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碱对混凝土界面过渡区的影响

作　者: 魏国强
导　师: 詹炳根
学　校: 合肥工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土耐久性界面过渡区碱硅酸反应微观形貌晶体取向性显微硬度
分类号: TU528.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

混凝土耐久性一直是混凝土材料科学的重大研究课题,是工程界关注的重大科技问题,它与国民经济、社会安定、环境保护、可持续发展等密切相关。而界面问题与碱–集料反应是影响混凝土耐久性的两大因素,研究影响混凝土耐久性的这两大因素并找出两者间的内在联系,对从本质上解决混凝土耐久性这一难题具有重大的意义。本文通过采用高活性骨料沸石化珍珠岩、外掺不同比例的碱,研究了潜在碱硅酸环境下的界面过渡区的特征,总结了碱对不同水灰比、活性骨料混凝土界面过渡区的影响;另外作为参比样研究了碱对不同水灰比、非活性骨料混凝土界面过渡区组成和微观结构的影响。试验结果表明对于普通混凝土存在如下规律:在界面过渡区,随外加碱含量的增大,CH晶体的尺寸减小,AFt的数量也在减少,界面过渡区CH晶体取向指数减小,骨料、界面、水泥基体均出现显微硬度变小的趋势;随离骨料表面距离的增加,界面过渡区CH晶体尺寸减小,CH晶体取向指数减小;在界面过渡区内K、Si、Al均存在富集现象;在相同碱含量情况下当水灰比增大时,界面过渡区的宽度增大,CH晶体数量增多,尺寸变大,界面过渡区CH晶体取向指数增大;并且高碱低水灰比对混凝土不利,容易在界面产生裂缝,降低界面的粘结性能。而对于潜在碱硅酸反应混凝土在界面过渡区,随外加碱含量的增大界面过渡区的宽度变窄,CH晶体尺寸减小,CH晶体取向指数减小,界面处显微硬度值增大,界面性能得到改善,但水泥基体部分受碱的影响显微硬度减小;随离骨料表面距离的增加,界面过渡区CH晶体尺寸减小,CH晶体取向指数减小,Ca/Si增高;在活性骨料一侧Si、Al、Na、K元素也产生了富集从而形成了“双界面”现象;同时,在相同碱含量条件下随着水灰比的增大界面过渡区的宽度增大,界面过渡区CH晶体尺寸增大,CH晶体取向指数增大,界面过渡区和水泥基体的显微硬度变小。另外对比潜在碱硅酸反应的混凝土与普通混凝土界面过渡区发现:在高碱的条件下非活性骨料与碱的反应程度低于活性骨料,在相同条件下潜在ASR混凝土界面过渡区CH晶体尺寸及CH晶体取向指数均小于普通混凝土。研究结果表明:潜在碱硅酸反应的混凝土界面过渡区既有普通混凝土界面的特点,也有自身的特点。本文通过采用高碱和高活性骨料沸石创造了高碱富硅的界面环境,研究了界面问题与碱–集料反应两者间的内在联系,从而为用界面物理化学的理论来研究ASR,深入分析ASR的作用机理、抑制机理提供了新的视角和理论依据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
致谢  9-17
第一章绪论  17-34
  1.1 课题研究意义与目的  17-23
    1.1.1 课题研究的意义  17-22
      1.1.1.1 混凝土耐久性问题及其重要性  17-18
      1.1.1.2 碱对混凝土的耐久性具有重要影响  18-21
      1.1.1.3 界面过渡区对混凝土的性能具有重要影响  21-22
    1.1.2 本文研究的目的  22-23
  1.2 本课题国内外研究现状  23-33
    1.2.1 界面过渡区的概述  23-28
      1.2.1.1 界面过渡区理论的提出  23
      1.2.1.2 界面过渡区的形成机理  23-25
      1.2.1.3 界面过渡区的理论模型  25-28
    1.2.2 界面过渡区研究的相关技术手段  28
    1.2.3 各主要研究手段下界面过渡区的国内外研究现状  28-32
      1.2.3.1 形貌特征与能谱分析的研究现状  28-30
      1.2.3.2 界面过渡区CH 晶体的取向性及晶体尺寸的研究现状  30-31
