盐雾作用后混凝土单轴压缩损伤破裂宏细观研究.pdf

2 0 1 5年 第 1 1期 (总 第 3 1 3 期) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 0 8 盐雾作用后混凝土单轴压缩损伤破裂宏细观研究 李兵 ， 张连英 ， 仇培涛 。 刘瑞雪 ， 殷惠光 ( 1 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 徐州工程学院 土木工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 1 8 ) 摘要： 通过扫面电镜( S E M) 和压汞 ( MI P ) 技术分别对经氯盐侵蚀后的复合掺合料( 粉煤灰 +矿粉) 混凝土的微观形貌与孔结 构特征进行了研究 ， 与其单轴压缩损伤破裂形态进行了对 比分析探讨 。 结果表明 ： 随着氯盐侵蚀愈加严重 ， 混凝土试样 的宏观破 裂特征由纵向劈裂 、 斜截面剪切破裂， 转变为共轭斜面破裂 ， 破碎程度增大 。 在单轴压缩作用下 ， 混凝土中出现了交界面裂纹、 水 泥浆裂纹 、 球面裂纹和骨料裂纹。 在侵蚀初期 ， 原生裂纹较为明显 ； 在侵蚀前期 ， 原生裂纹被修复； 当侵蚀较为严重时， 混凝土水 泥浆体开裂 ， 表面愈加粗糙 ， 且有害孔增多， 多害孔和无害孔减少。 关键词 ： 电镜扫描 ； 压汞 ； 细观 ； 损伤破裂 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 0 2 7 0 4 S t u d y o n ma c r o me s o s c op i c c h a r a c t e r i s t i c o f c o n c r e t e d a ma g e f r a c t u r e u n d e r un ia x i a l c o mpr e s s i o n a f t e r sa l t f og e ffe ct L IB i n g ， Z HA NG L i a n y i n g ， Q t UP e i t a o。 ， L I URu i x u e ， Y I N Hu u a n g ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o me c h a n i c s a n d D e e p U n d e r g r o u n d E n g i n e e ri n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ， Ch i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Xu z h o u I n s ti t u t e o f T e c h n o l o g y ， Xu z h o u 2 2 1 0 1 8， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e mi c r o s c o p i c mo r p h o l o g y a n d p o r e s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e wi t h c o mp o s i t e a d mi x t u r e ( f l y a s h a n d mi n e r a l p o wd e r ) a f t e r c h l o ri n e s a l t e r o s i o n we r e a n a l y z e d b y s c a n n i n g e l e c tr o n mi c r o s c o p e ( S E M ) a n d me r c u r y i n t r u s i o n me tho d( MI P )， wh i c h we r e c o mp a r a t i v e l y a n a l y z e d a n d d i s c u s s e d wi th the m a c r o c h a r a c t e ris t i c o f c o n c r e t e da m a g e f r a c t u r e u n de r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n The r e s u l t s s h ow t h a t the ma c r o fra c t u r e c h ara c t e ris t i c o f c o n c r e t e u n d e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n c ha n g e s f r o m l o ng i t u d i na l s p l i t a n d o b l i q u e s e c t i o n s h e ar f r a c t u r e t o c o n j u g a t e c a n t f r a c t ure a n d t h e d e g r e e o f b r e a k a g e i n c r e a s e s T h e i n t e rfa c e c r a c k ， c e me n t p a s t c r a c k ， s p h e ri c a l s u rfa c e c r a c k a n d a gg r e g a t e c r a c k a p pe ar i n c o n c r e t e u nd e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n At the b e g i n n i n g o f the c o r r os i o n， the o rig i na l c r a c k i s o b v i o us I n t h e