乳化沥青改性界面过渡区对混凝土性能的影响规律及其机理

发布时间：2020-06-10 01:19

【摘要】：脆性是水泥混凝土的本质属性,是限制水泥混凝土工程应用,造成结构开裂进而引起耐久性破坏的重要原因。界面过渡区(ITZ)作为混凝土的薄弱环节,在混凝土的脆性破坏过程中起着重要的作用,如能在界面过渡区引入高延展特性的聚合物薄膜,在混凝土脆性破坏过程中减缓裂纹拓展速度,理论上会提高混凝土的韧性。围绕这一技术思路,本文在课题组前期乳化沥青改性水泥砂浆的研究工作基础上,采用乳化沥青预处理粗集料的方式在界面过渡区形成沥青薄膜的富集,并制备混凝土。论文选取普通C30强度等级混凝土(C30混凝土)与高强C60强度等级混凝土(C60混凝土)为研究对象,进行的主要工作和取得的主要成果有:研究了粗集料表面不同乳化沥青包裹量(0、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%)对混凝土力学性能的影响规律。随着乳化沥青包裹量的增加,C30与C60混凝土的立方体抗压强度降低,其中C60混凝土的下降幅度更为明显。采用过镇海模型对C30、C60混凝土的应力-应变全曲线拟合,并分析两种混凝土的本构关系,结果表明同样强度等级下,随着乳化沥青包裹量的提高,过镇海模型曲线中下降段b值逐渐减小,表明材料的脆性得到改善;通过混凝土荷载位移曲线分析得到混凝土的屈服耗能与延性系数结果,随着乳化沥青包裹量增加,C30混凝土的屈服耗能与延性系数逐渐提高,而C60混凝土屈服耗能先增加后降低,延性系数逐渐提高。计算了不同乳化沥青包裹量下粗集料表面的理论沥青膜厚,并分析了界面过渡区的微观结构、显微硬度结果,随着乳化沥青包裹量的增加,沥青膜厚逐渐增加,显微硬度下降,表明对混凝土界面过渡区的劣化影响增加。这一分析表明,沥青膜在裂缝拓展过程中发挥了一定的延展作用,一定程度提高了混凝土的韧性,但由于沥青膜的憎水作用劣化了沥青膜与水泥石的粘接,劣化了混凝土的界面过渡区,使得还未充分发挥沥青膜的延展作用前,集料即与混凝土发生了脱粘破坏,影响了混凝土的力学强度。针对乳化沥青包裹粗集料难以协调混凝土强度与韧性的问题,尝试提出以下三种技术思路解决:乳化沥青包裹集料(以下简称改性集料)部分取代普通集料、乳化沥青改性特定粒径范围集料以及乳化沥青同时改性集料与水泥石的二次改性工艺。结果表明,改变改性集料比例的方式对混凝土力学性能有较好的改善,10%、30%改性集料的比例下,C30与C60混凝土的屈服耗能分别提高了约30%~50%,同时混凝土的强度降低幅度小于10%;改性集料在混凝土中的随机分布起到了诱导裂缝拓展、延长路径的作用,在不显著降低混凝土强度的情况下改善了混凝土的韧性。初步研究了四种改性方式对混凝土抗渗、碳化以及冻融性能的影响规律,结果表明随着乳化沥青包裹量的增加,C30混凝土的毛细吸水率有所改善,但是沥青掺量超过0.7%的比例后,吸水率升高,而C60混凝土的吸水率一直降低;这表明在抗渗性能受水泥石基体密实程度与沥青膜憎水作用影响。四种改性方式下,混凝土的碳化性能与冻融性能均有一定程度的下降。分析了不同乳化沥青包裹量对混凝土界面过渡区孔隙率以及元素分布的影响。随着乳化沥青包裹量的提高,界面过渡区孔隙率增加,在0.7%和1.0%的掺量下,初始孔隙率达到55%以上;随着界面过渡区与集料表面距离的增加,孔隙率减小。EDS结果显示在乳化沥青掺量超过0.7%后,在距离集料表面0~5μm区域基本被沥青占据,Ca、Si、Al元素含量都大幅下降,随着界面过渡区与集料的距离增加,Ca、Si、Al元素含量开始增加后趋于稳定。
【图文】：

法定性评估不同沥青膜厚度对界面过渡区的影响；（2）采用立方体强度、单轴受压应力-应变全曲线等方法评估不同乳化量对对混凝土力学性能的影响，采用过镇海模型分析混凝土的本构关（3）尝试提出改性集料部分取代普通集料、乳化沥青处理特定粒径范乳化沥青在水泥石与集料的二次改性工艺，并研究其对混凝土力学性规律，，确定最佳改性方式及改性条件；（4）采用吸水特性曲线、碳化深度与单面盐溶液冻融等方式研究不同对混凝土耐久性能的影响，利用光学显微镜揭示乳化沥青改性 ITZ 后冻融破坏机理。（4）利用 SEM、BSE-IA 图像分析法、EDS 分析及显微硬度等方法研青改性集料对 ITZ 的元素分布及组成、孔隙结构等的影响规律，同时研究方法估算 ITZ 厚度。2 技术路线

图 2-1 粗集料级配曲线水剂：中建商混聚羧酸高效减水剂，减水效率 25%；化沥青：湖北国创 BCR 阳离子乳化沥青，具体参数见表 2-3。表 2-3 乳化沥青性质参数称软化点/℃针入度/mm 闪点/℃20℃延度/cm固含量/%化沥青 49.3 68.6 266 155 48.8 3）消泡剂：中联邦 B-313 型有机硅消泡剂4）水：自来水 实验设备集料粒径（mm）
【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：2705557