基于顯微硬度法測定混凝土勻質(zhì)性的研究

吳義林 嚴(yán)文佩 陳朝暉

(1.京山縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，湖北 京山 431800； 2.京山縣公共檢驗檢測中心，湖北 京山 431800)

?

基于顯微硬度法測定混凝土勻質(zhì)性的研究

吳義林1嚴(yán)文佩2陳朝暉1

(1.京山縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，湖北 京山 431800； 2.京山縣公共檢驗檢測中心，湖北 京山 431800)

通過顯微硬度法，分析了用水量波動、水灰比、粉煤灰三者對混凝土勻質(zhì)性的影響，結(jié)果表明，離析度、集料離差度與用水量存在較好的線性相關(guān)性；水灰比的降低、粉煤灰的摻入優(yōu)化了水化產(chǎn)物，降低了孔隙率，有效地改善界面過渡區(qū)的均勻性。

混凝土，勻質(zhì)性，顯微硬度，界面過渡區(qū)

由于外加劑的大量使用，在一定程度上提高了混凝土的工作性能，但卻容易導(dǎo)致混凝土離析、泌水現(xiàn)象的發(fā)生?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性將導(dǎo)致混凝土強度和耐久性能的降低，從而降低了材料的使用壽命[1-8]。

通過研究水灰比的改變對混凝土工作性能的影響，利用顯微硬度法，探索礦物摻合料以及用水量對硬化混凝土內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)的影響，對混凝土勻質(zhì)性進(jìn)行綜合評價。

1 實驗部分

1.1 原材料

本實驗中所用的水泥為P.O42.5水泥，其化學(xué)成分如表1所示，粉煤灰的化學(xué)成分見表2。細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，粗集料為5 mm～31.5 mm碎石，表觀密度為2 610 kg/m3。減水劑為LN-SP型聚羧酸系高效減水劑，其減水率為29.1%。實驗用水均為潔凈的自來水。

表1 水泥的化學(xué)成分

1.2 試驗方法

表2 粉煤灰的化學(xué)成分(wt%)

1)混凝土配合比。本文設(shè)計了普通混凝土和高性能混凝土兩類基準(zhǔn)混凝土，表3為試樣配合比。在此用水量的基礎(chǔ)上，對每類混凝土的用水量上下調(diào)節(jié)15 kg/m3和25 kg/m3。

表3 混凝土配合比 kg/m3

2)均勻性實驗。均勻性實驗采用如圖1所示的試驗設(shè)備。將成型后的新拌混凝土裝入設(shè)備中，振搗密實，然后分別測定不同部位混凝土的重量來表征材料的離析程度。式(1)為混凝土離析度(用SC表示)，式(2)得到集料離析度(用SA表示)。

(1)

其中，ρ0為配合比混凝土濕容重；ρ1為上層混凝土濕容重；ρ2為下層混凝土濕容重。

(2)

其中，m0為配合比粗集料干燥重量；m1為上層粗集料干燥重量；m2為下層粗集料干燥重量。

3)顯微硬度測試。當(dāng)混凝土試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定28 d后，取其不同部位制成顯微硬度儀所需的規(guī)格尺寸，然后對表面進(jìn)行打磨、拋光。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 用水量波動對混凝土勻質(zhì)性的影響

圖2和圖3分別為用水量變化對混凝土工作性能的影響。從圖2和圖3中可以看出，用水量的變化對混凝土的工作性能影響十分明顯，當(dāng)增大單位用水量時，由于新拌混凝土的粘度下降，從而導(dǎo)致粗集料下沉，最終表現(xiàn)為離析度的增加。與此同時，混凝土離析度和集料離析度均與用水量存在良好的線性關(guān)系。

2.2 水灰比對混凝土勻質(zhì)性的影響

圖4和圖5為普通混凝土的內(nèi)部和表層集料界面過渡區(qū)的顯微硬度。由圖4，圖5可知，混凝土內(nèi)部集料附近顯微硬度的分布關(guān)系為上界面>側(cè)面>下界面，同時上界面的界面過渡區(qū)的范圍均小于側(cè)面和下界面，這主要是由于上、側(cè)、下界面過渡區(qū)的不同水灰比造成的，當(dāng)新拌混凝土振搗過程中，在粗集料附近形成水膜效應(yīng)，導(dǎo)致上下水灰比的差別。而內(nèi)部混凝土與表層混凝土相比，其界面過渡區(qū)的范圍相對窄些，這是由于在界面過渡區(qū)生成更多的Ca(OH)2，同時界面處的孔隙率更多，從而導(dǎo)致表層集料界面過渡區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)更加疏松，界面過渡區(qū)寬度變大[7]。

2.3 粉煤灰對混凝土勻質(zhì)性的影響

高性能混凝土內(nèi)外部體系界面過渡區(qū)的顯微硬度見圖6，圖7。由圖6，圖7中可知，在相同離析度的情況下，高性能混凝土的界面過渡區(qū)的寬度均小于普通混凝土。這主要是由于粉煤灰的加入，由于其活性效應(yīng)，消耗了水化產(chǎn)物Ca(OH)2，使得界面過渡區(qū)的Ca(OH)2的生成量減少，同時粉煤灰的填充效應(yīng)也使得其孔隙率下降，故其界面過渡區(qū)的顯微硬度較普通混凝土大，寬度變窄。

3 結(jié)語

1)利用離析度的方法能夠較好的表征混凝土的均勻性，而高性能混凝土相對于普通混凝土而言，其對用水量變化的影響較小些。

2)水灰比的降低在一定程度上降低了混凝土的離析度，增加了混凝土的均勻性，有利于提高耐久性。

3)粉煤灰的摻入優(yōu)化了水化產(chǎn)物，降低了孔隙率，能夠有效改善界面過渡區(qū)的均勻性。

[1] 邢 鋒,張 鳴,丁 鑄.新拌混凝土的勻質(zhì)性對其性能的影響[J].硅酸鹽通報,2007,26(3):588-595.

[2] 陳露一,鄭志河.混凝土界面過渡區(qū)不均勻特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2007,29(9):211-213.

[3] 魏麗萍.水在混凝土中的作用及對混凝土性能的影響[J].安徽建筑工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,10(1):17-20.

[4] 孫南屏.混凝土體積穩(wěn)定性的若干問題[J].混凝土,2001,145(11):61-69.

[5] M.F.Petrou,K.A.Harries.Unique experimental method for monitoring aggregate settlement in concrete[J].Cement and Concrete Research,2000(30):809-816.

[6] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[7] BERGER R L,CAHN D S McGregor J D.Calcium hydroxide as a binder in Portland cement paste[J].J Am Ceram Soc,1970,53(1):57-58.

[8] 魏麗萍.水在混凝土中的作用及對混凝土性能的影響[J].安徽建筑工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,10(1):17-20.

Investigation on the influence factors of homogeneity of concrete by microhardness tester

Wu Yilin1Yan Wenpei2Chen Zhaohui1

(1.Jingshan Institute of Quality Supervision and Inspection, Jingshan 431800, China; 2.Jingshan Testing Center of Public Inspection, Jingshan 431800, China)

Through the microscope hardness method, analyzed the influence of water consumption fluctuation, water cement ratio, fly ash to concrete homogeneity. The results showed that the degree of segregation and diversity of aggregate had a linear relationship to water consumption of concrete. The decrease of water-binder ratio and fly ash can optimize the hydration products, reduce the porosity, effectively improve the ITZ of concrete.

concrete, homogeneity, microhardness, interfacial transition zone

1009-6825(2017)12-0096-02

2017-02-16

吳義林(1972- )，男，工程師

TU528

A