e arl y s t a g e of the c o r r os i o n t h e n a t i v e c r a c k i s r e pa i r e d W h e n c o rro s i o n i s mo r e s e rio u s c e me n t p a s t e c r a c k a p p e ars a n d the s u r f a c e o f c o n c r e t e i s mo r e r o u g h， a n d t h e h a r mf ul h o l e i n c r e a s e s wh i l e the mo r e h a r mf u l h o l e an d the h a r ml e s s h o l e d e c r e a s e Ke y wo r d s： s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ； me r c u r y i n t r u s i o n me tho d ； me s o s c o p i c； d a ma g e f r a c tu r e 0 引言 混凝土材料的细观结构决定其宏观性能 ， 宏观性能影 响着其细观结构特征 的变化 。 混凝土细观层次上 的研究 已经受到国内外学者 的重视 ， 探寻其宏观性能和细观结构 特征之间的联系是 国内外学者 的研究 热点之一 。 2 0世纪 6 0 - 9 0年代 ， R B r a d y Wi l l i a ms o n ( 1 9 6 9 ) ， K a r e n S c r i v e n e ， J e n n i n g s 和 Mi d g l e y等人对 混凝土 的细观形 貌结 构 进 行 了研 究 ； E w a r t ( 1 9 9 0 ) ， K i m ( 1 9 9 3 ) ， D w i g h t V i e h l a n d ( 1 9 9 6 ) 等对水 化硅酸钙 、 c s - H凝 胶等化学成 分 进行了大量研究。 我国学者， 张立华 、 水中和 等 ， 借 助 S E M、 X R D等现代测试技术对混凝土中水化产物的形 貌结构特征 、 晶粒尺寸 、 I T Z界面等进行 了细致研究 。 肖海 军 、 鲁彩风 、 刘数 华 等通过压汞法对混凝 土的空隙 结构进行 了研究 。 Y a n g - 1 0 等研究 了平均孔径与渗透压 、 氯离子渗透系数等宏观参数的关系。 目前 ， 对于混凝 土细观结构 的研 究较多 ， 而对其 与宏 观性能之间联 系方面的研究鲜有报道 。 本研究借助扫面 电 镜( S E M) 和压汞 ( MI P ) 试验检测手段对 经氯盐侵蚀后 的 复合掺合料( 粉煤灰 +矿粉) 混凝土的微观形 貌与孔结构 特征进行 了研究 。 1 试 验 ( 1 ) 材料及配合 比 水泥 ： 徐州 中联水泥厂提供的 P O 4 2 5级水泥 。 矿物 掺合料： 粉煤灰选用徐州茅村电厂提供的 I 级粉煤灰， 矿 粉由徐州铸本公司提供 。 细骨料 ： 河砂 ， 细度模数为 2 8 ， 级 配 良好 ， 表观密度为 2 6 7 9 k g m ， 含泥量 为 2 4 9 。 粗骨 收稿 日期： 2 0 1 5 0 2 1 9 基金项目： 住房和城乡建设部科学技术项目( 2 0 1 3一 K 4 2 2 ， 2 0 1 4 1 ( 4 0 4 2 ) ； 国家建筑材料行业科技创新计划面上研究项 目( 2 0 1 4一 M 51 2 01 4一M52) 27 分布图。 将孔径分布划分成四个区域 ： I 区， 0 3 0 n m； I I区 3 0 1 5 0 a m； I I I区 ， 1 5 0 1 4 0 0 0 a ml 1 3 3 。 对 图 7中分析可得 ： 侵蚀 2 7 0 d后 ， 四个 区域的孔 隙体积发生 了变化 ： I 区减小 ； I I 区增 大； I I I 区几 乎不变 ； I V 区减小。 事实 上 ， 粉煤 灰和矿粉 掺合料在较长 时间内进行着二次 水化 ， 生成 的 C S H凝胶 ， 填充 了 昆 凝 土中的较小孔 隙( I 区孔 隙) 和较大孔 隙( I V 区孔 隙) ， 因 而这两个孔径范围内的孔隙减少( 如图 6 ( b ) 所示 ) 。 因较 大孔 隙被填充而成为较4 , T L 隙 ( 区孔隙 ) ， 导致 I I 区空 隙体积增大。 因 区的孔隙被填充而变成为 I I I 区孔 隙， 使 I 区孔隙增 多 ， 恰好 与 I I I 区 的孔 隙被填 充而 减少相 当， 使 I 区的孔 隙体积没有发生较 大变化 。 同时， 氯盐与 混凝土 中的物质反应生成的大晶体盐， 可能填充孔隙， 也可 能因膨胀而产生新的孔隙， 对混凝土的孔隙结构造成影响。 3 结论 I m 宦 ： 图7混凝土的孑 L 径分布图 ( 1 ) 随着氯盐侵蚀愈加严重 ， 混凝土试样 的宏观破裂 特征 由纵向贯穿劈裂 、 斜截面剪切破 裂 ， 转 变为共轭斜 面 剪切贯穿破裂 ， 破碎程度逐渐加重。 ( 2 ) 在单轴压缩作用下 ， 混凝土 中出现 了交界面裂纹 、 水 泥浆裂纹 、 球面裂纹和骨料裂纹。 ( 3 ) 在腐蚀初期 ， 原生裂纹较 为明显 ； 在 腐蚀前期 ， 混 凝土的结构变的致密， 原生裂纹被修复； 当腐蚀较为严重 时 ， 混凝土水泥浆体 开裂 ， 形成裂缝 ， 表面愈加粗糙。 参 考文献 ： r 1 WANG S Z， e t a 1 B i o ma s s fl y a s h i n c o n c r e t e： S E M ， E DX a n d E S E M a n a l y s i s J F u e l ， 2 0 0 8 。 