养护龄期对等粒径多孔水泥混凝土内部结构的影响

贾 瑜

(山西建筑职业技术学院 市政工程系， 山西 太原 030006)



养护龄期对等粒径多孔水泥混凝土内部结构的影响

贾 瑜

(山西建筑职业技术学院 市政工程系， 山西 太原 030006)

以不同养护龄期的等粒径多孔水泥混凝土为研究对象，与传统混凝土做对比，采用气孔分析法测试了不同养护龄期混凝土的孔结构。结果表明：等粒径与传统多气孔混凝土的相对孔含量均随着养护龄期延长在初期有小幅增长，而后逐渐降低最后趋于平稳，且在孔径相同时，龄期较短的混凝土相对孔含量要低。与相同条件下的传统径多气孔混凝土相对孔含量比较，养护3 d的等粒径多气孔混凝土最大孔含量要比养护75 d的低53.6%，比传统的混凝土孔含量要高出32.3%。与传统的多气孔混凝土相比，随着养护龄期延长，等粒径多气孔混凝土的比表面积、平均半径、气孔间距系数、气孔总弦长要比传统混凝土的要小，在龄期为75 d时，分别要小43.14%、28.76%、28.30%、37.33%；龄期为75 d的等粒径多气孔混凝土在比表面积、平均半径、气孔间距系数、气孔总弦长要比龄期为3 d的要大得多，分别要大65.36%、33.71%、60.75%、61.70%，表明等粒径混凝土比传统混凝土组织结构更加密实。

龄期； 等粒径； 多孔； 混凝土； 内部结构

1 概述

多孔水泥混凝土是一种具有良好发展潜力和广阔应用前景的路面材料，近年来，在公路建设中呈现出越来越明显的优势。多孔水泥混凝土不同于普通混凝土，需要具备一定的空隙率。空隙率的大小、骨料的用量和包裹骨料浆体的用量决定了多孔水泥混凝土独特的内部结构。空隙、骨料、浆体三者的质量关系和空间分布关系对多孔水泥混凝土物理、力学性能具有重要影响。研发空隙率大、抗压强度高且抵抗拉应变能力强的多孔混凝土对解决重载条件下，路面基层开裂具有重要意义[1-4]。

等粒径多孔水泥混凝土的表观性能和内部结构随养护龄期不断发展变化，内部结构的变化会引起会在表观性能上体现。 因此，研究养护龄期对混凝土内部结构的影响具有十分重要的意义。为了研究不同龄期对等粒径多孔水泥混凝土内部结构的影响，本文配制6份相同的等粒径多孔水泥混凝土与6份相同的传统多孔水泥混凝土做对比，进行不同龄期的养护实验。

2 原材料与试验方法

2.1 等粒径多孔水泥混凝土原材料

等粒径多孔水泥混凝土是直接由水泥、等粒径集料、水和改性剂混合固结而成[5-7]。等粒径集料是指在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料包括卵石、碎石、废渣等，细骨料包括中细砂、粉煤灰等[8]。按照标准筛孔尺寸，一般将集料分成六个粒径区间：10～15、15～20、20～25、25～30、30～35，35～40 mm，将某一区间粒径的中值作为粒径的代表值，集料粒径范围为代表值(±2.5)mm，这个范围内的集料称为等粒径集料[9]。

本文选用32.5级水泥作为胶结材料；等粒径集料骨料为石英砂，粗石英砂的粒径为12.5 mm，密度为14.04 g/cm3；堆积密度为8.11 g/cm3；碎石粒径为12.3 mm，密度为13.91 g/cm3，堆积密度为7.89 g/cm3。矿渣粒径12.2 mm，密度为13.95 g/cm3，堆积密度为8.09 g/cm3。填料选用南京某热电厂Ⅲ级粉煤灰：45 μm 筛筛余小于32.8%、需水比为108%。减水剂：使用上海花王化学有限公司产的缓凝型高效减水剂SP-N，试验用水为自来水。

