早龄期受冻混凝土微观结构演化
发布时间：2021-02-07 21:37
冻融循环对于混凝土的强度和耐久性具有显著的破坏作用,会使得混凝土结构的服役寿命大大缩短。对于水化尚未完全、内部结构脆弱的早龄期混凝土,冻融循环的破坏则更为严重。学界对于混凝土受冻破坏机理的研究已经有了几十年的历史,提出了多种冻融破坏机理假说,但至今仍未能完全解释所有的冻融破坏现象。因此,进行早龄期受冻混凝土的试验研究,通过试验结果评价冻融循环的劣化效果,揭示混凝土内部微观结构的演化过程,对于研究混凝土的冻融破坏机理十分必要。本文对于早龄期受冻混凝土开展了一系列宏观和微观试验研究,试验中采用0.3和0.5两个水灰比,分别代表高强度混凝土和普通混凝土。宏观试验包括抗压强度试验和氯离子渗透性试验。抗压强度试验结果表明,早龄期冻融循环对于低水灰比混凝土的强度没有影响,而高水灰比混凝土的强度则会随着受冻龄期提前而下降,7天龄期受冻的强度损失率为14.4%,1天龄期时受冻的强度损失率为27.6%。氯离子渗透性试验表明,低水灰比混凝土无论受冻与否渗透性均为低水平,而1天龄期受冻的高水灰比混凝土渗透性则会从中等水平变为高水平,抗渗性明显劣化。微观试验包括MIP（Mercury Intrusion Po...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冻融循环后的混凝土TGA/DSC曲线:(a)100次循环和(b)200次循环
第1章绪论8参数。BenLi[30]等基于MIP试验和差热分析(differentialscanningcalorimetry,DSC)提出了新的受冻损伤参数模型，并给出了不同冻融循环次数下的混凝土孔径分布曲线，如图1.2所示。在300次循环之后，峰值孔径从40nm增长到了50nm；100nm到1000nm之间的孔隙体积含量明显增加，这说明随着冻融循环次数的增长，有害孔隙的数量明显增加。图1.2不同冻融循环次数下的混凝土孔径分布曲线Zhang等[31]研究了孔隙结构对于引气混凝土抗冻性的影响。研究中采用了MIP、气体吸附法、导线法和X射线CT进行了多尺度的孔隙结构研究，获取了0.35nm~350μm间的混凝土孔隙结构信息。试验结果表明含气量是影响引气混凝土抗冻性的主要因素。Sumanta等[32]综合运用了同步辐射X射线断层扫描（synchrotronX-raytomography,XRT）、MIP、SEM和纳米压痕测定了粉煤灰净浆试样的孔隙结构和微观力学性能。试验结果表明，XRT和MIP在0.75-5μm范围孔径范围内具有较好的可比性。应当指出，MIP法的连通圆柱体孔假设与现实情况并不一致，会使得测定的孔结构信息出现偏差，因此有学者对于MIP法是否适用于混凝土的孔隙结构测定仍存在疑问[33]。不过，由于MIP法操作简单便捷并且重现性良好，所以仍然广泛地应用于水泥基材料的孔隙结构表征[34]。
第1章绪论9（2）BSE法BSE法能够精细地观测混凝土的一个局部区域，识别该区域的孔隙，然后通过图像分析的方法统计该区域的孔隙直径分布，从而得到混凝土孔隙结构的信息。背散射电镜法的优点是具有较高的分辨率，能够识别0.1μm以上的孔隙；缺点则是观测的范围较小，如果选取的观测区域没有足够的代表性，则容易造成较大的误差。Lange和Jennings[35]最早采用了背散射电镜图像分析的方法进行水泥基材料的孔结构识别。试验中选用了纯水泥净浆、含硅灰净浆和砂浆试样，并比较了背散射图像分析与压汞法测得的孔隙结构信息。Jacobsen等[36]通过扫描电子显微镜和背散射电镜观测了受冻混凝土的微观形貌。试验中的混凝土水灰比为0.40，BSE观测发现，受冻会在混凝土的硬化浆体中形成宽度为1~10μm的微裂纹，并且裂纹往往在骨料边缘扩展。Igarashi等[37]运用SEM-BSE图像分析的方法研究了早龄期高强度混凝土的毛细孔结构特征。试验所用的混凝土水胶比为0.25，BSE试验在12小时和24小时龄期时进行。结果发现在如此早的测试龄期条件下，混凝土中的毛细孔呈现不连续分布的特征。Cwirzen[38]等通过背散射扫描电镜BSE试验观测了受冻对于含硅灰高性能混凝土过渡区（interfacialtransitionzone,ITZ）的影响，如图1.3所示。结果表明，过渡区的宽度大致在30~50μm。在冻融循环过程中，过渡区的存在加快了孔隙溶液的迁移速度，从而加速了冻融损伤机制。试验中具有较好抗冻性能的混凝土表现出过渡区的宽度较窄，而且具有较低的钙硅比，合理添加硅灰可以使得过渡区的微观结构更为密实。图1.3受冻混凝土过渡区
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线CT技术在矿渣-水泥复合体系水化度量化中的应用[J]. 吴泽弘,魏亚,杨敏,姚晓飞. 硅酸盐学报. 2018(11)
[2]孔隙数字模体构建方法与检测实践[J]. 郑海亮,李兴东,刘小丽,冯树理,温廷国. 中国体视学与图像分析. 2015(02)
[3]基于背散射电子图像的矿渣-水泥复合体系反应程度的定量分析[J]. 张倩倩,魏亚. 硅酸盐学报. 2015(05)
[4]用于背散射电子图像分析的水泥浆体抛光样品制备[J]. 王培铭,丰曙霞,刘贤萍. 硅酸盐学报. 2013(02)
[5]水泥水化程度研究方法及其进展[J]. 王培铭,丰曙霞,刘贤萍. 建筑材料学报. 2005(06)
