紫外线对水泥基材料表面结构和性质的影响

发布时间：2020-06-06 22:36

【摘要】：紫外线是材料老化的一个重要原因,但是对于水泥基材料,紫外线对其结构和性质的影响尚未见系统的研究。紫外线照射可引起材料典型化学键的断裂,或者分子吸收紫外线后成为电子激发态,发生光化学反应或者光物理反应。常见水泥浆体的劣化大多归因于温度、湿度等气候条件,水泥浆体中也存在氢键、C-S-H链结构,紫外线也可能对这些结构产生破坏作用。由于硬化水泥浆体中固体颗粒与各种形态的水份共存于一体,且具有与有机分子基团类似的微结构单元存在,故紫外线有可能影响硬化水泥浆体的结构与性质。为了验证这一设想,特利用紫外线耐气候试验箱对硬化水泥浆体进行照射,并对经一定时间照射的硬化水泥浆体表面形貌结构、水化产物类型和表面主要物理性质进行测试分析,得到以下结论:(1)紫外线照射加速了水泥基材料的碳化,对不同养护龄期和含不同掺和料的水泥基材料的碳化加速效果不一。紫外线照射素水泥浆体,养护1天、养护7天和养护28天的紫外线照射后试样表面碳含量分别为对应背光面的0.58倍、1.12倍和1.43倍,养护龄期越久,紫外线加速碳化的作用越明显;对于含火山灰反应矿物掺和料的水泥基材料,紫外线照射也能起到加速碳化作用的效果;对于含有非火山灰活性矿物掺和料的水泥基材料,紫外线照射也加速碳化,但是物相组成中方解石的含量有所下降。对于超高性能配合比设计的水泥基材料,加速碳化作用的效果更明显。(2)紫外线照射使水泥基材料表面粗糙度降低,在摩擦副移动时,水泥石与相对运动面的实际有效接触面积增加,摩擦系数增大。紫外线照射素水泥浆体,使不同龄期的素水泥浆体摩擦系数均增加,提升幅度随着养护时间的增加而降低;紫外线照射含有不同矿物掺和料的水泥基材料,使其摩擦系数大体上提升,部分组出现下降(如养护龄期为28天的含粉煤灰试样),不同龄期含有矿物掺和料的摩擦系数在紫外线照射下没有因养护龄期不同而出现太大波动;对于超高性能配合比设计的水泥浆体养护28天试样经紫外线照射后提升明显高于养护1天和7天试样。(3)水泥基材料显微硬度测试结果符合三参数对数正态分布,紫外线对水泥基材料显微硬度的影响因养护龄期和含掺和料的不同而不同。紫外线照射素水泥浆体能够提升其显微硬度值,紫外线照射使养护1天、7天和28天照射面显微硬度分别为对应背光面的3.17倍、2.4倍和1.7倍,随着养护龄期的增加显微硬度增加幅度变小;紫外线照射含火山灰活性矿物掺和料的水泥基材料显微硬度会增加;紫外线照射含非火山灰活性矿物掺和料的水泥基材料(如含礁石粉的水泥浆体),照射面的显微硬度高于背光面,但相比未添加掺和料的素水泥浆体,紫外线照射面,背光面和标准养护组均出现下降;对于超高性能配合比设计水泥浆体,其显微硬度普遍高于素水泥浆体和单掺其他掺和料的水泥浆体,接受紫外线照射后,照射面显微硬度提升更为明显,约为背光面的1.94倍。
【图文】：

14图 2.1 掺和料 SEM 形貌图图 2.1 中所示分别为(a）礁石粉、（b）粉煤灰、（c）硅灰、（d）矿粉和（e）偏高岭土，从图中可以看到礁石粉的表面较为粗糙，由大小不一的颗粒组成，粉煤灰和矿粉则呈现出一种不规则形状，硅灰则是许多小颗粒团聚在一起，偏高岭土则为一种不规则片状结构。2.1.3 减水剂本研究中为了减少实验变量，探讨紫外线对纯水泥硬化浆体和添加掺和料水泥硬化浆体影响实验中不添加减水剂。在探讨紫外线对超高性能混凝土

本研究根据摩擦系数测定和显微硬度测试的要求对试样进行制备，具体步骤如下：（1）成型：根据 GB/T1346-2011《水泥标准稠度用量、凝结时间和体积安定性检测方法》制备。于 15mm×15mm×15mm 的模具内成型，放入养护室养护。除特别标注外，实验环境温度均为 20°C。（2）打磨和抛光：试样成型一天后取出，至于养护室标准养护。然后依据龄期不同取 1d、7d 和 28d 试样根据 ASTM E3-2011《材料的努氏和维氏硬度标准试样制备方法》对试样进行打磨和抛光处理。将待测样品放置于水平玻璃面板用 1200 目和 3000 目的 SiC 先后打磨，试样打磨相对的两个面，至表面光滑平整。对打磨完毕后的试样进行进一步抛光处理，将试样放在抛光机上用 5μm粒径 Cr2O3进行抛光，用无水乙醇作为冷却液。试样均抛光两个相对面。直至无可见划痕，逆光观察有金属光泽为止。（3）清洗：经过打磨和抛光后的试样用无水乙醇清洗 5min，，至表面干净，再用纯水冲洗。试样制备的具体步骤及试验流程见图 2.2。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

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本文编号：2700365