轻集料颗粒群特征对混凝土界面性质的影响.pdf

第 1 5卷 第 5期 2 0 1 2年 1 O月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI I DI NG M ATERI ALS V0 l _1 5 No 5 oc t ， 2 01 2 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 6 0 7 0 5 轻集料颗粒群特征对 混凝土界面性质 的影 响 张雄 ， 常 晟 ， ( 1 同济大 学 材料 科 学与 工程 学 院 ，上海 2 0 1 8 0 4 ； 上 海 2 0 1 8 0 4 ； 3 上海 建 工 ( 集 团 张 永娟 ， 周 云 。 2 同济大 学 先进 土木 工程 材料 教育 部重 点 实验 室 ， ) 总公 司 技术 中心 ，上海 2 0 0 0 8 3 ) 摘要 ：用分 形维数 来表 征 轻 集料 混凝 土界 面 的粗 糙 度 ， 运 用分 形 理论 分析 研 究 了界 面分 形 维数 与 混凝 土 力 学性 能 的 关 系 ； 用灰 色关联 分析 方 法研 究 轻 集 料 颗 粒 群 特 征 参 数 与 界 面分 形 维 数 的 关 系， 以此来确定轻集料颗粒群特征参数对轻集料混凝土界面性质的影响 结果表 明： 轻集料混凝土 界 面分形 维数 越 大 ， 界 面越 粗糙 ， 界 面黏 结 力越 大 ， 轻 集料 混凝 土 的 力学性 能越 好 ； 对 界 面分 形维 数 影响程 度较 大的轻 集料 颗 粒 群 参数 为颗 粒 群 比表 面积 和 颗 粒 长 宽 比 ； 当颗 粒 群 比表 面 积取 5 4 0 6 3 0 m m 且颗 粒 长宽 比取 1 3 2 1 3 3时 ， 轻 集料 混 凝 土 的界 面分 形 维 数 比较 大 ， 有 更好 的 力 学 性 能 关键 词 ：轻 集料 ；颗粒 群特征 ；界 面性 质 ；灰 色关联 分 析 中图分 类号 ： TU5 2 8 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 5 0 0 5 Ef f e c t s o f Ch a r a c t e r i s t i c s o f Pa r t i c l e Gr o u p o f Li g h t we i g h t Ag g r e g a t e o n I nt e r f a c e Pr o p e r t i e s o f Li g h t we i g h t Co n c r e t e ZHA ， G Xi o n g ， Cf t ANG S h e n g ， ZHANG Y o n g j u a n ， ZH0U Yu n 。 ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4，Ch i n a ；2 Ke y La b o r a t o r y o f Ad v a n c e d Ci v i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o f Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4，Ch i n a ；3 Te c h n o l o g y Ce n t e r ， Sh a ngh a i Co ns t r uc t i o n ( Gr ou p)Ge ne r a l Co ，Sha n gha i 2 00 08 3，Chi n a) Ab s t r a c t ：Fr a c t a l t he o r y wa s a d o pt e d t o me a s ur e t he i nt e r f a c i a l r o ug hne s s o f l i gh t we i g ht c o nc r e t e 。 Th e r ou ghn e s s r e pr e s e nt e d b y f r a c t a l di me ns i o n a nd i t s r e l a t i o n t o t he m e c ha n i c a l pr o pe r t i e s o f l i ght we i g ht c o n c r e t e wa s s t u di e dThe r e l a t i on be t we e n t he c ha r a c t e r i s t i c s of p a r t i c l e gr o up o f l i g ht we i gh t a gg r e g a t e s a nd i nt e r f a c i a l r o ug hne s s f r a c t a l d i me ns i o n wa s s t u di e d wi t h g r e y c o r r e l a t i o n a n a l ys i s me t ho dThe n t he e f f e c t o f c ha r a c t e r i s t i c s o f pa r t i c l e gr o up of l i g ht we i g ht a g gr e g a t e s o n i nt e r f a c e pr o pe r t i e s o f 1 i g ht we i gh t c o nc r e t e wa s a n a l yz e dThe r e s u l t s s ho w t ha t t he i n t e r f a c i a l r o ug hne s s s h ows gr e a t e f f e c t o n t h e me c h a ni c a l p r ope r t i e s o f l i g h t we i g h t c o n c r e t e Th e s p e c i f i c s u r f a c e a r e a a n d a s p e c t o f p a r t i c l e g r o u p h a v e g r e a t e r i n f l u e n c e o n t he i n t e r f a c i a l r o ug hne s s o f l i g ht we i gh t c o nc r e t e W he n t he s pe c i f i c s u r f a c e a r e a o f p a r t i c l e gr o up i s be t we e n 5 4 0 m m。