海水环境下混凝土孔结构演变规律研究

摘要

孔结构是混凝土材料的重要特征之一，它严重地影响着混凝土材料的抗渗性、抗冻性、强度等性能。水泥浆体与集料之间的界面过渡区是混凝土中最薄弱的环节，其强度低，容易引发裂缝，并且裂缝易于扩展。采用合适的表征手段探讨混凝土材料微观结构的发展变化规律，有利于从不同层次把握其性能与组成、结构之间的关系，从而对其性能做出评价，对于开发高性能水泥混凝土材料具有重要意义。
　　 本文通过先进测试技术，表征海水和淡水环境下混凝土孔结构和界面过渡区，探索海水环境下混凝土孔结构的演变规律以及矿物掺合料对混凝土孔结构和界面过渡区的改善作用，并分析海水环境影响混凝土孔结构的变化机理以及矿物掺合料对混凝土孔结构和界面过渡区的改善机理。实验研究表明：
　　 (1)压汞实验结果和显微镜法测孔结果表明，3天龄期时，相对淡水养护，海水养护环境下混凝土小孔较多，孔隙率低，孔径较淡水环境下细化一些。当养护龄期到达28天时，淡水环境养护下混凝土孔结构较海水环境下细化。当到达长龄期180天时，淡水环境养护下的混凝土孔结构明显要比海水环境养护下的混凝土细化。
　　 (2)界面过渡区的显微硬度和SEM测试结果表明，在3天龄期时，海水环境中养护的混凝土界面过渡区显微硬度值高于淡水环境中养护的混凝土且宽度要比淡水环境下的小，同时过渡区与骨料之间的连接更为紧密。在28天龄期时，海水环境中养护的混凝土的界面过渡区显微硬度值均低于淡水环境中养护的混凝土，界面过渡区宽度要比淡水环境下的大。同时界面过渡区变得较3天时疏松，且有少量裂纹产生，而此时淡水环境下较密实，孔隙率较小。在180天长龄期时，海水环境中养护的混凝土的界面过渡区显微硬度值明显均低于淡水环境中养护的混凝土，界面过渡区宽度明显要比淡水环境下的大，同时有较大孔隙和裂纹，后期海水环境的腐蚀更为严重。
　　 (3)随着掺入矿粉，硅粉和偏高岭土后，混凝土孔隙率逐渐减小，临界孔径、最可几孔径、气泡平均半径均有所减小。混凝土孔径得到细化，孔径分布更为合理。同时界面过渡区的显微硬度值均增大，界面过渡区的宽度均有所减小，且界面过渡区更致密。矿物掺合料改善混凝土孔结构和界面过渡区的效果依次为：偏高岭土>硅粉>矿粉。
　　 (4)在3天龄期时，海水养护条件下混凝土抗压强度较淡水环境下的高。当达到28天时，其抗压强度与3天的规律相反。当达到180天时，淡水养护条件下混凝土抗压强度明显要高于海水环境下的。掺入矿粉，硅粉和偏高岭土后，混凝土抗压强度值逐渐增大，这与矿物掺合料改善混凝土孔结构有关。强度测试结果与孔结构和界面过渡区测试结果密切相关。
　　 (5)在3天早龄期时，主要是海水中的某些成分与混凝土毛细孔壁上的组分反应生成了难溶的产物，起到了促进水化和裂缝“自闭合”作用，使得海水环境下的混凝土孔结构要优于淡水环境下。在28天时，随着水化程度的加深，混凝土逐渐致密化。此时主要是海水中的各种离子的交互作用腐蚀，使得海水环境下的混凝土孔结构开始转变，逐步劣化。在180天长龄期时这种腐蚀劣化作用更加明显。矿物掺合料主要通过微集料填充效果和火山灰活性效应来改善混凝土孔结构和界面过渡区。