馬昆林，韓曉昆，龍廣成，謝友均，曾曉輝

高溫低濕下砂漿力學(xué)性能及微結(jié)構(gòu)的變化

馬昆林，韓曉昆，龍廣成，謝友均，曾曉輝

(中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

為初步掌握高溫低濕環(huán)境下水泥基材料力學(xué)性能改善的技術(shù)方法，測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)條件下，組成參數(shù)不同的砂漿力學(xué)性能變化，并采用SEM，XRD以及TG等方法測(cè)試砂漿微結(jié)構(gòu)的變化。研究結(jié)果表明：相比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，高溫低濕養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致砂漿力學(xué)性能大幅度降低。與直接高溫低濕養(yǎng)護(hù)比較，高溫低濕下初期的短期覆膜養(yǎng)護(hù)能顯著提高砂漿強(qiáng)度。粉煤灰摻量25%的砂漿在高溫低濕下早期覆膜1 d養(yǎng)護(hù)后，28 d抗壓和抗折強(qiáng)度均大于標(biāo)養(yǎng)試件。摻入聚丙烯纖維和內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料可以改善高溫低濕下砂漿的力學(xué)性能，但需要結(jié)合適合的早期養(yǎng)護(hù)制度。高溫促進(jìn)了水泥早期水化，但所生成的水化產(chǎn)物不能及時(shí)擴(kuò)散，堆積在未反應(yīng)的水泥顆粒表面，造成水化產(chǎn)物不均勻，阻礙了進(jìn)一步水化反應(yīng)，水分在低濕下蒸發(fā)，水化速率迅速降低甚至停止，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率增大，強(qiáng)度嚴(yán)重降低。

高地溫；高溫低濕；砂漿；力學(xué)性能；微觀結(jié)構(gòu)

川藏鐵路的修建對(duì)于提高沿線(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平有著重大意義，但復(fù)雜的地形條件也使工程面臨著高地溫、地?zé)崴戎T多地?zé)釣?zāi)害問(wèn) 題[1?3]。建設(shè)中的川藏鐵路中有10座以上的高地溫隧道，地溫分布在28.7～86.0 ℃[4]。高地溫施工環(huán)境不僅降低了機(jī)械設(shè)備的使用效率，還威脅到施工人員的健康和安全，增加了施工難度和安全隱患[5]。高溫低濕是隧道高地溫的主要形式，在高溫低濕環(huán)境下，澆筑后的混凝土在高地溫作用下快速升溫和失水將導(dǎo)致水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)的劣化，再加上其物理化學(xué)收縮的共同作用，混凝土性能會(huì)受到較大影響[6?8]。高溫低濕環(huán)境下修建隧道也逐漸成為工程界面臨的難題，引起了人們的密切關(guān)注。LIU 等[9]通過(guò)不同的溫度等級(jí)模擬干熱環(huán)境，對(duì)相應(yīng)的齡期進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)隨著溫度和齡期的增長(zhǎng)，混凝土力學(xué)性能降低，僅在一定溫度范圍內(nèi)，早期強(qiáng)度會(huì)有所增強(qiáng)。何廷樹(shù)等[10?11]研究了高巖溫隧道條件下礦渣和粉煤灰等礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。張巖等[12]考慮到纖維對(duì)水泥基材料的改性作用，分析了纖維對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響。王瑞興等[13]從隔熱、增強(qiáng)、耐熱角度出發(fā)設(shè)計(jì)研制出一種隧道耐高地溫襯砌混凝土。這些研究為人們了解和掌握高地溫對(duì)混凝土材料的影響起到了積極的作用。然而，目前對(duì)于如何改善高溫低濕環(huán)境條件下混凝土的性能仍需要進(jìn)行深入研究?；诖?，本文研究不同養(yǎng)護(hù)條件下，不同材料組成的砂漿力學(xué)性能的變化，并通過(guò)微觀測(cè)試手段分析高溫低濕條件下砂漿力學(xué)性能變化的原因，以期為解決高溫低濕環(huán)境下混凝土材料力學(xué)性能?chē)?yán)重降低提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料及配合比

