不同骨料混凝土的界面结构特征及极限拉伸性能.pdf

第 1 4卷第 6期 2 0 1 1年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS V0 I ． 1 4 。 No ． 6 De e ．。 2 O11 文章 编号 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 6 0 8 3 4 0 5 不 同骨料 混凝 土的界 面结构 特征及极 限拉伸性 能 欧 阳幼 玲 ， 陈迅 捷 ， 1 ． 南京水利科学研究院 材料结构所 ， 2 ． 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学 国 蔡 跃波 江苏 南京 2 1 0 0 2 9 ； 家重 点实 验室 ， 江 苏 南京 2 1 0 0 2 9 摘 要 采 用扫 描 电镜 和能 量散 射 能谱 分 析仪 分析 了混凝 土 中砂岩 、 大 理岩 、 正 长岩 和 玄武 岩 4种 骨 料 与 水泥 浆体界 面结构 特征 ， 并 对这 4种 骨料 混凝 土的 极 限拉 伸 性 能进 行 了研 究． 结 果表 明 不 同 骨料 饱 和 面干 吸水 率不 同 ， 影响 了骨料一 水 泥 浆体界 面过 渡 区水化 产 物 的化 学组 成 ， 进 而 影 响 了界 面结构 特征 ． 砂 岩 、 大理 岩 骨料 与水 泥浆 体 界 面过 渡 区存在 氢氧 化 钙 的 富集 ； 正 长岩 、 玄 武岩 骨 料 与 水泥 浆体界 面过 渡 区则较 少见 到 氢氧 化 钙 的 富 集． 4种 骨料 与 水泥 浆 体界 面过 渡 区宽度 大 小顺 序 为 大理 岩 砂岩 正长 岩 玄 武岩． 不 同骨料 混凝 土的 轴 心抗 拉 应 力应 变行 为 受 骨料 一 水泥 浆 体界 面结 构特征 的影响 ． 关键 词 水 工混凝 土 ；骨料 ；吸 水 ；界 面 ；结构 特征 ；极 限拉 伸 性 能 中图分 类 号 TU5 2 8 ． 0 文 献标 志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 9 6 2 9 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ．02 2 I n t e r f a c i a l M i c r o s t r u c t u r e Ch a r a c t e r i s t i c s a nd Ul t i ma t e Te ns i l e Pr o pe r t i e s o f Co n c r e t e s wi t h Di f f e r e n t Ki nd s o f Ag g r e g a t e s OUY ANG Y o u l i n g ～， CHEN Xu n - j i e ～。 C AI Y u e ～ b o ， 1 ． Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g De p a r t me n t ，Na n j i n g Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n j i n g 2 1 0 0 2 9 ，Ch i n a 2． St a t e Ke y La bor a t o r y o f Hy dr ol o gy - W a t e r Re s o ur c e s an d Hyd r a u l i c Engi n e e r i ng， Na n j i n g Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n j i n g 2 1 0 0 2 9，Ch i n a Abs t r a c t I nt e r r a c i a l mi c r o s t r uc t ur e c h a r a c t e r i s t i c s o f f o ur di f f e r e nt a g gr e ga t e c e me n t p a s t e we r e i n ve s t i ga ～ t e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e S EM a n d e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o me t e r EDS ．Th e f o u r a g g r e g a t e we r e s our c e d f r o m s a nd s t one，ma r bl e，s y e ni t e a nd ba s a l t ，r e s p e c t i v e l y．Th e u l t i ma t e t e n s i l e p r op e r t i e s O f c on c r e t e wi t h t h os e f o ur d i f f e r e n t a gg r e ga t e s we r e d i s c us s e d． Te s t r e s ul t s s ho w t ha t t he wa t e r a b s o r pt i on a t s a t u r a t e d s ur f a c e d r y ba s i s v a r i e s a mo ng t he f o ur a g gr e g a t e s a nd a f f e c t s t he c h e mi c a l c omp os i t i o n o f hy d r a t i o n p r o d u c t s i n i n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e o f a g g r e g a t e c e me n t p a s t e ，a n d t h e n a f f e c t s t h e i