共振的测试结果,提出了一种估算C-S-H含量的方法。水泥石干缩性能是通过梯次平衡法测量水泥石在100%-7%RH湿度范围内,不同湿度段的重量损失和干燥收缩来确定的。课题从两方面优化了对水泥石干燥收缩性能的研究:一是在试件干缩后进行再润湿,从而分离出了可逆与不可逆干缩值;二是选取个别试件进行二次干燥,研究干燥收缩对水泥石孔结构和干缩性能的影响。本课题主要得出以下结论:1)当水灰比一定时,随着龄期的增长,水泥石水化反应程度增大,主要水化产物CH和C-S-H增多,凝胶孔增多,平均孔径减小。并且C-S-H中Q2的含量增加,硅酸根聚合度增加,凝胶结构更坚固抵抗干缩变形的能力增强,水泥石在100%-7%相对湿度段的总干缩先增大,后减小。2)当龄期一定时,随着水灰比的增大,水泥石水化程度增大,主要水化产物CH和C-S-H增多,水泥石各级孔增多,平均孔径增大,水泥石在100%-7%相对湿度段的的总干缩略增大,主要增长在100%-54%相对湿度段。3)水泥石的重量损失和收缩随着湿度的降低而增加。当再润湿时,重量损失基本能完全回复但明显滞后。当再润湿时,干缩的回复也明显滞后且存在不可逆收缩。不可逆干缩主要集中在84%-7%相对湿度干燥过程中。4)失水孔的数量和大小和水化硅酸钙的数量和结构是主控水泥石干缩的微观因素。5)毛细孔主要在100%-54%相对湿度以上起主导作用。毛细孔数量的增多带来更多的弯月面和更大的应力,而毛细孔孔径的增大则使弯月面产生的有效应力减小,在100%-54%相对湿度段内通常是这两个相反效应协同作用的结果。6)凝胶孔主要在54%相对湿度以下起作用,但随着水泥石龄期的延长,水化硅酸钙的结构与数量在此湿度段起主导作用。7)对于28天龄期,不同水灰比的水泥石,二次干燥过程中,在100%-84%和84%-54%相对湿度范围内重量损失增大,而在54-7%相对湿度范围内重量损失减小。同时,水泥石二次干燥过程中的不可逆干缩较小。本课题通过微观测试手段量化了水泥石的微观结构参数,尤其是C-S-H的含量,并利用改良的能得到更多信息的干缩测试手段来研究水泥石的干缩行为,为探索水泥石微观结构与干缩收缩的关系,特别是水化硅酸钙影响干缩的机理提供了更加深入的研究结果。

水泥石的干燥收缩及其与微观结构的关系

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