低温度敏感性混凝土的制备技术研究

摘要

水泥混凝土材料是一种由硬化水泥石、骨料、孔隙、掺合料等物相组成的非均质多相复合材料。当水泥混凝土材料服役于温度剧烈变化的环境中时,其内部各相组分会产生不同大小的热变形,这些热变形由于物相间的热变形特性的差异而相互挤压拉伸形成热应变,使得水泥混凝土的界面过渡区产生微裂纹,从而对材料的宏观力学性能和微观耐久性能构成影响。本文主要针对我国内蒙古地区大温差环境下的水泥混凝土材料由于反复的温度起伏导致劣化(以下简称“温差劣化”)损伤的现象进行试验研究。在实验室环境下模拟研究水泥混凝土材料在大温差环境(35℃～85℃)的温差劣化损伤现象及破坏机理。利用宏观和微观测试手段研究水泥混凝土材料内部水泥石、骨料的组分热变形特性,通过掺入粉煤灰、硅灰和苯丙乳液等掺合料对其进行改性,从而找到并适应于这种大温差环境下的低温度敏感性混凝土的制备技术。得到的主要结论如下:
　　 (1)通过试验模拟大温差环境,发现水泥混凝土材料中的水泥石和骨料的热变形特性,包括热应变和热膨胀系数,均存在较大差异。大温差循环作用会使水泥混凝土材料的界面过渡区出现裂纹损伤。裂纹宽度会随着大温差循环次数的增加而逐渐扩展。与此同时,水泥混凝土材料的抗压强度会大幅损失。
　　 (2)水泥石的热变形特性可以由添加粉煤灰、硅灰和苯丙乳液等掺合料而得到调控和改善。在35℃～85℃时,这三种掺合料的添加均能不同程度的降低水泥石的热应变和热膨胀系数。
　　 (3)粉煤灰改善水泥石热变形特性主要由于其添加可以增大水泥石的孔隙率,水泥石孔结构得到改善使得其热膨胀系数得到降低;硅灰改善水泥石热变形特性主要由于其添加可以与水泥石内部的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶并降低氢氧化钙含量从而降低了水泥石的热膨胀系数;苯丙乳液改善水泥石热变形特性主要是由于其添加可以在水泥石内部形成聚合物薄膜,增强了材料的韧性,由此也降低了水泥石的热膨胀系数。
　　 (4)可以通过试验设计制备特定大小热膨胀系数的水泥石,使混凝土组成材料之间达到相当程度的热膨胀协调性,从而制备得到对温度变化敏感性较低的混凝土材料。
　　 (5)混凝土中添加了粉煤灰、硅灰和苯丙乳液等掺合料后,混凝土的热膨胀系数可得到不同程度的降低,硅灰降低作用小,粉煤灰其次,苯丙乳液最大。同时,由于掺合料的添加使得低温度敏感性混凝土在大温差循环作用下的宏观力学损失降低,同时其界面过渡区裂纹宽度得到控制。