n t e r f a c i a l mi c r o s t r u c t u r e c ha r a c t e r i s t i c s ． Ca l c i u m h yd r ox i de c r y s t a l i s i de n t i f i e d m o r e c l e a r l y t o b e c on c e nt r a t e d a l o ng t he a g gr e ga t e c e me n t pa s t e i nt e r f a c i a 1 t r a ns i t i o n z o ne of s a n ds t o ne a nd m a r bl e t ha n t ho s e o f s ye n i t e a nd b a s a l t ． Th e wi dt h o f i nt e r f a c i a l t r a ns i t i o n z o ne v a r i e s a mon g f o ur a gg r e g a t e s，i ． e ．i n de s c e n di n g or d e r ma r bl e，s a n ds t o ne，s y e ni t e a nd ba s a l t ． I t i s a l s o i mpl i c a t e d t h a t t h e i nt e r r a c i a l mi c r o s t r uc t ur e c ha r a c t e r i s t i c s p l a y a r o l e i n a f f e c t i ng t he a xi a l t e ns i l e s t r e s s s t r a i n be ha v i o r s o f c o nc r e t e s ． Ke y wo r ds hy dr a u l i c c o nc r e t e；a g gr e g a t e；wa t e r a bs o r p t i o n；i nt e r f a c e；mi c r os t r uc t ur e c ha r a c t e r i s t i c；u l t i ma t e t e ns i l e p r o pe r t y 收稿 日期 2 0 1 0 ～ 0 8 2 6 ；修订 日期 2 0 1 0 1 2 - 3 0 基金项 目 国家 自然科学基金委员会 、 二滩水 电开发有 限责 任公 司雅 砻江水 电开发联合研究基金重点项 目 5 0 5 3 9 0 4 0 第 一作者 欧 阳幼玲 1 9 7 3 一， 女 ， 湖北 黄石人 ， 南 京水利科 学研究 院高级 工程师 ， 硕士． 主 要研究方 向为水工 材料． E ma i l y l o u y a n g n hr i ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 欧 阳幼玲 ， 等 不 同骨料混凝土 的界 面结构特征及极 限拉伸性 能 8 3 5 混凝土性能除受骨料强度 、 弹性模量 和水泥浆 体性能等因素影响， 还受骨料一 水泥浆体界面过渡区 结构的影响_ 】 ] ． 骨料一 水泥浆体界面过渡 区结构相 对疏松， 强度 较低 ， 在外界 因素 的作用下易 出现 裂 纹 [ 3 ] ， 且水 化产 物 的组成 及形 貌 与基体 不 同． 已有 的 研究[ 4 。 表明， 骨料 的矿物组成和表面结构会影响到 水化 产物 特 别 是 氢 氧 化 钙 CH 和 钙 矾 石 AF t 的 成核 生长 ， 从 而影 响到 界面 过渡 区 的微 观 结构 ， 进 而 影响到界面过渡 区的力学性 能． 但 目前有关不 同骨 料吸水率对骨料一 水泥浆体界面过渡 区结构影响的 研究较少 ， 且主要集 中在轻骨料方面r 8 铷； 另外 ， 由于 水 工 混凝 土骨 料 均 预 先饱 水 ， 并且 普 遍 掺 加 了粉 煤 灰等掺合料， 因此 ， 不同骨料吸水特性对水工混凝土 界面 结构 特征 的影 响有 待探 讨． 为此 ， 本文 在 各骨 料 饱和 面干 状 态条 件 下 ， 研 究 了砂 岩 、 大 理 岩 、 正 长 岩 和玄武岩 4种骨料与水 泥浆体界面结构特征 ， 同时 对 4种 骨料 混凝土 的极 限拉 伸性 能也进 行 了研究 ． 1 试验 - 1 ． 1 原 材料 试验所用水泥为 P04 2 ． 5中热硅酸盐水泥 ， 粉煤灰为 I级粉煤灰， 掺量为 3 0 ”． 二级配粗骨料 分 别 为砂 岩 、 大 理 岩 、 正长 岩 和 玄武 岩 碎 石 ； 细 骨 料 为 与粗骨 料 相对 应 的 人 工砂 ， 均属 于 二 级 配 区的 中 粗砂． 不同骨料性能见表 1 ． 由表 1可见 玄武 岩骨 料饱和面干吸水率最小 ， 压碎值也最小 ； 正长岩骨料 饱和面干吸水率最大， 压碎值也最大 ； 大理岩和砂岩 骨料饱和面干吸水率和压碎值居 中， 其 中砂岩骨料 饱 和 面干吸水 率较 大理 岩骨 料 高． 表 1 骨料性能 Ta b l e 1 Ag g r e g a t e p r o p e r t i e s 1 ． 2试验 方 案 成 型混 凝 土试件 时 ， 骨料 均 为饱 和面 干状 态． 混 凝 土水 胶 比为 0 ． 3 9 ， 砂率 为 0 ． 3 6 ． 掺加 萘 系 减水 剂 及 引 气剂 ， 使 混凝 土的坍 落度 控 制在 9 0 2 0 mm， 含气量控制在 4 ～5 体积分数 ． 试件尺寸分别 为 1 0 0 m mX1 0 0 mm1 0 0 r n l T l 和 1 0 0 mmX 1 0 0 m mX 5 1 5 mm． 试件 标准 养 护至 1 8 0 d ． 进行 微观测试 时 ， 将 1 0 0 mi l l 1 0 0 mi l l 1 0 0 mm 试 件 的上下 两 端各切 去 2 0 I T l m 左 右 ， 消 除离 析 对测 试 结 果 的影 响． 