水泥(Cement, C)為湖南東坪水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5硅酸鹽水泥，表觀密度3 120 kg/m3，比表面積340 m2/kg，3 d抗壓強(qiáng)度25.2 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度48.7 MPa；粉煤灰(Fly ash, FA)為湖南湘潭電廠生產(chǎn)F類(lèi)低鈣灰，表觀密度2 450 kg/m3，比表面積480 m2/kg，28 d活性指數(shù)為78%。聚丙烯纖維(Polypropylene fiber，PPF)：長(zhǎng)度12～16 mm，直徑18 μm，密度0.91 g/cm3，抗拉強(qiáng)度≥400 MPa和高吸水樹(shù)脂(Super absorbent polymer, SAP)：200～400目，吸水倍率≥300 g/g,堆積密度0.65～0.85 g/cm3。磚粉 (Brick particle, BP)，將廢舊黏土磚磨細(xì)至0.075～4.75 mm，表觀密度1 660 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.6，吸水率37%；砂子(Sand, S):機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.95, 級(jí)配良好，表觀密度2 660 kg/m3, 堆積密度1 516 kg/m3。拌合水采用自來(lái)水。聚羧酸類(lèi)高效減水劑，減水率為32%，含固量33.1%。

配合比設(shè)計(jì)中，采用水灰比0.45，膠砂比1:3，通過(guò)摻入減水劑調(diào)節(jié)工作性。PPF摻量為砂漿質(zhì)量的0.15%，F(xiàn)A等質(zhì)量取代25%水泥，SAP摻量為水泥質(zhì)量的0.1%，BP等質(zhì)量取代20%的砂子。試驗(yàn)用配合比見(jiàn)表1所示。

表1 試驗(yàn)配合比

1.2 試件成型及養(yǎng)護(hù)制度

1) 本實(shí)驗(yàn)采用鋼模成型，按照表1所列各配合比成型40 mm×40 mm×160 mm 的棱柱體試件若干。實(shí)驗(yàn)中的高溫低濕環(huán)境通過(guò)烘箱設(shè)置，溫度為設(shè)置60 ℃，相對(duì)濕度小于20%。分別采用3種養(yǎng)護(hù)制度，所有配合比成型的試件均分為3組，第1組成型后1 d拆模進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(Standard curing，簡(jiǎn)稱(chēng)SC)；第2組成型后采用耐熱保鮮膜包裹覆蓋后直接放入烘箱內(nèi)，1 d后去除保鮮膜，繼續(xù)置于高溫低濕條件下養(yǎng)護(hù)(Cover and Hot-dry curing，簡(jiǎn)稱(chēng)CHD)；第3組成型后直接放入烘箱內(nèi)(Hot-dry curing，簡(jiǎn)稱(chēng)HD)。所有試件養(yǎng)護(hù)至3，7和28 d時(shí)，取出并測(cè)試力學(xué)性能。

2) 制備水泥凈漿，分別采用標(biāo)養(yǎng)和高溫低濕養(yǎng)護(hù)至28 d后，取樣測(cè)試微觀性能變化。

1.3 試驗(yàn)方法

1) 力學(xué)性能主要測(cè)試了抗壓和抗折強(qiáng)度。按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 (ISO法)》執(zhí)行。

2) 微觀性能測(cè)試。采用掃描電鏡(SEM)觀察不同養(yǎng)護(hù)條件下水泥基材料微觀形貌，結(jié)合能譜(EDS)測(cè)試分析元素組成；采用X射線(xiàn)衍射(XRD)和熱重分析(TGA)技術(shù)分析水化產(chǎn)物。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)強(qiáng)度的影響

圖1為純水泥砂漿在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度的變化。由圖1可知，標(biāo)養(yǎng)(SC)、覆膜后高溫低濕養(yǎng)護(hù)(CHD)以及直接高溫低濕養(yǎng)護(hù)(HD)條件下，純水泥砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度均隨齡期增加，但是強(qiáng)度的增長(zhǎng)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。與SC條件相比，CHD條件下3 d抗壓強(qiáng)度高于SC條件，這說(shuō)明覆膜1 d養(yǎng)護(hù)對(duì)砂漿早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)起到了一定的促進(jìn)作用，但后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，低于SC條件，而CHD條件下各齡期抗折強(qiáng)度均低于SC條件。相比SC條件，HD條件下，砂漿各齡期抗壓和抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)較大的降低。28 d齡期時(shí)，相比較SC組，HD組抗壓強(qiáng)度降低52.7%，抗折強(qiáng)度降低30.6%，CHD組抗壓強(qiáng)度降低14.5%，抗折強(qiáng)度降低16.0%。相比較HD條件，CHD條件下純水泥砂漿試件強(qiáng)度有較大的提高。

