基于高分辨X-CT的水泥基材料界面微结构研究

摘要

众所周知，水泥基复合材料集料与浆体之间的界面过渡区(interfacial transition zone，ITZ)是连接集料与水泥浆体的桥梁，在结构与性能上均不同于它所连接的集料和水泥浆体。与水泥浆体相比，ITZ存在晶体取向、晶体尺寸大、孔隙数量多以及孔径大等缺陷，是水泥基材料的薄弱环节，直接影响到材料内部物质的运输和能量的传递等，从而进一步影响材料的宏观性能和服役寿命等。因此，ITZ研究对于提高水泥基材料的性能具有重要意义。 本文借助于高分辨X-CT无损获得理想样品的三维内部结构信息，借助于理想样品（砂子、水泥粉堆积物样品和单骨料水泥净浆样品）简化ITZ，利用几何放大方法解决了ITZ统计单元太小不具代表性的问题，再结合数字图像处理技术定量表征了边壁效应的相关信息，研究了水灰比、凝胶材料粒子粒度、骨料曲率以及养护时间（水化时间）对ITZ和边壁效应的影响，获得的主要结论如下：1）几何放大法是扩大统计单元，进行ITZ分析的有效方法，解决了ITZ统计单元太小不具代表性的问题。2）水灰比影响ITZ内未水化水泥颗粒的粒度大小。在养护条件相同，养护龄期均为7d时，在距离骨料相同距离处，水灰比为0.40的单骨料硬化水泥浆体(P40)未水化水泥颗粒平均直径均小于水灰比为0.53的单骨料硬化水泥浆体(P53)未水化水泥颗粒平均直径。在整个统计范围内，P40的未水化水泥颗粒平均直径为11.8μm，P53为16.6μm。3）ITZ的宽度随水灰比的增大而增大，当水灰比从0.40增加到0.53时，硬化水泥浆体的ITZ宽度从9.00μm增大到20.4μm。4）ITZ宽度与初始凝胶材料粒子的体积平均直径（或中值粒径）相关。砂子碳棒样品ITZ宽度为600μm左右，与颗粒中值粒径（中值粒径为600μm左右）相近；水泥粉样品ITZ宽度为16.8μm左右，与水泥粉颗粒平均直径15.8μm左右相近。

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