人造骨料特性对混凝土界面过渡区的影响研究

作     者：陈茹梦 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林忠财（LING Tung Chai）;罗诚

授予年度：2021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：界面过渡区 人造骨料 碳化养护 微观结构 力学性能 

摘      要：人造骨料的组成及物理化学特性与天然骨料大不相同,如其孔隙率大、吸水率高、可能存在潜在活性等,这些特性会导致混凝土界面过渡区的微观结构和微观力学性能与天然骨料混凝土界面过渡区的差异。人造骨料的硬化方式主要有烧结、自然硬化、碳化养护和碱性活化,由于烧结硬化能耗大、经济性低,自然硬化和碳化养护成为人造骨料硬化新选择。自然硬化和碳化养护对人造骨料特性产生不同结果,从而对界面过渡区产生不同影响。而界面过渡区的结构深刻影响混凝土的宏观性能,因此本文以混凝土浆体废弃物和转炉钢渣粉末制备人造骨料,探究自然硬化与碳化养护人造骨料对于界面过渡区微观结构的影响机理,并研究骨料强度、界面过渡区以及混凝土抗压强度之间的关系。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重测试和显微硬度测试等测定分析界面过渡区的微观形貌、水化产物定量分析、氢氧化钙(CH)晶体取向性、显微硬度值和宽度,结论如下:(1)自然硬化混凝土浆体废弃物人造骨料吸水率高(23.3%),粉体颗粒粘结差,强度较低。由于人造骨料与水泥浆体粘结性能较差,使得界面处孔隙率高达30%,且主要的水化产物C-S-H凝胶和钙矾石含量低,导致界面过渡区结构疏松。混凝土废弃浆料人造骨料样品的界面过渡区宽度约为90μm,显微硬度整体比天然骨料样品低10HV左右。(2)与自然硬化人造骨料相比,碳化养护人造骨料吸水率低,强度高,其表面生成大量碳酸钙,使结构变得致密,从而显著改善界面过渡区。碳化养护人造骨料混凝土界面过渡区生成较多水化产物,水化产物形成致密的空间结构,孔隙率大幅下降,CH晶体含量减少,且降低了其取向性。碳化养护人造骨料对于界面过渡区的增强主要是骨料表面生成的碳酸钙的作用,碳酸钙为C-S-H提供大量成核位点,促进大量C-S-H凝胶生成;其次碳酸钙与水泥浆体中的铝相物质发生化学反应生成单碳铝酸盐。碳化养护组样品提高了骨料表面10μm处的显微硬度值,大约为12%,但并未显著影响界面过渡区的宽度,碳化养护组与自然硬化组样品的界面过渡区大约在60-90μm。(3)碳化养护钢渣人造骨料强度为7MPa,界面过渡区微观结构增强,二者共同作用,比自然硬化钢渣人造骨料混凝土强度提高了44%。尽管碳化养护混凝土浆体废弃物人造骨料改善了界面过渡区结构,但其骨料强度为仅3MPa,混凝土仍然从骨料处发生破坏。因此,只有当骨料强度达到一定值时,界面过渡区微观结构的改善才能对混凝土抗压强度产生非常有利的影响。