圖2為纖維水泥砂漿在不同條件下強(qiáng)度的變化。由圖2可知，纖維水泥砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度均隨齡期增加而增大，但是強(qiáng)度的增長(zhǎng)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。CHD條件下3 d抗壓強(qiáng)度與SC條件下的幾乎一樣，但是隨著齡期增加，CHD條件下的抗壓強(qiáng)度逐漸低于SC條件。相比SC條件，HD條件下抗壓和抗折強(qiáng)度均較低，且強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，特別是7 d后強(qiáng)度增長(zhǎng)幾乎停滯。28 d齡期時(shí)，相比較SC組，CHD組抗壓強(qiáng)度降低19.4%，抗折強(qiáng)度降低16.1%，而HD組抗壓強(qiáng)度降低47.1%，抗折強(qiáng)度降低39.5%。但是，相比較HD條件，CHD條件下纖維砂漿試件強(qiáng)度有較大的提高。

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

圖3為粉煤灰水泥砂漿在不同條件下強(qiáng)度的變化。由圖3可知，粉煤灰水泥砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度隨齡期增加，但是強(qiáng)度的增長(zhǎng)和其他組呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。本文實(shí)驗(yàn)中粉煤灰摻量為25%，CHD條件下，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度，7 d和28 d抗折強(qiáng)度均高于SC條件，這說(shuō)明在本實(shí)驗(yàn)摻量條件下，CHD條件下粉煤灰水泥砂漿的力學(xué)未出現(xiàn)顯著降低，分析其原因，可能是由于覆膜高溫條件，砂漿中的水未被蒸發(fā)，相當(dāng)于高溫高濕養(yǎng)護(hù)，高溫高濕養(yǎng)護(hù)促進(jìn)了水泥的水化反應(yīng)，生成了較多的CH等水化產(chǎn)物，砂漿中的粉煤灰與CH發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成了更多的水化產(chǎn)物，提高了強(qiáng)度，而粉煤灰顆粒填充在水泥顆粒間發(fā)揮了微集料效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)摻入25%的粉煤灰，也相當(dāng)于增大了水灰比，即使1 d拆除塑料薄膜后，水分開(kāi)始蒸發(fā)，但由于水灰比大，還能夠在一定時(shí)間內(nèi)有足夠的自由水與水泥繼續(xù)反應(yīng)，因此相對(duì)于SC條件，強(qiáng)度未見(jiàn)降低。

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

相比SC條件，HD條件下各齡期抗壓和抗折強(qiáng)度均顯著降低，且隨齡期增長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。這主要是因?yàn)?，試件成型后就采用高溫低濕養(yǎng)護(hù)，砂漿中的水分很快揮發(fā)，有很多水泥顆粒不能參加水化，二次水化反應(yīng)程度也非常低。28 d齡期時(shí)，相比較SC組，CHD組抗壓強(qiáng)度增加了8.1%，抗折強(qiáng)度增加了11.9%，而HD組抗壓強(qiáng)度降低53.4%，抗折強(qiáng)度降低了43.2%。相比較HD條件，CHD條件下純水泥砂漿試件強(qiáng)度有較大的提高，28 d強(qiáng)度已經(jīng)大于SC條件下的同配比試件強(qiáng)度。

圖4為摻入SAP的砂漿在不同條件下強(qiáng)度的變化。由圖4可知，SC條件下的SAP砂漿的強(qiáng)度隨著齡期逐漸增長(zhǎng)。但是在CHD和HD條件下，隨著齡期增長(zhǎng)，除了CHD條件下，砂漿的抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)緩慢增長(zhǎng)以外，SAP砂漿28 d強(qiáng)度均低于7 d強(qiáng)度，特別是HD條件下，28 d抗壓和抗折強(qiáng)度均較7 d出現(xiàn)降低。這主要由于SAP高吸水性樹(shù)脂在砂漿攪拌過(guò)程中吸水膨脹，而在高溫低濕下SAP將失水，雖然SAP能夠?qū)χ車(chē)乃囝w粒提供水化需要的水分，但是在高溫低濕條件下，SAP失水較快，失水后的SAP顆粒，在砂漿中形成微小的孔洞，隨著高溫高濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，加速了砂漿力學(xué)性能的降低，從而造成了強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。28 d時(shí)，相比較SC條件，CHD條件下抗壓強(qiáng)度降低32.3%，抗折強(qiáng)度降低33.3%，而HD條件下抗壓強(qiáng)度降低55.8%，抗折強(qiáng)度降低28.0%。

