低温(3℃)养护条件下引气混凝土孔结构对强度与抗渗性的影响

主要研究了低温(3 ℃)养护环境下28 d、56 d龄期下引气混凝土孔结构参数对早期强度以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着含气量的增加,孔隙率增加,混凝土强度逐渐降低,抗渗性呈现先减小后增大的趋势;当掺入适量引气剂时,混凝土气泡间距系数达到最佳,此时氯离子渗透路径变长,抗渗性能达增强;低温(3 ℃)养护条件导致混凝土孔径分布劣化,主要孔径分布范围明显变大,随着龄期增长,混凝土孔径朝着大孔减小,小孔增大的趋势发展,但是发展速度比较缓慢.     

在等强度下-3℃与标准养护环境引气混凝土渗透性能与孔结构的关系

为了研究等强度下引气混凝土渗透性能与孔结构的关系,在-3 cc养护及标养下进行了不同引气剂掺量的混凝土孔结构及抗氯离子渗透试验,测试了-3℃养护84 d与标养下28 d时混凝土的孔结构的分布规律及电通量的变化规律.结果表明,标养28 d时混凝土的气泡平均孔径、气泡平均孔径、孔隙率及比表面积均小于-3℃养护84d时混凝土的气泡平均孔径、气泡平均孔径、孔隙率及比表面积;-3℃养护下混凝土的电通量是标养下的3～4倍左右,混凝土的电通量随含气量的升高而逐渐增大,即抗氯离子渗透性提高,而在标养下随着含气量的增大,混凝土的抗氯离子渗透性先增强后减弱.     

水胶比对混凝土性能及气孔结构的影响分析

通过试验,对不同水胶比下混凝土28 d龄期的抗压强度、氯离子电通量及微观方面的气孔结构和气孔特征参数进行了对比分析,研究了水胶比对混凝土宏观性能及微观孔结构的影响.结果表明:过量的自由水会在混凝土内部产生毛细孔,增大水胶比相当于变相增多了混凝土内部的孔隙数量,能够显著降低混凝土的抗压强度,但较大的水胶比又能够增强局部的水泥水化反应.对氯离子电通量而言,水胶比越大,毛细孔越多,孔含量越多,相对增大了连通孔隙的数量,氯离子电通量会呈现出增大的现象.随着水胶比的减小,孔径分布也有向小孔径方向发展的趋势.此外,抗压强度与较小孔径的孔含量及孔隙率的关联度计算结果较大,氯离子电通量与气孔间距系数的关联度计算结果较大,这说明小孔含量及孔隙率能够用来表征混凝土的抗压强度,气孔间距系数也能在一定程度上表征混凝土的耐久性.     

多年冻土季节活动层区引气混凝土孔结构演变规律与抗冻性研究

以多年冻土季节活动层区铁路、公路线路中桥梁的墩台基础混凝土灌注桩为背景,将持续-3℃养护下84 d时的引气混凝土和标养下28 d时的引气混凝土(两者抗压强度相同)的孔结构及抗冻性进行了对比分析,得出引气混凝土在-3℃养护环境下孔结构的演变规律和抗冻性能.结果表明:持续-3℃养护下混凝土平均孔径为标养下的1.48～1.63倍,气泡间距指数为标养下的1.37～1.61倍,孔隙率为标养下的1.25～2.02倍,且平均孔径随着含气量的增大先减小后增大,气泡间距系数随着含气量的增大而减小,孔隙率随着含气量的增大而增大;通过延长养护龄期抗压强度虽然最终可以达到标养下的抗压强度(龄期滞后),但混凝土的抗冻性能降低,其降低幅度不仅与含气量有关,而且与孔结构有关,含气量对混凝土抗冻性能的影响存在最优含气量,即最优含气量在3.2％左右.     