t o 6 3 0 m。 m。a n d a s p e c t o f p a r t i c l e g r o u p i s 1 3 2 t o 1 3 3 。t h e i n t e r f a c e a n d me c h a n i c a l pr op e r t i e s o f l i g ht w e i gh t c o nc r e t e a r e b e t t e r Ke y wo r ds ： l i g ht we i ght a g gr e g a t e； c ha r a c t e r i s t i c o f p a r t i c l e gr o up； i nt e r f a c e pr o pe r t y； g r e y c o r r e l a t i o n a na l y s i s me t h od 轻集料混凝土除使用了多孔性的轻集料 ， 其他 材料均与普通混凝土相同， 由于其特殊的结构特点 ， 收稿 日期 ： 2 O 1 1 一 o 5 2 4 ；修订 日期 ： 2 O 1 一 0 9 1 9 基 金项 目： “ 十一 五” 国家科 技支撑 计划项 目( 2 0 0 6 B AF 0 2 A0 0 ) 第一作者 ： 张雄 ( 1 9 5 6 ) ， 男 ， 台湾人， 同济 大学教授 ， 博 士生 导师， 工学博 士 主要研 究方 向为建筑 材料及其功 能化 E ma il ： x i o n g z h a n g v i p s i n a c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 8 建筑材料学报 第 l 5卷 更 需从 微细 观角 度研 究其集 料 、 界面 性质 ， 从 而为 轻 集料混凝土的结构优化设计提供理论依据 随着科 学技 术 的发展 、 学科 知识 的交 叉 ， 数字 图 像 处 理 、 数 值模 拟 等 新 型研 究 方 法 在 混 凝 土集 料 及 界面性 质 的研究 中得 到 了广泛 应用 并取 得 了巨大 成 功 F l e t c h e r 等r 1 利用高分辨率视频相机采 集粗集 料 图像 ， 利 用分 形 算 法 对 图像 上 的颗 粒 形状 和表 面 纹理 进行 测定 Ku o等 伽将粗 集料 整齐 粘在 一个 有 正交 侧墙 的有 机玻璃 托 盘上 ， 旋 转 托盘 ， 用相 机拍 摄 粗集 料 的平面 和立 面 图 ， 并用 图像 分析 系统 P GT进 行分 析 ， 获得 粗集料 的 三维尺 寸 ， 在此基 础上 定 义 了 一 系列指标对粗集料的形状特征进行定量研究 B a z a n t 等 基 于数值 积分 的方 法建 立 了考 虑 物质 不连 续性 的混凝 土三 相 细 观结 构模 型 ， 研 究 了界 面 过渡 区的 弹性模 量 和 体 积 对 混 凝 土宏 观 弹 性 模 量 的影 响 许艳 等 引入 表 面 分 形维 数 参 数 定 量 表 征 不 同 混凝 土 界面 过 渡 区 的微 观 形 貌 ， 结果 表 明界 面 过 渡 区表 面形貌 具有 明显 的分 形 特征 ， 分 形 维 数 能 定量 表 征其 复杂 程度 和密 实程 度 的差 异 本 文从 界 面黏 结 角度 出发 ， 运 用 分 形 理 论 研 究 轻 集料 混凝 土 界 面粗 糙 度 ， 并 研 究 界 面分 形 维 数 与 其混凝土力学性能关系 ， 采用数字图像处理技术表 征 轻集 料颗 粒群 特 征 ， 进 一 步 通 过灰 色 关 联 分 析 方 法 研究 颗粒 群 特征 参 数 与 界 面分 形 维 数 的关 系 ， 以 此来 确定 其对 轻集 料混凝 土 界面性 质 的影 响 1 试验 内容 1 1 轻 集料 品种及 其 性能 所用 轻集 料 为宜 昌光大 陶粒 制 品有 限公 司生 产 的 9 0 0 级 高性 能 页岩 陶粒 ， 堆 积 密度 为 8 6 4 k g m。 ， 表 观密 度为 1 5 8 0 k g m。 ， 筒 压 强度 为 8 2 MP a ， l h 吸水率( 质量分数 ， 下 同) 为 1 6 ， 2 4 h吸水率 为 2 7 1 2 试 验 设备 用 型号 为 S O NY DS C T 3的 高分 辨 率 C c D 数 码 相机 采集 轻集 料 颗 粒 图像 、 轻 集 料混 凝 土 界 面 数 字 图像 ， 并 用美 国 Me d i a C y b e r n e t i c s 公 司 的 I ma g e P r o P l u s 6 0以 及 Ma t l a b软 件 对 图像 进 行 编 程 处 理 相 机性 能参 数 ： 最 大像 素 5 2 5万 ； 有效 C C D像 素 5 0 9万 ； 图像 分 辨 率 2 5 9 2 1 9 4 4 ； 3倍 光 学 变 焦 ， 2 倍 数 字变焦 ； 光 圈范 围 F 3 5 F 4 4以上 1 3试验 内容 与方 法 1 3 1 轻 集料 混凝 土制 备与 性能测 试 试验 选 取 以水 胶 比 0 3 0 ( 质 量 比) ， 体 积 砂 率 4 0 ， 减水 剂掺 量 1 0 9 6 ( 质量 分 数 ) 为 最 佳 配 合 比 在其 他材料 用 量不 变 的情 况 下 ， 仅 改 变 轻集 料 的级 配 ， 配制 出 2 0组 轻集 料 混 凝 土试 样 ， 具 体 配 合 比 参 数见 表 1 表 1 2 0组轻集料混凝土配合 比 T a b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f l i g h t w e i g h t c o n c r e t e( 2 0 g r o u p s ) k g I 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 张雄 ， 等 ： 轻集料 颗粒群特征对混凝 土界 面性 质的影响 6 1 1 粒长 宽 比 2个 参 数当颗 粒 群 比 表 面 积 取 5 4 0 6 3 0 I n z m。 