[6]低温混凝土抗冻临界强度影响因素的研究[J]. 刘军,刘润清,刘智,李莉,吴江. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2005(03)
[7]混凝土渗透性电测方法评述[J]. 路新瀛,张华新,王晓睿. 混凝土与水泥制品. 2003(04)
硕士论文
[1]高原低温环境下桥梁高性能混凝土的制备及性能研究[D]. 熊羽.东南大学 2017
本文编号：3022863
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冻融循环后的混凝土TGA/DSC曲线:(a)100次循环和(b)200次循环
第1章绪论8参数。BenLi[30]等基于MIP试验和差热分析(differentialscanningcalorimetry,DSC)提出了新的受冻损伤参数模型，并给出了不同冻融循环次数下的混凝土孔径分布曲线，如图1.2所示。在300次循环之后，峰值孔径从40nm增长到了50nm；100nm到1000nm之间的孔隙体积含量明显增加，这说明随着冻融循环次数的增长，有害孔隙的数量明显增加。图1.2不同冻融循环次数下的混凝土孔径分布曲线Zhang等[31]研究了孔隙结构对于引气混凝土抗冻性的影响。研究中采用了MIP、气体吸附法、导线法和X射线CT进行了多尺度的孔隙结构研究，获取了0.35nm~350μm间的混凝土孔隙结构信息。试验结果表明含气量是影响引气混凝土抗冻性的主要因素。Sumanta等[32]综合运用了同步辐射X射线断层扫描（synchrotronX-raytomography,XRT）、MIP、SEM和纳米压痕测定了粉煤灰净浆试样的孔隙结构和微观力学性能。试验结果表明，XRT和MIP在0.75-5μm范围孔径范围内具有较好的可比性。应当指出，MIP法的连通圆柱体孔假设与现实情况并不一致，会使得测定的孔结构信息出现偏差，因此有学者对于MIP法是否适用于混凝土的孔隙结构测定仍存在疑问[33]。不过，由于MIP法操作简单便捷并且重现性良好，所以仍然广泛地应用于水泥基材料的孔隙结构表征[34]。
第1章绪论9（2）BSE法BSE法能够精细地观测混凝土的一个局部区域，识别该区域的孔隙，然后通过图像分析的方法统计该区域的孔隙直径分布，从而得到混凝土孔隙结构的信息。背散射电镜法的优点是具有较高的分辨率，能够识别0.1μm以上的孔隙；缺点则是观测的范围较小，如果选取的观测区域没有足够的代表性，则容易造成较大的误差。Lange和Jennings[35]最早采用了背散射电镜图像分析的方法进行水泥基材料的孔结构识别。试验中选用了纯水泥净浆、含硅灰净浆和砂浆试样，并比较了背散射图像分析与压汞法测得的孔隙结构信息。Jacobsen等[36]通过扫描电子显微镜和背散射电镜观测了受冻混凝土的微观形貌。试验中的混凝土水灰比为0.40，BSE观测发现，受冻会在混凝土的硬化浆体中形成宽度为1~10μm的微裂纹，并且裂纹往往在骨料边缘扩展。Igarashi等[37]运用SEM-BSE图像分析的方法研究了早龄期高强度混凝土的毛细孔结构特征。试验所用的混凝土水胶比为0.25，BSE试验在12小时和24小时龄期时进行。结果发现在如此早的测试龄期条件下，混凝土中的毛细孔呈现不连续分布的特征。Cwirzen[38]等通过背散射扫描电镜BSE试验观测了受冻对于含硅灰高性能混凝土过渡区（interfacialtransitionzone,ITZ）的影响，如图1.3所示。结果表明，过渡区的宽度大致在30~50μm。在冻融循环过程中，过渡区的存在加快了孔隙溶液的迁移速度，从而加速了冻融损伤机制。试验中具有较好抗冻性能的混凝土表现出过渡区的宽度较窄，而且具有较低的钙硅比，合理添加硅灰可以使得过渡区的微观结构更为密实。图1.3受冻混凝土过渡区
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线CT技术在矿渣-水泥复合体系水化度量化中的应用[J]. 吴泽弘,魏亚,杨敏,姚晓飞. 硅酸盐学报. 2018(11)
[2]孔隙数字模体构建方法与检测实践[J]. 郑海亮,李兴东,刘小丽,冯树理,温廷国. 中国体视学与图像分析. 2015(02)
[3]基于背散射电子图像的矿渣-水泥复合体系反应程度的定量分析[J]. 张倩倩,魏亚. 硅酸盐学报. 2015(05)
[4]用于背散射电子图像分析的水泥浆体抛光样品制备[J]. 王培铭,丰曙霞,刘贤萍. 硅酸盐学报. 2013(02)
[5]水泥水化程度研究方法及其进展[J]. 王培铭,丰曙霞,刘贤萍. 建筑材料学报. 2005(06)
[6]低温混凝土抗冻临界强度影响因素的研究[J]. 刘军,刘润清,刘智,李莉,吴江. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2005(03)
[7]混凝土渗透性电测方法评述[J]. 路新瀛,张华新,王晓睿. 混凝土与水泥制品. 2003(04)
硕士论文
[1]高原低温环境下桥梁高性能混凝土的制备及性能研究[D]. 熊羽.东南大学 2017
本文编号：3022863
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