高 輝，張 雄，張永娟，姜 曼

（同濟(jì)大學(xué) 先進(jìn)土木工程材料教育部重點實驗室，上海 201804）

現(xiàn)代工程對混凝土提出高強度、高流動度、高耐久性的要求.應(yīng)用混凝土引氣技術(shù)可顯著改善混凝土的和易性與耐久性［1－2］.但有關(guān)研究［3－4］表明，如果混凝土含氣量（體積分?jǐn)?shù)）增加1%，則其抗壓強度降低4%～6%，抗折強度降低2%～3%.由于目前人們對混凝土氣孔結(jié)構(gòu)對其力學(xué)行為影響規(guī)律的認(rèn)識模糊，因此混凝土業(yè)界對混凝土引氣技術(shù)的應(yīng)用望而卻步.在有關(guān)氣孔結(jié)構(gòu)對混凝土強度影響的研究中，研究較多的是混凝土總孔隙率的影響，并有很多有關(guān)混凝土強度與總孔隙率關(guān)系的半經(jīng)驗公式［5－7］，但這些公式都有一定的局限性，它們只考慮總孔隙率對混凝土強度的影響，沒有考慮孔級配、孔空間分布等其他特性對混凝土強度的影響.有研究［8］表明：總孔隙率相同的混凝土，由于其孔級配不同，其強度有相當(dāng)?shù)牟町?

隨著混凝土測孔技術(shù)的不斷提高，人們發(fā)展出一種將計算機和電子顯微鏡組合起來應(yīng)用的定量體視學(xué)圖像分析法［9］，通過該方法可以獲得包括孔徑、孔級配、孔空間分布等一系列參數(shù).

1 試驗原材料與測試方法

1.1 原材料

水泥：安徽寧國海螺P·Ⅱ52.5水泥；細(xì)集料：中砂，細(xì)度模數(shù)2.54；粗集料：5～25mm 粒徑的玄武巖碎石；水：上海自來水.

試驗中應(yīng)用了11種引氣劑，其主要化學(xué)成分見表1.

表1 引氣劑主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical components of air－entraining agent（AEA）

1.2 試件制備

先用上述原材料配制混凝土試件，其中水、水泥、中砂、碎石用量分別為198，360，850，1 030kg／m3，然后采用濕篩方法將粗骨料篩除（過5mm 篩），篩出的水泥砂漿即為篩余砂漿.用篩余砂漿制作40mm×40mm×160mm 篩余砂漿試件，并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d.

通過控制摻加不同摻量（以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）不同類型的引氣劑，成型出含氣量不同的篩余砂漿試件.

1.3 測試方法

1.3.1 篩余砂漿抗壓強度和含氣量測試

參照GB／T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》測定篩余砂漿試件28d抗壓強度.每個配合比測試3個試件，取平均值.

參照DL／T 5150—2001《水工混凝土試驗規(guī)程》測定篩余砂漿試件含氣量.

翠姨的母親常常替翠姨解說，人矮點不要緊，歲數(shù)還小呢，再長上兩三年兩個人就一般高了。勸翠姨不要難過，婆家有錢就好的。聘禮的錢十多萬都交過來了，而且就由外祖母的手親自交給了翠姨；而且還有別的條件保障著，那就是說，三年之內(nèi)絕對的不準(zhǔn)娶親，借著男的一方面年紀(jì)太小為辭，翠姨更愿意遠(yuǎn)遠(yuǎn)的推著。

1.3.2 篩余砂漿氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測試

從篩余砂漿試件上切割出40 mm×40 mm×20mm薄片.用磨片機打磨薄片觀測面，然后用拋光機拋光.清洗薄片觀測面，并用黑色墨水均勻涂黑，然后將薄片置于（105±5）℃烘箱中烘干.用納米（50nm）碳酸鈣填充薄片觀測面氣孔，然后用絨布擦掉表面多余納米碳酸鈣，再用帶電子目鏡的體視顯微鏡觀察拍照（拍照面積為30mm×30mm，拍照最少樣本數(shù)為4），最后用Image－Pro Plus 6.0對顯微圖片進(jìn)行處理、測量，得到篩余砂漿試件氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù).

1.3.3 界面過渡區(qū)顯微硬度測試

從篩余砂漿試件上切割出40 mm×40 mm×20mm薄片.用磨片機打磨薄片，再用拋光機進(jìn)行拋光處理，得到平整光滑的待測表面.采用HXS－1000A 型數(shù)字式智能顯微硬度儀測試篩余砂漿界面過渡區(qū)顯微硬度，所加載荷為25g.測試時隨機選取骨料上下界面各5個面，每個面沿界面法線方向以10μm 間隔取10個點，最后取各個點在10個面上的顯微硬度平均值.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度與不同范圍孔徑的灰色關(guān)聯(lián)度

為更細(xì)致分析不同范圍孔徑對篩余砂漿抗壓強度的影響，本文劃分了6個孔徑范圍：10～100μm，100～200μm，200～500μm，500～800μm，800～1 200μm，1 200～1 600μm.篩余砂漿試件28d抗壓強度及氣孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)見表2.