且 颗 粒长 宽 比取 1 3 2 1 3 3时 ， 轻集 料 颗粒 群呈 现 为长 宽 比较 小 的 小 颗 粒 ， 此 时 所 获 得轻 集料 混凝 土 的界 面 分 形 维 数 比较 大 ， 混 凝 土 的力 学 性能 更好 参 考文 献 ： 1 2 3 4 5 F LE I CHER I 、 ，CHA NDAN C， M ASAD E。 e t a 1 M e a s u r e me n t o f a g g r e g a t e t e x t u r e a n d i t s i n f l u e n c e o n h o t mi x a s p h a l t ( HMA)p e r ma n e n t d e f o r ma t i o n J J o u r n a l o f Te s t i n g a n d E v a l u a t i o n， 2 0 0 2， 3 0( 6 )： 5 2 4 5 3 1 KU( )C Y， FROS T J D， LAI J S， e t a 1 Thr e e dime ns i o n a l i m a g e a na l y s i s o f a g g r e g a t e p a r t i c l e f r o m o r t h o g o n a l p r o j e c t ion s J Tr a n s p o r t a t i 0 n Re s e a r c h Re c o r d ： T RB， 1 9 9 6 ， 1 5 2 6 ： 9 8 1 0 3 KUo C Y ， RAYM OND S R ， I ARRY N LM or p h o l o g i c a l s t u d y o f c o a r s e a g g r e g a t e u s i n g i ma g e a n a l y s is J J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n Ci v i l En g i ne e r i n g， 1 9 9 8， 1 0 ( 3 )： 1 3 5 - 1 42 LEE K M ， PARK J H A n u me r i c a l mo d e l f o r e l a s t i c mo du l u s o f c o n c r e t e c o n s i d e r i n g 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 J C e me n t a n d Co nc r e t e Re s e a r c h， 2 0 08， 3 8 ( 3 )： 3 9 6 - 4 0 2 许艳 ， 胡小 芳 混凝 土界 面过渡 区表面 形貌 的分形 维数 表征 J 硅酸盐通报 ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 5 ) ： 8 6 9 8 7 3 XU Ya n， HU Xi a o f a ng Qu a n t i t a t i v e c h a r a c t e r iz a t i 0 n f o r s u r f a c e mo r p h o l o gy o f int e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o ne (I TZ) i n c o n c r e t e b y f r a c t a l d i me n s i o n J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e Ce r a mi c 7 8 9 1 0 3 S o c i e t y， 2 0 0 9， 2 8 ( 5 )： 8 6 9 8 7 3 ( i n Ch i ne s e ) 任伟明 ， 孙培懋 ， 王亚雷 ， 等 一种标定 三角测 量法激 光位移计 的方法 J 光学技术 ， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 1 O 一 1 2 REN W e i m i n g， S U N Pe i ma o ， W ANG Ya l e i ， e t a 1 A c a l i b r a t i o n me t ho d f o r l a s e r d i s p l a c e me n t s y s t e m b a s e d o n t r i a n g u l a t i o n J Op t i c a l T e c h n o l o g y ， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 1 0 1 2 ( i n C h i n e s e ) 刘思峰 ， 郭天榜 ， 党耀 国， 等 灰 色系统理论 及其应 用 M 第 2版 北京 ： 科学出版社 ， 1 9 9 9 ： 4 9 9 7 LI U S i f e n g， GUO Ti a n ba n g， DANG Ya o g u o， e t a 1 The t he o r y a n d a p p l i c a t i o n o f g r e y s y s t e m M S e c o n d E d i t i o n B e i j i n g： Sc i e nc e Pr e s s ， 1 9 9 9： 4 9 9 7 ( i n Ch i n e s e ) 肯尼思 法尔科内 分形几 何数学基 础及其 应用 M 曾文 曲 译 沈 阳： 东北大学出版社 ， 2 0 0 1 ： 5 5 6 8 FALC0NER Ke n n e t h Fr a c t a l g e o m e t r y： M a t he ma t i c a l f o u n d a t i o n s a n d a p p l i c a t i o n M Tr a n s l a t e d b y Z EN G we n q u S he n y a n g：No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t y Pr e s s ，2 