粉煤灰对引气混凝土的抗冻性及气孔结构的影响

混凝土的抗冻性受诸多因素影响,而掺入粉煤灰后的混凝土对混凝土的抗冻影响很大。为了更好的了解粉煤灰对引气混凝土抗冻性能的影响,对比研究了普通硅酸盐引气混凝土与掺入30%粉煤灰的普通硅酸盐混凝土在不同水灰(胶)比的抗冻性能及气泡参数。试验研究表明:普通及掺粉煤灰引气混凝土质量损失率都随水灰(胶)比的增大而升高,而动弹性模量及相对动弹性模量都随水灰(胶)比的增大而减小。掺粉煤灰的普通硅酸盐引气混凝土的初始动弹性模量明显小于普通硅酸盐引气混凝土。相比较普通引气混凝土,掺入粉煤灰后小孔径气泡数量增加,大孔径气泡数量同样也增加了。在同水胶比下,掺粉煤灰的引气混凝土的气泡间距系数明显要小于不掺粉煤灰的普通引气混凝土,掺入粉煤灰会减小引气混凝土的比表面积,掺入粉煤灰后引气混凝土的气泡平均半径明显增大。     

混凝土孔结构及其分形维数与氯离子扩散性能的关系

氯离子扩散系数是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的重要参数之一。通过开展不同水胶比混凝土的压汞试验和盐雾扩散试验,研究了混凝土内部孔隙率、孔径分布及临界孔径对氯离子扩散系数的影响规律。结合Menger海绵体模型,建立孔体积分形维数与氯离子扩散系数的关系。结果表明:孔隙率和临界孔径与无量纲化氯离子扩散系数的相关性很高,可作为反映混凝土氯离子扩散性能的重要参数;通过数学分析计算得到的孔表面分形维数分布在2.56~3.86之间,孔体积分形维数分布在2.85~2.98之间;基于压汞法和分形理论计算得到的孔体积分形维数可以作为评价氯离子扩散系数的指标,在孔径小于10 nm、10～100 nm、100～1 000 nm以及大于1 000 nm四类区间,氯离子扩散系数随孔体积分形维数的增加而下降。     

3℃下含气量对混凝土强度、孔结构及抗冻性的影响

本文通过混凝土强度试验、压汞试验、孔间距系数试验和冻融循环试验,对低温(3±0.2)℃养护下不同含气量混凝土的强度、孔结构及抗冻性进行了研究.结果表明,低温养护下混凝土的强度比标准养护下混凝土的强度低;随着含气量的增大,混凝土净浆的总孔体积、总孔面积、比表面积和骨架密度均增大,但硬化后混凝土的孔间距系数和平均孔径减小,孔径分布更加均匀合理;随着含气量的增大,混凝土的抗冻性提高,但混凝土的强度会降低,所以含气量存在一个合理的范围.     

含气量对低温养护下混凝土早期实际强度及抗冻性能的影响研究

本文以低温(3±0.2)℃养护下引气混凝土为研究对象,采用压汞法、气孔分析法、快速冻融法测试了不同含气量低温养护下混凝土的孔隙结构及抗冻耐久性.结果表明:掺入引气剂,可使混凝土孔隙率、总孔体积、总孔面积增加,平均孔径、孔间距系数减小,孔径均匀分布,显著改善混凝土的内部孔隙结构,明显提高混凝土的抗冻耐久性.为更好的阐述含气量对混凝土实际强度的影响,本文通过测出的气孔结构,进一步推算出低温养护下混凝土的实际抗压强度,通过理论计算得出,随着含气量的增大,实际强度降低.     

-3℃养护条件下不同含气量混凝土的微观孔结构及渗透性研究

采用气孔分析法和直流电量法对在-3 ℃条件下养护28 d的不同含气量混凝土的孔结构和渗透性进行了试验研究.结果表明:-3 ℃养护条件下,随着含气量的升高,混凝土的气孔间距系数减小,混凝土中孔径＜100 nm的气泡所占的比例逐渐减小,而孔径＞ 100 nm的气泡所占的比例逐渐增大,混凝土的电通量增大,混凝土的立方体抗压强度降低;-3 ℃养护条件对混凝土的孔结构和抗压强度影响较大,而对混凝土的抗氯离子渗透性影响更大.     

负温养护条件及水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观结构影响试验研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的影响规律与程度,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下的混凝土气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下的混凝土,与细观孔结构测试结果一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土细观孔结构随之劣化,抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土细观孔结构随着水灰比的提高反而优化,抗氯离子渗透性亦随之变强,究其原因,在-3℃养护条件下,随着水灰比提高,混凝土中液相水含量随之增大,水化反应更加充分,故出现上述现象.水灰比对细观孔结构和抗氯离子渗透性的影响程度较养护条件小,且随着水灰比的增大,养护条件对其影响程度减弱.     