研究表明[14]，由于磚粉吸水量大，可以作為混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料使用。圖5為摻入磚粉的砂漿在不同養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度的變化。由圖5可知，各養(yǎng)護(hù)條件下，砂漿的強(qiáng)度均逐漸增大，且CHD條件下砂漿3 d抗壓強(qiáng)度高于SC條件，這主要是由于磚粉顆粒吸水性較強(qiáng)，在砂漿攪拌時(shí)吸入了大量的水，而在CHD條件下，砂漿中磚粉內(nèi)的水蒸發(fā)到砂漿中后，為水泥顆粒的水化反應(yīng)提供了水，從而提高了早期的抗壓強(qiáng)度。28 d時(shí)，相比較SC條件，CHD條件下磚粉砂漿的抗壓強(qiáng)度降低20.2%，抗折強(qiáng)度降低30.2%，而HD條件下抗壓強(qiáng)度降低53.9%，抗折強(qiáng)度降低46.1%。

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

由圖1～5還可知：1) CHD條件下各組砂漿3 d抗壓強(qiáng)度均超過(guò)或者與SC條件下的3 d強(qiáng)度接近，且同齡期時(shí)，CHD條件下砂漿強(qiáng)度較HD條件顯著提高，特別是抗壓強(qiáng)度有顯著的提高，這說(shuō)明CHD條件下1 d的高溫覆膜養(yǎng)護(hù)可以有效地減少水分的蒸發(fā)，為水化反應(yīng)提供相對(duì)多的水分，并加速水化反應(yīng)的進(jìn)行，對(duì)砂漿強(qiáng)度的早期增長(zhǎng)起到了積極的作用，而且對(duì)3 d后的強(qiáng)度增長(zhǎng)也起到了較好的作用。2) 與SC條件相比較，HD條件下各組砂漿28 d抗壓強(qiáng)度均降低約50%，抗折強(qiáng)度均降低約30%，這說(shuō)明HD條件下，砂漿中的水分快速蒸發(fā)，水化反應(yīng)難以持續(xù)進(jìn)行，這對(duì)砂漿的強(qiáng)度發(fā)展極為不利，特別是嚴(yán)重降低了砂漿的抗壓強(qiáng)度。3) 粉煤灰摻量為25%的砂漿，在CHD條件下，28 d抗壓和抗折強(qiáng)度均高于SC條件，這說(shuō)明在砂漿的組成材料和養(yǎng)護(hù)工藝上采用一定的技術(shù)措施，可以對(duì)高溫低濕條件下水泥基材料的力學(xué)性能起到有效的改善作用。

2.2 材料組成對(duì)強(qiáng)度的影響

圖6為標(biāo)養(yǎng)條件下(SC)，不同配合比砂漿的強(qiáng)度隨齡期的變化。由圖6可知，在SC條件下，不同材料組成的砂漿強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增大。且不同的組成對(duì)砂漿強(qiáng)度有較大的影響。在本文配合比范圍內(nèi)，28 d抗壓強(qiáng)度由大到小的順序?yàn)?，純水泥砂漿、SAP砂漿、纖維砂漿、磚粉砂漿和粉煤灰砂漿，抗折強(qiáng)度由大到小的順序?yàn)?，纖維砂漿、純水泥砂漿、磚粉砂漿、SAP砂漿和粉煤灰砂漿，且純水泥砂漿、磚粉砂漿和SAP砂漿的28 d抗折強(qiáng)度差別不大。

圖7為覆膜?高溫低濕養(yǎng)護(hù)條件下(CHD)，各組砂漿強(qiáng)度隨齡期的變化。由圖7可知，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，各組砂漿強(qiáng)度增加緩慢，特別是7 d后抗壓和抗折強(qiáng)度增加非常緩慢，其中SAP砂漿28 d的抗折強(qiáng)度還低于7 d，由7 d的6.0 MPa降到了28 d時(shí)的5.0 MPa，強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮。CHD條件下，除了摻入25%的粉煤灰砂漿強(qiáng)度較SC條件提高外，其余各組試件28 d強(qiáng)度較SC均降低，28 d抗壓強(qiáng)度由大到小順序?yàn)?，純水泥砂漿組、粉煤灰砂漿組、纖維砂漿組、SAP砂漿組和磚粉砂漿組，抗折強(qiáng)度由大到小順序?yàn)椋勖夯疑皾{組、纖維砂漿組、純水泥砂漿組、磚粉砂漿組和SAP砂漿組。

