矿物掺合料对再生混凝土界面过渡区微结构影响研究

作     者：班顺莉 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高嵩

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：再生混凝土 矿物掺合料 抗压强度 显微硬度 界面过渡区 孔结构 

摘      要：随着城市化进程的不断加快,废旧混凝土产量与日俱增,这些建筑垃圾的处理方式通常以堆放填埋为主,使生态环境发生严重破坏并造成自然资源的进一步枯竭。对废旧建筑垃圾重回收利用对建筑业的可持续发展和环境改善具有双重意义。近年来,世界各国都在加强废旧混凝土再生利用的技术研究,再生混凝土技术已成为国内外学者共同关注的热点和前沿课题。然而由于制造工艺及附着砂浆等因素,使再生骨料内部充斥着孔洞、微裂缝及薄弱的界面过渡区,且存在低比重、高吸水率、低表观密度等缺陷。因此,与天然混凝土相比,由再生骨料制备的再生混凝土工作性、密度、抗压强度及抗渗性能均显著下降。为了探究再生混凝土的劣化机理,改善再生混凝土的力学及耐久性能,本文以粉煤灰、矿粉、硅灰为增强材料对再生混凝土进行改良。从微观的角度出发,利用区域异色定位区分再生混凝土不同类型的界面过渡区(ITZ),并结合扫描电镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)、压汞测试(MIP)、显微硬度测试及热重分析等微观技术观测ITZ性能随掺合料掺量的演变,揭示掺合料改善再生混凝土性能的反应机理。在国家自然基金的资助下,进行了以下研究工作:1.研究了矿物掺合料对再生混凝土抗压强度、抗氯离子渗透性能及抗冻性能的影响。结果表明:粉煤灰掺量越高,再生混凝土的早期强度发展越缓慢,随着龄期的增加抗压强度逐渐上升。矿粉对再生混凝土抗压强度的改善较显著且优于粉煤灰,抗压强度随掺量先增后减,掺量为30%时强度提升最明显。硅灰对再生混凝土抗压强度的改善效果最佳。矿物掺合料可以增强再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能。氯离子渗透系数随着龄期的增加而降低。2.对再生混凝土试样切片、抛光后,使用显微硬度仪测试再生混凝土界面结构的维氏硬度,每个界面过渡区进行102次硬度测试,根据硬度分布图像来表征再生混凝土界面过渡区结构特征。结果表明:龄期为28d时,粉煤灰对再生混凝土ITZ的显微硬度影响不明显,这主要与其活性低有关。矿粉可以增加再生混凝土ITZ显微硬度,降低ITZ宽度,改善再生混凝土的多重界面区结构。硅灰对ITZ的改善效果最佳,ITZ宽度最低,显微硬度最大。与新老砂浆ITZ相比骨料新砂浆ITZ结构更密实,宽度较小,显微硬度较高。3.利用扫描电镜和热重技术分析了再生混凝土界面过渡区结构形貌及水化产物的变化。结果表明:未加掺合料的再生混凝土ITZ结构疏松,内部存在较多孔隙,部分孔隙呈连通状态,且有较多片状Ca(OH)富集。掺入矿粉和硅灰后再生混凝土的ITZ结构较致密,矿粉和硅灰的火山灰活性可与水泥水化产生的Ca(OH)发生二次水化反应,生成范德华力更高的C-S-H凝胶,填充ITZ孔隙,增强ITZ性能。粉煤灰的可以很好的填充再生混凝土ITZ的空隙,但水化反应缓慢,内部仍存在较多未完全反应的粉煤灰颗粒。4.采用压汞测孔法测试了再生混凝土水泥石的孔结构参数,并利用背散射电子成像技术计算了ITZ孔隙率,定量表征掺合料对再生混凝土水泥石及ITZ孔隙性能的影响。再生混凝土水泥石的大孔和毛细孔含量较多,矿物掺合料可以降低水泥石的孔隙率,提升凝胶孔含量。ITZ的孔隙率随距骨料表面的间距增大而逐渐降低,掺合料可以降低ITZ孔隙率,增加ITZ的密实程度。ITZ的孔隙率与显微硬度有很好的相关性,ITZ孔隙率是影响显微硬度的重要因素。与骨料新砂浆ITZ相比,新老砂浆ITZ的孔隙率更低。