高原地区抗冻引气混凝土含气量设计方法研究

对高原与平原地区不同水胶比引气混凝土的含气量、气泡间距系数及抗冻耐久性指数进行测试,同时搜集整理国内外相关研究成果,研究分析了高原低气压环境对引气混凝土含气量损失、气泡间距系数变化及临界抗冻耐久性指数的影响。结果表明:相较于平原地区,高原低气压环境下引气混凝土含气量损失增大,硬化后混凝土含气量损失约1.0%~1.5%;硬化混凝土含气量与气泡间距系数的对数间存在良好的线性关系,但高原低气压环境可能劣化引气混凝土的气孔结构;硬化混凝土气泡间距系数与抗冻耐久性指数间也具有良好的线性关系,且不受环境气压影响;以引气混凝土气泡间距系数为桥梁,提出一种基于混凝土抗冻耐久性要求的高原地区引气混凝土含气量设计方法。     

不同养护温度下引气剂对混凝土性能的影响研究

通过试验,研究了混凝土含气量的经时损失规律及其影响因素,以及养护温度和引气剂对混凝土强度、抗氯离子渗透性和微观孔结构等性能的影响.结果表明:新拌混凝土的含气量损失与混凝土的初始含气量有关,初始含气量越大,损失也会更大,且处于动态过程的新拌混凝土的含气量损失较静态过程更大;与标准养护条件相比,负温养护条件一方面会使混凝土内部的水化反应变慢,水化程度变低,另一方面水结冰也会引起体积膨胀,破坏混凝土内部的晶体结构,对混凝土内部孔结构造成了一定程度的损伤,使得混凝土抗压强度降低,电通量、气孔间距系数等参数增大;掺入引气剂会引入了大量的微小气泡,使混凝土内部小孔径的孔含量增多,在一定程度上会提高孔的连通性,从而相对减小混凝土受力面积,造成混凝土抗压强度降低,电通量增大,孔径分布也会朝着小孔径方向移动.     

养护温度和水灰比对混凝土微观孔结构及抗氯离子渗透性影响研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性与微观孔结构的影响规律与程度,采用压汞法和RCM法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d微观孔结构和氯离子渗透系数进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下混凝土的临界孔径和最可几孔径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多,其氯离子渗透系数也明显大于标准养护条件下的混凝土,与孔结构的发展规律一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土水泥石孔结构劣化,混凝土抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土水泥石孔结构随着水灰比的提高呈现出先优化后劣化的趋势,混凝土抗氯离子渗透性变化规律亦与之相同.     

不同养护条件下同等强度混凝土抗氯离子渗透性和细观结构对比分析试验研究

为研究不同养护条件下同强度混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的差异,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下养护56 d和标准养护条件下养护28 d的抗压强度基本一致的混凝土的细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:两者抗压强度基本相同,孔隙率也基本相同,但-3℃负温养护条件下养护56 d混凝土的气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下养护28 d的同种混凝土,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下养护56 d的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下养护28 d的混凝土.在-3℃养护条件下,混凝土中部分液相水很快转化成冰,一方面降低了水泥的水化速率,另一方面,因水结成冰产生膨胀内应力,使内部孔结构劣化严重,故出现上述现象.因此,强度不能作为衡量混凝土性能优劣的唯一指标,强度相同而养护温度不同时,其抗氯离子渗性和细观孔结构也不同.     

SAP内养生混凝土抗渗性能与细观结构相关性研究

为研究高吸水性树脂(Super absorbent polymer,简称SAP)参数对路面混凝土抗渗性能及细观结构的影响规律,并从细观角度探索SAP对路面混凝土抗渗性能的增强机理,选用3种目数,3种掺量的SAP,基于抗氯离子渗透试验(RCM)研究SAP参数对路面混凝土抗渗性能的影响;基于压汞试验(MIP)研究其对路面混凝土不同层位、不同龄期的孔结构参数的影响;基于数值分析法研究内养生路面混凝土抗渗性能与孔结构间的相关性.试验结果表明:SAP可有效提高路面混凝土的抗渗性能,且掺量为0.160％的40 ～ 80目SAP提高效果最显著;SAP的掺入虽然在一定程度上增大了路面混凝土的孔隙率,但能够减小平均孔径、临界孔径尺寸,并使各层位之间的孔结构更加均匀,且随着龄期的增长,SAP的优化效果更加明显;氯离子迁移系数与孔隙率和过渡孔、毛细孔总含量显著相关,且其含量越大,混凝土抗渗性能越差.     