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

圖8為高溫低濕條件下各組砂漿強(qiáng)度隨齡期的變化。由圖8可知，HD條件下隨著齡期的增加，除了純水泥砂漿組外，其余各組砂漿強(qiáng)度在養(yǎng)護(hù)7 d以后基本不再增長(zhǎng)，而且SAP砂漿組的抗壓和抗折強(qiáng)度28 d強(qiáng)度均低于7 d，出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮，這主要是由于HD條件下，砂漿中的水迅速失去，參加水化反應(yīng)的水越來(lái)越少，導(dǎo)致大量水泥未參加水化所致。由圖9還可知，在HD條件下，在本文所設(shè)計(jì)的砂漿組成材料范圍內(nèi)，砂漿的組成材料參數(shù)對(duì)其強(qiáng)度的增長(zhǎng)作用已經(jīng)不明顯，也就是說(shuō)無(wú)論是通過(guò)摻入纖維、活性礦物摻合料還是內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，均不能使砂漿強(qiáng)度在HD環(huán)境下繼續(xù)增長(zhǎng)。

(a) 抗壓強(qiáng)度；(b) 抗折強(qiáng)度

2.3 微觀測(cè)試

圖9為不同養(yǎng)護(hù)條件下采用純水泥凈漿制樣進(jìn)行測(cè)試的SEM和EDS結(jié)果。由圖9(a)和9(b)可以看到，標(biāo)養(yǎng)下，水泥凈漿內(nèi)部水化產(chǎn)物致密，水化產(chǎn)物中含有大量的CSH凝膠和CH晶體，而高溫低濕養(yǎng)護(hù)下，水泥凈漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較多，水化產(chǎn)物分布不均勻且水化產(chǎn)物團(tuán)聚，水化產(chǎn)物中可見(jiàn)較大的CH晶體。由圖9(c)和9(d)對(duì)標(biāo)養(yǎng)和高溫低濕養(yǎng)護(hù)試件內(nèi)部取樣進(jìn)行的EDS分析可以看到，標(biāo)養(yǎng)條件下的鈣硅比遠(yuǎn)高于高溫低濕條件，也說(shuō)明了高溫低濕養(yǎng)護(hù)造成了水化反應(yīng)不充分，甚至停止，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實(shí)，強(qiáng)度降低。

圖10是不同養(yǎng)護(hù)條件下試樣的XRD測(cè)試結(jié)果。由圖10可知，標(biāo)養(yǎng)條件下水化產(chǎn)物主要是CH晶體和AFt以及未水化的C2S，而高溫低濕條件下水化產(chǎn)物主要是CH晶體和未水化的C3S，未見(jiàn)AFt，且標(biāo)養(yǎng)下的CH衍射峰值高于高溫低濕條件。這說(shuō)明相比標(biāo)養(yǎng)條件，28 d時(shí)高溫低濕條件下大部分水泥仍未水化，水化產(chǎn)物中仍有大量C3S，這都是由于高溫低濕造成了水分的缺失，使水化程度較低，相應(yīng)造成了水泥基材料性能的降低。

圖11是不同養(yǎng)護(hù)條件下的熱分析測(cè)試結(jié)果。由圖11可知，2種養(yǎng)護(hù)條件下，熱分析曲線(xiàn)的變化基本相同，這說(shuō)明2種養(yǎng)護(hù)條件下水泥的水化產(chǎn)物基本相同，但是測(cè)試物質(zhì)的重量變化和峰值的大小不同，這說(shuō)明水化產(chǎn)物的數(shù)量不同。高溫低濕條件下CSH凝膠、鈣礬石和CH的失重峰值明顯低于標(biāo)養(yǎng)條件，表明高溫低濕條件下水泥的水化產(chǎn)物的數(shù)量明顯少于標(biāo)養(yǎng)，這與X衍射測(cè)試結(jié)果一致，高溫低濕下的水泥的水化程度較低。

