碳化过程中水泥基材料微结构演变的比较研究

摘要

混凝土结构内部碱性物质的碳化反应是影响混凝土耐久性的重要原因。现有关于碳化的定量预测模型中含有微结构参数的很少。为了深入地对混凝土使用寿命进行预测，有必要对水泥基材料碳化后不同碳化区微观结构差异进行研究。
　　本文以水灰比、掺合料、加载和碳化浓度等不同条件下，对水泥净浆和砂浆进行了分区研究。采用TG-DSC、MIP等测试方法，对其物相组成及孔结构变化等微结构演变进行了表征，为基于微结构的碳化模型的建立提供依据。
　　试验结果表明，不管是净浆还是砂浆，水灰比越大，其完全碳化区尺寸、部分碳化区尺寸越大。相同水灰比条件下，净浆试件的完全碳化区尺寸、部分碳化区尺寸均大于砂浆试件。水泥净浆的部分碳化区尺寸随碳化龄期的延长而增大。水灰比越大，其pH值变化区越长，且pH值变化区尺寸与完全碳化区尺寸间比值越大。热重法测得的部分碳化区的长度大于pH值变化区长度。
　　不管是砂浆还是净浆，试件总孔隙率、最可几孔径随着碳化方向的深度的加深而变大，即碳化程度越大，总孔隙率、最可几孔径越小。孔饱和度随着深度的增加而减小，即随着碳化程度的加深，孔饱和度增加。水泥净浆的部分碳化区(5-10mm)的总孔隙率、及孔饱和度均大于同水灰比的砂浆。
　　不同CO2浓度碳化试验表明:CO2浓度越高，狰浆试件部分碳化区尺寸越长，测得pH值变化区尺寸越大。CO2浓度越低，碳化越充分，即碳化生成的碳酸钙含量越多，且碳化后部分碳化区、完全碳化区的孔隙率越小、饱和度越大;在碳化后试件的完全碳化区(0-5mm)与部分碳化区(5-10mm)，总孔隙率及最可几孔径均随着浓度的增加而增大。即CO2浓度越小，其部分碳化区孔径细化越明显。
　　加掺合料试验表明:在本文试验条件下，与纯水泥净浆试件相比，掺合料（30％粉煤灰或50％矿粉）对0.35水胶比的水泥基材料碳化深度的影响并不明显，没有出现明显的部分碳化区，但碳化后大孔（孔径＞434nm的孔）占总孔的比例变大。
　　加载碳化耦合试验表明:0.35水灰比砂浆试件碳化14天，其受拉区的部分碳化区尺寸大于受压区。相同水灰比，受拉区的碳化程度大于受压区。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 碳化反应机理

1．2．2 碳化微结构及分区研究现状

1．2．3 碳化速度影响因素的研究现状

1．2．4 碳化模型研究现状

1．3 存在问题

1．4 本文研究内容和研究方案

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方案

第二章 原材料与试验方法

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 集料

2．1．3 减水剂

2．1．4 掺合料

2．1．5 水

2．2 配合比及试样成型

2．3 试验方法

2．3．1 碳化试验

2．3．2 碳化-荷载耦合试验

2．3．3 pH值测试试验

2．3．4 XRD试验

2．3．5 热重分析

2．3．6 压汞试验

2．3．7 BET试验

第三章 纯水泥净浆各碳化区的微结构比较

3．1 净浆碳化试验

3．2 净浆试验碳化分析

3．2．1 碳化深度测试结果(酚酞法)与分析

3．2．2 pH值测试结果与分析

3．2．3 热重结果与分析

3．2．4 MIP结果分析

3．3 本章小结

第四章 含掺合料水泥浆体各碳化区微结构的比较

4．1 碳化试验

4．2 碳化结果分析

4．2．1 碳化深度测试结果(酚酞法)与分析

4．2．2 热重测试结果与分析

4．2．3 XRD图谱结果与分析

4．2．4 MIP结果与分析

4．2．5 BET结果与分析

4．3 本章小结

第五章 砂浆碳化各区的微结构比较

5．1 砂浆碳化试验

5．2 砂浆碳化试验分析

5．2．1 碳化深度测试结果(酚酞法)与分析

5．2．3 热重实验结果

5．2．5 MIP结果与分析

5．3 本章小结

第六章 不同CO2浓度下水泥浆体碳化各区的微结构比较

6．1 不同浓度碳化实验

6．2 试验结果与分析

6．2．1 碳化深度测试结果(酚酞法)与分析

6．2．2 pH值测试结果与分析

6．2．3 热重实验结果与分析

6．2．4 MIP结果与分析

6．2．5 BET测试结果与分析

6．3 本章小结

第七章 碳化-荷载耦合碳化各区的微结构比较

7．1 加载碳化试验

7．2 试验结果与分析

7．2．1 碳化深度测试结果(酚酞法)与分析

7．2．2 pH值测试结果与分析

7．2．3 热重实验结果与分析

7．2．4 MIP结果与分析

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