低气压环境对混凝土含气量及气泡稳定性的影响

通过低气压试验箱模拟高原不同海拔地区气压环境,研究了低气压环境对引气混凝土含气量及气泡稳定性的影响。结果表明:环境气压的降低能够显著削弱引气剂的引气能力,混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,当环境气压降低至50 k Pa时,混凝土含气量比常压环境下降低约28%~52%。低气压环境使引气混凝土气泡稳定性变差,在搅拌结束50~55 min内,低压引气混凝土含气量经时损失较大,且气泡间距系数明显增大;延长振捣时间会使低压引气混凝土损失更多气泡,从而导致含气量降低幅度以及间距系数的增大程度均大于常压引气混凝土。     

引气剂对混凝土气泡结构的影响研究

为了便于引气剂的开发与应用,本文采用图像分析方法测试了掺有6种引气剂的混凝土气泡结构参数,研究了引气剂品种对混凝土的含气量、气泡间距系数、气泡平均直径及孔径分布的影响。结果表明,引气剂品种对新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量的相关性、硬化混凝土气泡间距系数、气泡平均直径及孔径分布会产生显著影响,仅通过新拌混凝土含气量来评价掺加不同品种引气剂混凝土的引气效果,可能会存在较大偏差。对于耐久性混凝土的配合比设计,建议采用含气量和气泡间距系数双控。     

高原低气压环境对引气砂浆孔结构的影响机理

高原低气压环境会影响气泡稳定性,进而影响引气混凝土的孔结构和抗冻性。通过自建低气压搅拌装置,研究了气压对新拌引气砂浆气孔结构的影响。结果表明：气压降低会导致引气砂浆初始含气量降低,气泡间距系数增大,含气量经时损失增大,孔结构劣化明显。低气压环境下引气砂浆孔结构劣化的主要机理是由于低气压加速了气泡体系的Ostwald熟化过程,使得小气泡越来越小直至消失,大气泡越来越大直至破裂,气泡体系平均孔径增加,加快了气泡体系的失稳速度。该研究结果对于理解低气压环境下气泡失稳机理和开发相应的稳泡技术具有指导意义。     

干寒大温差环境下混凝土的抗裂性能、力学性能及气孔结构分析

试验研究了干寒大温差环境养护下的混凝土开裂过程、抗压强度及28 d龄期的孔径分布情况,分析了混凝土的初始开裂面积、气孔结构与抗压强度之间的关系,并与标准养护下的试验结果进行了对比分析.结果表明:在干寒大温差的养护条件下,混凝土的抗裂性能和力学性能更差,具体表现为初裂时间更短、初裂长度、初裂宽度更大、裂缝总条数更多;混凝土同龄期的抗压强度也较标准养护下要小,并与混凝土的初始开裂面积存在一定的相关性;孔径分布较标准养护下有一定的差异,主要表现为小孔径的孔更少,大孔径的孔更多,孔径分布朝着大孔径的方向移动;除此之外,水胶比也对混凝土的抗裂性、抗压强度和孔径分布有影响.     

低水胶比水泥浆体的力学性能与水泥石微结构

随着工程对混凝土强度和耐久性要求的提高,混凝土材料的水胶比不断降低。低水胶比条件下,水泥基材料的力学性能、胶凝材料水化程度及孔结构特征变化规律可能出现新的特点。设计水胶比为0.13～0.21的低水胶比水泥浆体,采用标准养护和高温蒸养两种养护制度,研究了硬化浆体力学性能、水化程度和水化产物微结构变化规律。结果表明:低水胶比条件下,水泥硬化浆体的抗折强度随水胶比降低持续提升,抗压强度先提升后下降;存在极限水胶比使胶凝材料体系强度达到最高,极限水胶比取决于硬化浆体的孔隙变化规律,也受到养护温度的影响;水胶比高于0.15时,水泥水化程度与水胶比呈现严格线性;降低水胶比可有效细化毛细孔,降低硬化浆体的孔隙率;但极低的水胶比和高温蒸养会使大孔出现粗化。低水胶比条件下,硬化浆体的孔结构决定其力学性能,水泥的水化程度只起到辅助作用。