应用压汞法对混凝土孔结构特征的研究.pdf

赵 晶等 ： 应 用压汞法对混凝土孔结构特征的研究 3 应 用压汞 法对 混凝土孔结构 特征的研 究 赵晶 ， 徐天博 ( 1 大连交通大学土木与安全- r 程 学院 。 辽宁大连1 1 6 0 2 8； 2 长春新星 宇建筑 安装有 限公司 。 长春1 3 0 0 0 0) 【 摘要】 混凝土的宏观性能与其细观和微观结构有着很密切的联系， 而孔结构是水泥混凝土微观结构的 重要构成部分。以不同类型的混凝土为研究对象， 利用压汞仪测定混凝土的孔结构参数 ， 对 比分析了普通混凝 土、 添加掺合料以及纤维等不同种类混凝土的孔结构特性。 【 关键词】 混凝土 ； 压汞法 ； 孔结构 ； 掺合料 ； 纤维 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 0 3 0 2 孔隙率、 孑 L 径尺寸与级配、 孔形貌、 孔分布等被称为混 凝土的孔结构。研究孔结构的主要目的就是要获取混凝土 的宏观性能( 力学性能和耐久性能) 和孔结构两者之间的影 响关系， 建立孔结构一材料性能的定性或定量的相互关系 模型。通过研究孔的结构特征来控制和优化混凝土的宏观 性能。很多国内外学者通过模 型法建立多种理想模型， 其 中以研究孔结构与强度之间的影响关系较多， 尤其是孔隙 率与强度的关 系。目前许多研究结果表明： 掺活性矿物掺 和料的混凝土， 其孔结构有所改善， 有利于提高混凝土的力 学 性能和耐久性能 。 文中采用压汞法测定 混凝土孔结构参数。采用美国 M I C R O M E R I T I C S公 司生产的 A u t o P o r e l V 9 5 0 0全 自动压汞 仪。压汞仪可用于分析粉末或块状固体的孔尺寸分布、 总 孔体积、 总孔 面积 、 样品堆 真密 度， 最大 压力 3 3万 磅 ( 2 2 8 MP a ) ， 孔径测量范围0 2 2 0 n m， 有一个高压站和两个 低压站。数据处理软件包括弯曲度、 渗透性、 压缩性、 孔喉 比、 不规则尺寸分布、 Ma y e r S t o v e 颗粒尺寸分布， 有快速扫 描、 时间或速率平衡三种操作模式 ， 进 退汞的体积精度 小于 0 1 t r L 。 1 原材料性 能 表 1 掺和料的性能 本试验选用的水泥为大连小野田水泥有限公司生产的 4 2 5 R硅酸盐水泥。选用大连建科院 D K一4型混凝土高效 减水剂。制备的混凝土类型有掺掺和料的混凝土和掺纤维 的混凝土。掺和料性能见表 1 ； 三种纤维 ： 聚丙烯纤维 ( P P ) 、 耐碱玻璃纤维 ( A R) 、 玄武岩纤维 ( B F ) 的性能见表 2 。 2混凝土孔 结构 分析 各种类型混凝土配合比见表 3 ， 混凝土强度见表4， 混凝 土了 L 结构测试结果见表5 。 表 2 纤维 的性能 编号 P P A R m- 3 k g I1 1 0， 一 k m 一 C 3 0 0 5 2 3 6 2 5 C 4 0 0 4 5 3 6 一 一 2 5 一 一 一 C 柏 一 F A l O 0 4 5 3 6 1 O 一 2 5 一 一 一 C 4 o F A 1 5 也4 5 3 6 1 5 2 5 一 一 一 C 4 0一 s 1 0 4 5 3 6 8 2 5 一 一 一 C 4 o P P 0 4 5 3 6 一 2 5 n9 一 一 C 柏 一A R n 4 5 3 6 一 2 5 2 0 一 C 4 0一 B F 0 4 5 3 6 一 2 5 一 一 2 5 2 1 掺加掺合料对混凝土孔结构的影响( 图 1 ) 对比普通混凝土： C 3 0和 C 4 0相比， 最可几孔径、 总孔体 积都有比较大的差别， 说明混凝土强度的不同是由孔结构 参数的变化决定的； 对 比 C A 0与 C 4 0一F A的混凝土， 很明 显， 掺加粉煤灰后， 混凝土的孔结构有了很大的改变 ， 总孔 体积和最可几孔径都变小了， 而混凝土的强度也有了提高， 对比C 4 0一F A 1 0与 C 4 0一F A 1 5， 后者的孔结构特征比较好 ， 总孔体积下降更加明显， 因此掺加粉煤灰 1 5 更合适； 对比 C 4 0普通混凝土与掺加硅灰的混凝土， 加入硅灰后， 最可几 孔径和总孔体积都有不同程度的下降， 而混凝土强度提高。 