8 7 ： 3 7 2 3 7 4 r 2 KU NZ P， e t a 1 Co mp o s i t e u r a n i u m c a r b i d e t arg e t s a t T RI UMF： De v e l o p me n t a n d c h a r a c t e riz a t i o n wi t h S EM ， XRD ， XRF a n d L e d g e d e n s i t o me t r y r 门 J o u r n a l o f Nu c l e ar Ma t e ri a l s ， 2 0 1 3 ， 4 4： 1 1 0 1 1 3 3 张立华， 胡曙光， 丁庆军 多组分水泥基材料微观结构的研究 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 1 1 4 4 水中和， 万惠文 老混凝土中骨料 一 水泥石界面过渡区( I T Z ) ( I )一 元素与化合物在 I T Z富集现象 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 2 1 2 3 5 水中和 ， 万惠文 老混凝土中骨料 一水泥石界面过渡 区( I T Z ) ( I I )一化学元素在 I T Z富集现象 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 5 ) ： 2 2 2 5 1- 6 肖海军， 孙伟 ， 蒋金洋 ， 等 水泥基材料微结构的反复压汞法表 征1- J 东南大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 3 7 1 3 7 4 7 鲁彩凤 ， 袁迎曙， 蒋建华 粉煤灰混凝土孔隙结构对气体扩 散 能力的影D U J 中国矿业大学学报， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 5 2 3 5 2 9 1- 8 3刘数华 ， 王军 石灰石粉对砂浆孔结构 的影D 1- J 建筑材料学 报 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 5 3 2 5 3 5 9 Y A N G C C， C H O S W， WA N G L C T h e R e l a t i o n s h i p b e t w e e n p o r e s t r u c t u r e a nd c h l o r i d e di f f us i v i t y f r o m p o nd i n g t e s t i n c e m e n t b a s e d m a t e ri a l J Ma t e ri a l s C h e m i s t r y a n d P h y s i c s ， 2 0 0 6 ， 1 0 0 ( 2 3 ) ： 2 0 3 2 2 1 I O Y A N G C C O n t h e r r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p o r e s t r u c t u r e a n d c h l o ri d e d i f f u s i v i t y fro m a c c e le r a t e d c h l o rid e mi g r a o n t e s t i n c e me n t b a s e d Ma t e ri a l J C e me n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 7 ) ： 1 3 0 4 1 3 1 1 1 1 李世愚， 尹祥础 岩石断裂力学 M 安徽： 中国科学技术大学 出版社 ， 2 0 0 9 ： 6 1 2 3 O L L I V I E R J P ， MA S O J C B O U R D E T T E， B I n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e s i n c o n c r e t e J A d v C e m B a s e d Ma t e r ， 1 9 9 4 ， 1 3 1 3 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京： 中国铁道版社， 1 9 9 9 2 4 2 5 第一作者 ： 李兵 ( 1 9 8 8一) ， 男 ， 在读博士生 ， 研究方向： 岩石及混 凝土材料。 联系地址 ： 江苏省徐州市 中国矿业 大学部岩土力学与地下工程 国家重点实验室( 2 2 1 0 0 8 ) 联系电话 ： 1 3 2 2 5 2 3 7 2 7 5 ( ( ) ) 欢迎订阅 2 0 1 6年 新型建筑材料 月刊 l 邮发代号 ： 3 2 5 7 g 全国中文核心期刊 中国科技核心期刊 R C C S E中国核心学术期刊 全国建材优秀期刊 全国建 材系列期刊 浙江省及华东地区优秀期 刊 中国期刊方阵“ 双效期刊” 国内外多家大型数据库全文收录 中国科技论文统计源期刊 中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊 g 主要栏 目： 新型墙体材料、 保温材料与建筑节能、 建筑石膏与胶凝材料 、 化学建材、 建筑防水材料、 建筑涂料、 建 2 筑外加剂、 装饰装修材料、 塑料门窗及管材、 金属建材与建筑钢结构、 粉煤灰综合利用， 以及国家产业政策、 理事单位 ； ；特别报道等。 B & 1 9 7 4年创刊， 中国新型建材设计研究院主办。刊号： C N 3 3 1 0 7 8 T U， I S S N 1 0 0 1 7 0 2 X。大 1 6开， 进口纸彩 ) ) 色胶印 4 0页 ， 内芯 1 2 0页。国内外公开发行 。 定价 ： 每期 8 0 0元 ， 全年 1 2 期共 9 6 0 0元( 含邮费) 。各地邮局及本刊均可办理订阅手续。另有历年合订本发行。 本 刊承接广告 ， 欢迎联系。 地址 ： 3 1 0 0 0 3 杭州市中山北路 4 5 0号 电话 ： 0 5 7 1 8 5 1 7 5 1 0 0 ( 兼传真 )8 5 0 6 2 6 0 0 8 5 0 6 6 5 5 6 H t tp ： w w w c h in a n b m c n E m a i l ： n b m 9 9 9 1 6 3 c 。 m I 3 n 2 O 8 5 4 2 O l l 0 0 O O O O O 0 0 O