0 01 ：5 5 6 8 (i n Ch i ne s e ) MANDE L B R OT B B T h e f r a c t a l g e o me t r y o f n a t u r e M Ca l i f o r ni a： Fr e e ma n， 1 9 82 张雄 ， 周云 ， 张永娟 ， 等 轻集料颗粒群特征对混凝土力学性 能 的影 响 J 同 济 大 学 学 报：自 然 科 学 版 ， 2 0 1 0 ， 3 8( 7 ) ： 1 0 5 2 - 1 O 5 7 ZHANG Xi o n g， ZH0U Yu n， ZHANG Yo n g - j u a n， e t a 1 Ef f e c t o f c h a r a c t e r i s t i c s o f p a r t i c l e g r o u p o f l i g h t we i gh t a g gr e g a t e o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f l i g h t w e i g h t c o n c r e t e J J o u r n a l o f To n g J i Un i v e r s i t y ： Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 7 ) ： 1 0 5 2 1 0 5 7 ( i n Ch i ne s e ) ( 上接第 6 0 0页) p 0 l y e l e c t r o l y t e s a nd i t s i n f l u e n c e o n t he r he o l o g y， z e t a p o t e n t ia l ， a n d mi c r o s t r u c t u r e o f v a r i o u s c e me n t a n d h y d r a t e p h a s e s 口 J o u r n a l o f C o l l o i d a n d I n t e r f a c e S c i e n c e ， 2 0 0 8 ， 3 2 3 ( 2 ) ： 1 4 3 O卜3l 2 1 1 P L ANK J ， HI R S CH C I mp a c t o f z e t a p o t e n t i a l o f e a r l y c e me n t h y d r a t i o n p h a s e s o n s u p e r p l a s t i c i z e r a d s o r p t i o n J C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 7， 3 7( 4 )： 5 3 7 - 5 4 2 1 2 1 Z I NGG AC e me n t s u p e r p l a s t i c i z e r i n t e r a c t i o n l i n k b e t we e n ma c r o s c o p i c p h e n o me n a a n d mi c r 0 s t r u c t u r a l d a t a o f t h e e a r l y c e me n t h y d r a t i o n D Z u r i c h ： S wi s s F e d e r a l I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y Zu r i c h， 2 0 08 1 3 P I ANK J ， YU B P r e p a r a t i o n o f h y d r o c a i u mi t e b a s e d n a n o c omp o s i t e s u s i n g p 0 l y c a r b o x y l a t e c o mb p o l y m e r s p os s e s s i n g 1 5 1 6 h i g h g r a f t i n g d e n s i t y a s i n t e r l a y e r s p a c e r s J Ap p l i e d C l a y S c i e n c e ， 2 0 1 0， 4 7 ( 3 - 4) ： 3 78 - 3 8 3 P I ANK J， ZHI M I N D， KELLER H ， e t a 1 Fu n d a me n t a 1 me c h a n i s m s f o r p o l y e a r b o x y l a t e in t e r c a l a t i o n i n t o C3 A hy d r a t e p h a s e s a n d t h e r o l e o f s u l f a t e p r e s e n t i n c e me n t J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 01 0， 4 0( 1 )： 4 5 5 7 GI RAUDEAU C，D ES PI NOS E d e LACAI LI ERI E J B， S oUGUI R Z S ur f a c e a n d i n t e r c a l a t i o n c h e mi s t r y o f p o l y c a r b o x y l a t e e o p o l y me r s i n c e me n t i t i o u s s y s t e ms J J o u r n a l o f t h e Ame r ic a n Ce r a m i c S o c i e t y， 2 0 09， 9 2 ( 1 1 )： 2 4 7 1 - 2 4 8 8 TAYL OR H F W C e me n t c h e mi s t r y M g o n d o n ： Ha r c o u r t Br a c e J o v a n v i c h， 1 9 9 0： 3 5 4 3 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m