      1.2.3.3 界面过渡区显微硬度的研究现状  31-32
    1.2.4 碱对水泥、混凝土性能影响的国内外研究现状  32-33
  1.3 本文研究的主要内容  33-34
第二章原材料及试验方案设计  34-40
  2.1 原材料基本参数  34-35
  2.2 试验方案  35-40
    2.2.1 试验方案设计  35
    2.2.2 试验配合比  35-36
    2.2.3 试件制备与养护  36-37
    2.2.4 试验的方法及所用主要设备  37-39
    2.2.5 试验中用到的辅助设备  39-40
第三章界面过渡区形貌特征与元素的分布  40-71
  3.1 外加碱量对普通混凝土形貌的影响  40-48
    3.1.1 外加碱量对低水灰比普通混凝土形貌的影响  40-43
    3.1.2 外加碱量对高水灰比普通混凝土形貌的影响  43-48
  3.2 外加碱量对潜在ASR 混凝土形貌的影响  48-57
    3.2.1 外加碱量对低水灰比潜在ASR 混凝土形貌的影响  48-52
    3.2.2 外加碱量对高水灰比潜在ASR 混凝土形貌的影响  52-57
  3.3 外加碱量对普通混凝土元素分布的影响  57-62
    3.3.1 外加碱量对低水灰比普通混凝土元素分布的影响  57-59
    3.3.2 外加碱量对高水灰比普通混凝土元素分布的影响  59-62
  3.4 外加碱量对潜在ASR 混凝土元素分布的影响  62-68
    3.4.1 外加碱量对低水灰比潜在ASR 混凝土元素分布的影响  62-65
    3.4.2 外加碱量对高水灰比潜在ASR 混凝土元素分布的影响  65-68
  3.5 Ca/Si  68-69
  3.6 本章小结  69-71
第四章界面过渡区 CH 晶体尺寸和取向性  71-85
  4.1 外加碱量对普通混凝土CH 晶体尺寸的影响  71-73
    4.1.1 外加碱量对低水灰比普通混凝土CH 晶体尺寸的影响  71-72
    4.1.2 外加碱量对高水灰比普通混凝土CH 晶体尺寸的影响  72-73
  4.2 外加碱量对潜在 ASR 混凝土CH 晶体尺寸的影响  73-77
    4.2.1 外加碱量对低水灰比潜在ASR 混凝土CH 晶体尺寸的影响  73-74
    4.2.2 外加碱量对高水灰比潜在ASR 混凝土CH 晶体尺寸的影响  74-77
  4.3 水泥石–集料界面过渡层中 CH 晶体产生取向性的机理  77-79
  4.4 外加碱量对普通混凝土CH 晶体取向指数的影响  79-81
    4.4.1 外加碱量对低水灰比普通混凝土CH 晶体取向指数的影响  79
    4.4.2 外加碱量对高水灰比普通混凝土CH 晶体取向指数的影响  79-81
  4.5 外加碱量对潜在ASR 混凝土CH 晶体取向指数的影响  81-83
    4.5.1 外加碱量对低水灰比潜在 ASR 混凝土 CH 晶体取向指数的影响  81-82
    4.5.2 外加碱量对高水灰比潜在 ASR 混凝土 CH 晶体取向指数的影响  82-83
  4.6 本章小结  83-85
第五章界面过渡区的显微硬度  85-92
  5.1 显微硬度试验的基本原理  85-86
  5.2 外加碱量对高水灰比普通混凝土显微硬度的影响  86-88
  5.3 高碱环境下水灰比对普通混凝土界面过渡区显微硬度的影响  88-89
  5.4 外加碱量对高水灰比潜在ASR 混凝土显微硬度的影响  89-90
  5.5 高碱环境下水灰比对潜在ASR 混凝土界面过渡区显微硬度的影响  90
  5.6 高碱环境下不同活性骨料对界面过渡区显微硬度的影响  90-91
  5.7 本章小结  91-92
第六章研究结论与展望  92-95
  6.1 本课题的研究结论  92-93
  6.2 本课题的创新之处  93-94
  6.3 本课题的后续研究  94-95
参考文献  95-101
攻读硕士学位期间发表的论文  101-102

碱对混凝土界面过渡区的影响

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