轻集料混凝土界面过渡区特点及改善措施的讨论

鞠 川

宿迁学院（223800）

轻集料混凝土界面过渡区特点及改善措施的讨论

鞠 川

宿迁学院（223800）

总结了轻集料混凝土的国内外研究进展，并讨论了轻集料混凝土中界面过渡区的形成机理、特征、性能、结构特点和改善措施，通过SEM观察对比了普通高强混凝土以及轻集料高强混凝土、掺入矿物混合料的轻集料混凝土的微观结构。

轻集料；界面过渡区；混凝土

0 引言

以人造轻集料作为基本材料的轻集料混凝土最早使用年代可追溯到1920年左右。[1-2]S·J海德是最早运用回转窑烧制膨胀黏土轻集料的先驱者之一。到1928年，美国开始把这种方法运用于商业生产，西欧在第二次世界大战以后才开始有了轻集料的生产。伴随1969年美国用轻集料高性能混凝土建成了高217.6 m、52层的休斯顿贝克广场大厦，宣告人类对轻集料高性能混凝土的开发和应用已取得了较大的发展。[3]近年来在高层和大跨度建筑工程中，对建筑物功能性有了更高的要求，较多地采用了轻集料高性能混凝土，发挥了轻集料高性能混凝土的技术经济优势,不仅刺激了轻集料的生产,同时对小型砌块的生产、建筑节能、房屋建筑等方面也都有很大的促进作用，也推进了轻集料混凝土的研究和应用的快速发展。

我国轻集料工业的发展始于人造轻集料的研究与开发，近半个世纪以来，经历了漫长而曲折的过程。[4]目前，因为轻集料与水泥石之间的界面过渡区是普通混凝土中最薄弱的环节，它能够直接影响到混凝土的强度、刚度和耐久性，因此国内外很多学者都在研究轻集料在轻集料混凝土中的作用，以及如何改善轻集料与水泥石之间的黏结性能。

1 轻集料-水泥石界面过渡区的形成机理及结构特征

混凝土材料的强度主要取决于三个方面的强度，即骨料的强度、水泥石的强度、界面的黏结强度。[5]而界面的黏结强度又包括了三个方面，即粗骨料与充填体的黏结强度、细骨料与充填体的黏结强度、水化产物之间的黏结强度。在水泥基材料中，缺陷和不连续性会引起应力集中现象，混凝土的力学性能会受到组成、含量以及空间结构的影响。轻集料混凝土与普通混凝土本质区别就是采用了多孔的轻集料，导致其组成、结构和性质产生较大变化。在轻集料混凝土中存在两种微管微孔系统，即水泥石中的微管微孔系统和多孔集料中的微管微孔系统。

图1 普通高强水泥混凝土28 d

图2 轻集料高强水泥混凝土28 d SEM

图3 7d掺加粉煤灰轻集料混凝土SEM图

图4 28d掺加粉煤灰轻集料混凝土SEM图

2 混凝土的界面结构特征及改善

为了讨论普通混凝土及轻集料混凝土界面过渡区性能的特征,本试验采用了水胶比为0.32、砂率为0.4的三组混凝土配比。1）采用普通集料不掺粉煤灰作为空白对比样。2）采用轻集料不掺粉煤灰。3）采用轻集料，掺10%粉煤灰。

通过对比普通高强水泥混凝土以及轻集料高强水泥混凝土发现，普通高强水泥混凝土界面过渡区板状CH晶体量多于水泥石基体，界面区CH富集现象明显，且存在明显的大的裂缝，而轻集料混凝土界面区水化产物的组成与基体基本相同，未有CH富集和定向排列现象，且基本无微裂纹，此时水化产物紧密地包裹在轻集料周围并填充了空隙，提高了密实度。同时观察到大量针状的水泥水化产物嵌入轻集料内，形成了水泥与轻集料“嵌套”在一起的整体结构。一般情况下纤维状的C-S-H在水灰比较大、水泥水化反应程度较高的情况下才会出现。这进一步说明了轻集料内的水分具有的养护作用，内养护作用使水泥水化进行的比较充分，因而形成了大量的C-S-H。

通过观察图3和图4后发现,掺入粉煤灰后，界面区粗大CH晶体、钙矾石数量大大减少，取而代之的是大量的网状、针状、放射状的C-S-H相和细化的CH晶体。7 d时粉煤灰表面已经可以看到反应的痕迹，且可以看到大量的粉煤灰球体散落于水化产物中水化产物网络中球状粉煤灰表面已经出现了较多的CH和AFt晶体,它们一起镶嵌于C-SH中。随着水化反应的进行，在28 d时，粉煤灰的量反而少于7 d龄期时粉煤灰的量，这是因为大部分粉煤灰参与火山灰反应，生成了低钙型的水化硅酸钙凝胶,水化产物紧密地包裹在轻集料周围，增加了轻集料与水泥石之间界面的密实度，促使后期强度的提高。

3 结论

1）轻集料混凝土界面区未有CH富集和定向排列现象并且无微裂纹，结构较为密实。而28 d龄期的普通高强水泥混凝土界面过渡区出现较多的板状CH晶体且观察到存在裂纹。

2）粉煤灰可以改善轻集料混凝土界面过渡区的性能,随着龄期的增加，在28 d时候发现掺入的粉煤灰大部分已经参与火山灰反应消耗，生产了低钙型的水化硅酸钙凝胶，提高了混凝土的强度和密实度，改善了界面过渡区的性能。

[1]李建华.国外轻骨料混凝土应用[M].北京:中国建筑工业出版社,1982:416～425.

[2](法)P·果尔蒙,苏锡楠(译).今日轻混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,1984:29～64.

[3]张勇.泵送高强轻集料混凝土的研究[D].武汉理工大学硕士学位论文,2002:56～67.

[4]张勇.高性能轻集料的分析与发展[J].粉煤灰综合利用, 2002(4):39～43.

[5]TASONGWA，LYNSDALECL，CRIPPSJC.Aggregatecement paste interface.Ⅱ：Influence of aggregate physical properties[J].Cement.

项目来源:2013江苏省大学生实践创新