由孔径分布结果发现： 孔径在 2 01 0 0 n m范围内的孔 ( 无害孔) 所占的比例很大， 而有害孔径范围主要分布在 1 0 0 2 0 O n to范围。相对于空白混凝土 ， 掺加粉煤灰和硅灰的试 件， 无害孔径略有上升， 同时有害孔径明显降低， 说明添加 粉煤灰和硅灰后对降低混凝土有害孑 L 径是有利的。 4 低温建筑技术 2 0 1 3年第 9期 ( 总第 1 8 3期 ) 表 4 混凝土抗 压强度 M P a 编号 孔隙分布范围 l T l1 g l ( 2 01 0 o n m 1 0 0_ m 6 24 9 6l C 3 0 - 0 0 C AO - -0 0 C4 0 L FA1 0 C AO - F A1 5 C 4 ( b I 总孔体积， l 0 mL g - 镕 最可几孔径， n m 图1 掺加掺合料混凝土 的孔结构特征 2 2 掺加纤维对混凝土孔结构的影响( 图2 ) 5 0 3 5 9l C 4 0 0 o C4 0 一 PP C4 0 一AR C4 0一 BF l总孔体积， l 0 一 mL g - 。 最可几孔径l u re 图2 掺加纤维混凝土的孔结构特征 混凝土中添加纤维能在一定程度上改善混凝土的孔隙 结构。加人纤维后， 混凝土的强度有提高； 纤维混凝土的最 可几孔径都大幅度的降低 ， 其中以玄武岩纤维混凝土降低 的最为明显， ， 这是因为纤维具有阻止裂纹产生 的作用， 而 且无机纤维在降低混凝土最可几孔径， 改善混凝土孔结构 的效果上比有机纤维好。 对比掺加纤维的混凝土和空白混凝土的孔径分布： 添 加纤维后， 2 01 0 0的孔径分布有略微的提高， 而 1 0 0 2 0 0 n m范围的有害孔数量明显下降， 其 中， 玄武岩纤维 的效 果最明显， 再一次的验证了无机纤维对改善混凝土孔结构 效果强于有机纤维。 3 结语 在混凝土中添加粉煤灰和硅灰以及不同品种的纤维 ， 通过压汞法试验研究了混凝土孔结构特征。 ( 1 ) 在混凝土中用粉煤灰代替部分水泥， 早期强度会 降低， 但是后期强度发展较高； 掺人硅灰后， 混凝土的强度 提高； 粉煤灰和硅灰的掺入改善了混凝土的孑 L 结构。 ( 2 ) 掺入纤维后， 混凝土的强度有了一定的提高。纤 维掺人混凝土后在不同程度上改善了混凝土内部的孔结 构， 总体趋势是减少了混凝土内部少害孔、 有害孔和多害孔 的形成 ， 使内部结构的粗大孔得到细化 ， 小孔分布增加 ， 最 可几孔径和总孔面积有了明显的降低， 其中， 聚丙烯纤维混 凝土最可几孔径最大， 效果最差； 玄武岩纤维混凝土最可几 孔径是最低的， 虽然总孔体积较大， 但大多分布在无害孔范 围内， 对混凝土强度基本无影响， 玄武岩纤维增强效果比聚 丙烯纤维和耐碱玻璃纤维要好。 参考文献 1 P P u m e H ， N R S h o r t ， C L P a g e ， A J M u m d a r M i c r o s t r u c t u r a l o b s e r v a t io n i n n e w m a t r i x g l 龉日 fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t J C e - m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 0， ( 3 6 ) ： 1 7 4 71 7 5 3 2 刘红梅， 刘晶 无机矿物纤维在混凝土材料中的应用 J 混 凝土技 术， 2 0 1 1 。 ( 1 ) ： 3 74 0 3 韩德志， 姚航 有机纤维在混凝土材料 中的应用 J 混凝土 技术， 2 0 1 0 ， ( 1 2 ) ： 5 3 5 7 4 韩瑜， 郭志强， 王宝民 材料孔隙结构测试技术 一 压汞法 J 混凝土技术 ， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 1 5一l 8 收稿日 期】 2 0 1 3 - 0 5 2 4 f 乍者简 介】 赵晶( 1 9 6 4一) ， 女 ， 黑龙 江齐齐 哈尔人 ， 博士 ， 教授( 博导) ， 从事土木工程材料的研究。