在试 件 中部 切 取 1 5 mm 1 5 mm 1 0 mi l l 的薄 片 ， 研 磨 、 抛 光 后 用 能 量 散 射 能 谱 分 析 仪 E D S 进 行 X 射 线 能 谱 分 析 e n e r g y d i s p e r s i v e X r a y a n a l y s i s ， E D X A ； 同时 ， 将 处 于 中间 部位 的试 件 破开 ， 取界 面 黏结 良好 的细 颗粒 ， 然后 采用 扫 描 电 1 文中涉及的掺量、 水胶 比等除特别说 明外 ， 均 为质量分数或质量 比 境 s E M 对骨料一 水泥浆体界面过渡 区进行微观形 貌 观察． 采用 1 0 0 mm1 0 0 mm5 1 5 mm 的试 件进 行 极 限拉伸 试验 ． 2 试验结果与分析 2 ． 1 骨 料一 水 泥浆体 界面 过渡 区 的微 观 形貌 骨料一 水泥浆 体 界面 过 渡 区微 观 形貌 见 图 1 ． 由 图 1可 以看 出 ， 当骨 料 为砂 岩 或 大理 岩 时 ， 骨 料 水 泥 浆体界 面过 渡 区存在 氢氧 化钙 C H 的 富集 ； 当骨 料 为正长 岩 时 ， 骨料 一 水泥 浆体 界面 过渡 区有 较 多 纤 维状 C S H 凝 胶 的 存 在 ， 氢 氧 化 钙 很 少 ； 当 骨料 为 玄武岩时， 骨料一 水泥浆体界面过渡区较少见到氢氧 化 钙 的富集． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 3 8 建筑材料学报 第 1 4 卷 心抗 拉应 力应 变行 为表 现 为 线 弹 性 阶段 相对 较 短 ， 抗拉应力相对较小， 裂纹在界面过渡区形成并扩展 ， 直至混凝土试件断裂 ， 水泥浆体和界面被破坏 ， 但骨 料仍 完整 凸出断 裂面 ． 这是 因砂 岩 和大 理岩 骨 料一 水 泥浆体界面过 渡区较宽 ， 且存在氢氧化钙富集的缘 故． 3 正长 岩 骨料 混 凝 土 轴 心 抗 拉 应力 最 小 ， 裂纹 在骨 料 内部发 展 ， 水 泥浆体 和 骨料 同时被 破 坏 ， 混凝 土试件断裂． 这是 因正长岩骨料一 水泥浆体界 面过渡 区宽度较小 ， 其受制于骨料本体强度偏低所致． 3 结论 1 不 同骨 料 的饱 和 面干 吸水 率不 同 ， 影 响 了骨 料一 水泥浆体界面过渡区水化产物的化学组成 ， 进而 影 响 了界 面结 构特 征． 2 砂岩、 大理岩骨料与水泥浆体界面过渡区存 在 氢 氧化钙 的富集 ； 正长 岩 、 玄武 岩骨 料与 水 泥浆 体 界 面 过渡 区较 少 见到氢 氧化 钙 的富集 ． 3 4种 骨料 与水 泥 浆体 界 面过 渡 区 宽 度 大 小 顺 序 为 大理 岩 砂岩 正 长岩 玄 武岩 ． 4 不 同骨 料 混凝 土 的轴 心 抗 拉 应 力 应 变 行 为 受 骨 料一 水 泥浆 体界 面结 构特 征 的影 响． 参考 文献 [1] [2] [3] [4] ALEXANDER M G． Ag g r e ga t e a n d t h e d e f o r m a t i o n p r o pe r t i e s o f c o n c r e t e [ J ] ． AC I Ma t e r J ， 1 9 9 6 ， 9 3 6 5 6 9 5 7 7 ． 马～平． 提高水泥石一 集料界面粘结强度的研究[ J ] ． 建筑材料 学报 ， 1 9 9 9 ， 2 1 2 9 3 2 ． M A Yi p i n g ． St u d y o n i n c r e a s i n g o f i n t e r f a c i a l b o n d s t r e n g t h b e t we e n c e me n t p a s t e a n d a g g r e g a t e [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g M a t e r i a l s， 1 9 9 9， 2 1 2 9 3 2 ． i n Ch i n e s e M I NDES S S ．Bo n d i n g i n c e me n t i t iou s c o mp o s i t e s Ho w i m p o r t a n t i s i t [ C ] ffB o n d i n g i n C e me n t i t i o u s C o mp o s i t e s ． P i t t s 7 bu r g h M a t e r ia l s Re s e a r c h S o c i e t y， 1 9 8 8 ． 陈惠苏 ， 孙伟 ， S TROE VE N P ． 水泥基复合材料集料 与浆体界 面研究综述II 界面微观结构的形成 、 劣化机理及其影响 因 素[ J ] ． 硅酸盐学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 7 2 7 9 ． CH EN H u i s u， S UN W e i ， S TROEVEN P．I n t e r r a c i a l t r a n s i 一 [5 ] [6 ] [7 ] [8] [9] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] t i o n z o n e b e t we e n a g gr e g a t e a n d p a s t e i n c e me n t i t i o u s c o rn p o s i t e s Ⅱ Me c h a n i s m o f f o r ma t i o n a n d d e g r a d a t i o n o f i n t e r f a c i a l t r a ns i t i o n z o n e mi c r o s t r u c t u r e， a n d i t s i n f l u e nc e f a c t o r s [ J ] ． J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 72 7 9 ． i n Ch i ne s e TAS ONG W A， LYNS DALE C L， CRI P PS J C．