表2 篩余砂漿28d抗壓強度及氣孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)Table 2 28dcompressive strength and pore structure parameters of sifted mortar

以篩余砂漿28d抗壓強度為母序列，以相應(yīng)的不同范圍孔徑為子序列，計算出篩余砂漿28d抗壓強度與不同范圍孔徑的灰色關(guān)聯(lián)度［10－12］，結(jié)果見表3.

由表3可見，篩余砂漿28d抗壓強度與各范圍孔徑的灰色關(guān)聯(lián)度均為負(fù)值，但不同范圍孔徑對篩余砂漿28d抗壓強度的影響有所不同.

表3 篩余砂漿28d抗壓強度與不同范圍孔徑的灰色關(guān)聯(lián)度Table 3 Grey connection degrees between 28dcompressive strengths of sifted mortar and pore sizes in different ranges

2.2 抗壓強度與總孔隙率關(guān)系擬合

圖1顯示了篩余砂漿28d抗壓強度與總孔隙率之間的擬合關(guān)系.由圖1可見，篩余砂漿28d抗壓強度與總孔隙率之間有較好的線性擬合關(guān)系.

圖1 篩余砂漿28d抗壓強度與總孔隙率之間的擬合關(guān)系Fig.1 Fitting relationship between 28dcompressive strength and total porosity（by volume）of sifted mortar

2.3 抗壓強度與孔徑分布的關(guān)系

分析表2中篩余砂漿28d抗壓強度與總孔隙率數(shù)值，結(jié)果表明有58.5%（24／41）的數(shù)據(jù)總孔隙率相近（差值＜0.5%），但抗壓強度存在較大差異（＞3MPa）；有41.5%的數(shù)據(jù)總孔隙率相近（差值＜0.5%），而抗壓強度則無明顯差別（＜3MPa）.

現(xiàn)以2組對比試件（K5和C5，J3和B1）為例對篩余砂漿抗壓強度與孔徑分布的關(guān)系作進(jìn)一步的分析.

第1組對比試件K5 和C5 的總孔隙率相近，但試件K5 比試件C5 的抗壓強度高近4 MPa（見表2）.這是因為，試件K5 和C5 的氣孔結(jié)構(gòu)明顯不同（見圖2（a），（b）），兩者的孔徑分布存在較大差異.與試件C5比較，試件K5的孔徑分布更加合理，其在10～200μm 孔徑范圍孔隙率較大，在200～1 600μm孔徑范圍孔隙率較小，因此其平均孔徑較?。ㄒ姳?），抗壓強度較高.

第2組對比試件J3 與B1 也呈現(xiàn)上述規(guī)律，即試件J3與B1的總孔隙率相近，但試件J3比試件B1的抗壓強度高4MPa（見表2）.這是因為試件J3的氣孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布比試件B1的更加合理（見圖2（c），（d）和表2），導(dǎo)致其抗壓強度較高的緣故.

上述結(jié)果表明，增加10～200μm 較小氣孔的孔隙率，降低200～1 600μm 較大氣孔的孔隙率，可減小因引氣而造成的篩余砂漿28d抗壓強度損失.

2.4 界面過渡區(qū)顯微硬度

試件K5，C5的界面過渡區(qū)顯微硬度見圖3；試件J3，B1的界面過渡區(qū)顯微硬度見圖4.圖3，4中，當(dāng)顯微硬度曲線變化趨于平緩時，表明界面已經(jīng)過渡至水泥石本體部分，此時相應(yīng)的與骨料界面間距即為界面過渡區(qū)寬度.

圖2 篩余砂漿氣孔結(jié)構(gòu)圖像Fig.2 Images of pore structure of sifted mortar

圖3 試件K5，C5的界面過渡區(qū)顯微硬度Fig.3 Microhardness of ITZ of sample K5and C5

圖4 試件J3，B1的界面過渡區(qū)顯微硬度Fig.4 Microhardness of ITZ of sample J3and B1

由圖3可見：試件K5的界面過渡區(qū)寬度大約為40 μm，試件C5 的界面過渡區(qū)寬度大約為50μm；試件K5的界面過渡區(qū)顯微硬度比試件C5高.由圖4可見：試件J3的界面過渡區(qū)寬度大約為35μm，試件B1的界面過渡區(qū)寬度大約為45μm；試件J3的界面過渡區(qū)顯微硬度比試件B1高.上述說明篩余砂漿總孔隙率相近時，孔徑分布越合理，平均孔徑越小，砂漿界面過渡區(qū)寬度越小、顯微硬度越高，砂漿28d抗壓強度就越高.

篩余砂漿總孔隙率相近時，孔徑分布越合理，小氣孔所占比例越大，單位體積砂漿中會存在更多的氣孔數(shù)，致使氣孔與骨料的間距減小，從而使界面過渡區(qū)寬度縮短.英國Wong等［13］的研究也得到相似的結(jié)果.

3 結(jié)論

（1）篩余砂漿28d抗壓強度與各范圍孔徑的灰色關(guān)聯(lián)度均為負(fù)值，但不同范圍孔徑對篩余砂漿28d抗壓強度的影響有所不同.

（2）在篩余砂漿總孔隙率相近條件下，增加10～200μm 孔徑的孔隙率，降低200～1 600μm 孔徑的孔隙率，可使氣孔平均孔徑減小，砂漿界面過渡區(qū)寬度縮短、顯微硬度提高，最終減小因引氣而造成的砂漿28d抗壓強度損失.

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