從以上微觀測(cè)試結(jié)果可知，相比較標(biāo)養(yǎng)條件，高溫低濕造成了試件內(nèi)部快速失水而導(dǎo)致水化反應(yīng)降低，甚至停止。高溫低濕條件下，在受到早期高溫時(shí)，水泥基材料內(nèi)部的水分尚未完全失去時(shí)，高溫促進(jìn)了水泥的水化，已經(jīng)生成的水化產(chǎn)物包裹在未水化的水泥顆粒周?chē)藭r(shí)，隨著水分的進(jìn)一步失去，水泥顆粒已經(jīng)不能有效進(jìn)行水化反應(yīng)，因此造成了水泥基材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較多，進(jìn)而對(duì)水泥基材料性能造成了嚴(yán)重的影響。

(a) SC；(b) HD；(c) SEM 和 EDS 測(cè)試結(jié)果(SC)；(d) SEM 和 EDS 測(cè)試結(jié)果(HD)

圖10 不同養(yǎng)護(hù)條件下的XRD測(cè)試結(jié)果

圖11 不同養(yǎng)護(hù)條件下的TG-DTG測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

1) 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比較，直接高溫低濕養(yǎng)護(hù)造成了砂漿力學(xué)性能較大幅度降低，28 d抗壓強(qiáng)度降低約50%以上，抗折強(qiáng)度降低約30%以上。相比較直接高溫低濕養(yǎng)護(hù)，高溫覆膜1 d再高溫低濕養(yǎng)護(hù)能有效提高砂漿強(qiáng)度，適合的早期養(yǎng)護(hù)方法能夠有效改善高溫低濕環(huán)境下水泥基材料強(qiáng)度。

2) 僅通過(guò)材料組成調(diào)整的方法不能改變砂漿在直接高溫低濕條件下強(qiáng)度的顯著降低。但是當(dāng)粉煤灰摻量為25%的砂漿，在高溫覆膜1 d再高溫低濕養(yǎng)護(hù)條件下，28 d抗壓和抗折強(qiáng)度均高于標(biāo)養(yǎng)條件，這說(shuō)明在砂漿的組成材料和養(yǎng)護(hù)工藝上采用一定的技術(shù)措施，可以改善高溫低濕條件下水泥基材料的力學(xué)性能。

3) 高溫對(duì)早期水化反應(yīng)有促進(jìn)作用，但所形成的水化產(chǎn)物不均勻，包裹在未水化的水泥顆粒表面，阻止了水化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，且隨著水分在低濕條件下的蒸發(fā)，水化速率迅速降低甚至停止，造成水化產(chǎn)物不均勻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，孔隙率增大，從而導(dǎo)致強(qiáng)度嚴(yán)重降低。

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Mechanical properties and microstructure of mortar under the hot-dry environment

MA Kunlin, HAN Xiaokun, LONG Guangcheng, XIE Youjun, ZENG Xiaohui

(School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

In order to primarily understand the method to improve the mechanical properties of cement-based materials under hot-dry environment, the mechanical properties of mortar with different composition parameters were tested under different curing systems. The mechanical properties of mortar under the condition of hot-dry environment were tested, and the microstructure of mortar was also analyzed by means of SEM, XRD and TG. Results show that compared with the standard curing, the hot-dry curing results in a great decrease in the mechanical properties of mortar. Compared with direct hot-dry curing, early short-term cover curing under hot-dry environment can significantly improve the strength of the mortar. When the mortar with 25% fly ash was cured in the condition of cover and hot-dry environment for 1 d, the compressive and flexural strength of 28 d were both higher than that of the standard curing specimens. The addition of polypropylene fiber and internal curing materials could improve the mechanical properties of mortar under hot-dry environment, but a suitable early curing system is needed. High temperature promoted the early hydration of cement, but the generated hydration products could not spread in time, piled up on the surface of unreacted cement particles, resulting in uneven hydration products and hindering further hydration reaction. Water evaporates at low humidity and the rate of hydration rapidly decreases or even stops. The internal structure becomes loose, the porosity increases and the strength decreases seriously.

high geothermal; hot-dry environment; mortar; mechanical properties; microscopic structure

TU528

A

1672 ? 7029(2021)02 ? 0392 ? 10

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200298

2020?04?13

中國(guó)鐵路總公司系統(tǒng)性重大課題(P2018G047)

馬昆林(1976?)，男，云南昆明人，教授，博士，從事鐵道工程材料研究；E?mail：makunlin@csu.edu.cn

(編輯 涂鵬)