Ag gr e g a t e c e me nt p a s t e i nt e r f a c e 1 I I n f l u e nc e o f a g g r e g a t e p h y s i c a l p r o - p e r t i e s [ J ] ． C e m C o n c r R e s ， 1 9 9 8 ， 2 8 1 0 1 4 5 3 1 4 6 5 ． RAO G A， P RAS AD B K R． I n f l u e n c e o f t h e r o u g h n e s s o f a g g r e g a t e s u r f a c e o n t h e i n t e r f a c e b o n d s t r e n g t h [ J ] ． Ce m C o n c r Ra s ， 2 0 0 2， 3 2 2 2 5 3 - 2 5 7 ． S HEN Y ， XU Z， XI E P，e t a 1 ．A n e w m e t h o d o f e n h a n c i n g c e me n t a g g r e g a t e i nt e r f a c e I I d e a l a g g r e g a t e a n d i t s e f f e c t s o n i n t e r f a c i a l mi c r o s t r u c t u r e s [ J ] ． Ce m C o n c r Re s ， 1 9 9 2 ， 2 2 4 6 1 2 - 6 2 0 ． 胡曙光 ， 王发洲， 丁庆军． 轻集料 与水泥 石的界 面结构 [ J ] ． 硅 酸盐学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 6 7 1 7 - 7 2 3 ． HU S h u g u a n g ， WANG F a z h o u ， D I N G Qi n g j u n ． I n t e r f a c e s t r u c t ur e b e t we e n l igh t we i g h t a g gr e g a t e a n d c e me n t pa s t e [ J ] ． J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 5 ， 3 3 6 7 1 7 7 2 3 ． i n Ch i n e s e 董淑慧 ， 张宝生 ， 葛勇 ， 等． 轻骨 料一 水泥 石界面 区微观结 构特 征E J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 6 7 3 7 7 4 1 ． DONG S h u - h u i ， ZH ANG Ba o s h e n g， GE Yo n g， e t a 1 ．M i c r o ～ s t r u c t u r e c h a r a c t e r j s t i c s o f i nt e r f a c i a l t r a n s i t i o n z on e I TZ b e t we e n l i g h t we i g h t a g g r e g a t e a n d c e me n t p a s t e [ J ] ． J o u r n a l o f Bu i l d i ng M a t e r i a l s ， 2 0 09， 1 2 6 7 3 7 7 41 ． i n Ch i ne s e 蒲心诚 ， 王勇威． 高效活性矿物掺料与水泥基 材料的高性能化 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 2 2 3 - 6 ． PU Xi n c he n g， W ANG Yo ng we i ． Ac t i v e s u p p l e me n t i n g m i n e r a l ma t e r i a l a n d h i g h p e r f o r ma n c e o f c e m e n t b a s e d ma t e r i a l [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 0 2 2 3 - 6 ． i n C h i n e s e 魏风艳 ， 吕忆农 ， 兰祥 辉， 等． 粉煤灰 水泥 基材料 的水 化产 物 L J ] ． 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 1 5 2 5 6 ． W EI Fe n g y a n， LU Yi no n g， LAN Xi a n g ～ h u i ， e t a 1 ． H y dr a t i o n p r o d u c t s o f f l y a s h c e me n t b a s e d ma t e r i a l [ J ] ． J o u r n a l o f t h e Ch i ne s e Ce r a mi c S o c i e t y， 2 0 0 5， 3 3 1 5 2 5 6 ． i n Chi n e s e 刘亚莲 ， 胡建平． 提 高混凝土 抗裂 能力 的机理 分析 [ J ] ． 混凝 土 ， 2 0 0 4 7 2 4 2 6． LI U Ya l i a n， HU J i a n p i ng ． Re s e a r c h o n i mp r o v i ng t he r e s i s t c r a z e c a p a b i l i t y o f c o n c r e t e E J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 0 4 7 2 4 2 6 ． i n Ch i n e s e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m