2.2 传统多孔水泥混凝土原材料

选用32.5级水泥作为胶结材料；骨料为石英砂。粗石英砂的粒径为12.5 mm，密度为14.04 g/cm3；堆积密度为8.11 g/cm3；碎石粒径为22.5 mm，密度为25.45 g/cm3，堆积密度为14.43 g/cm3。矿渣粒径34.1 mm，密度为38.99 g/cm3，堆积密度为14.80 g/cm3。填料选用南京某热电厂Ⅲ级粉煤灰：45 μm 筛筛余小于32.8%、需水比为108%。减水剂：使用上海花王化学有限公司产的缓凝型高效减水剂SP-N，试验用水为自来水。

2.3 试验方法

试样尺寸：70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体；配合比见表1。同一养护条件下的试样均在同一天成型，24 h后拆模，然后进入特定的养护条件，养护条件和方式见表2。

表1 等粒径多孔水泥混凝土配合比Table1 Theconcretemixratioofporouscementconcretewithsamesizedaggregate混凝土养护代号龄期/d水水泥粉煤灰矿渣石英砂碎石外加剂等粒径132153304455606751501138310585310205.8传统738159301045116012751501138310585310205.8 注:表中水、水泥、粉媒灰、矿渣、石英砂、碎石、外加剂的单位均为kg·m-3。

表2 混凝土的养护条件Table2 Thecuringconditionofconcrete混凝土养护代号养护条件等粒径1234561d拆模,放置于温度为25±2℃,湿度为80%的养护条件中养护3d 养护15d养护30d养护45d养护60d养护75d传统7891011121d拆模,放置于温度为25±2℃,湿度为80%的养护条件中养护3d 养护15d养护30d养护45d养护60d养护75d

2.4 孔结构分析试验

混凝土破型后取少量砂浆试块，用丙酮终止水化并经真空干燥后，采用压汞孔结构分析仪Quantachrome Poremaster对相关试样进行孔结构分析，参数如下：接触角θ为140°，水银表面张力为0.483 N/m，在某一压力P下压入汞的孔径可以用下式计算得到：d=-4γcosθ/P。

3 结果与讨论

3.1 龄期对等粒径多孔混凝土孔分布的影响

由图1可以看出：等粒径多气孔混凝土的相对孔含量随着养护龄期延长在初期有小幅增长，随后逐渐降低最后趋于平稳，且在孔径相同时，龄期较短的混凝土相对孔含量要低，其中养护3 d的等粒径多气孔混凝土最大孔含量要比养护75 d的低53.6%。这是由于水泥不断水化生成较多的水化物，细化了孔隙，提高了结构的致密性所致，等粒径多孔水泥混凝土颗粒和颗粒之间并不是点接触，占绝大多数的是面接触，等粒径多孔水泥混凝土破坏形式与传统的多孔水泥混凝土破坏形式不同。在相同配合比条件下，含气量越高，其内部引入的均匀球形气孔数量也就越多，这些气孔的存在增大了混凝土的孔隙率，有效承载力截面减少和受力时孔隙附近应力集中，引起了混凝土强度的降低，随着气孔数量的增多，混凝土强度损失越多。

图1 不同龄期等粒径多气孔混凝土的孔分布Figure 1 The pore distribution of age on porous cement concrete with same sized aggregate

3.2 龄期传统多气孔混凝土的孔分布

由图2可以看出：传统多气孔混凝土的相对孔含量随着养护龄期延长在初期有小幅增长，随后逐渐降低最后趋于平稳，且在孔径相同时，龄期较短的混凝土相对孔含量要低，其中养护3 d的传统多气孔混凝土最大孔含量要比养护75 d的低31.3%，与相同条件下的等粒径多气孔混凝土对孔含量比较，传统的混凝土孔含量要高出32.3%，孔含量的增多，导致传统混凝土强度要比等粒径的低。

图2 不同龄期传统多气孔混凝土的孔分布Figure 2 The pore distribution of age on porous cement concrete with tradition

3.3 龄期对混凝土气孔比表面积的影响

由图3可以看出：在龄期相同的条件下，等粒径多气孔混凝土的比表面积要比传统混凝土的要小，在龄期为75d时，等粒径的比表面积比传统的混凝土要小43.14%，比表面积在一定程度上反映了视域内气孔的大小，说明等粒径比传统混凝土的内气孔要小，其致密程度要高，强度要好，由于等粒径颗粒比表面积最小，会增大水泥浆黏结力而提高多孔水泥混凝土的强度。在龄期不同的条件下，随着龄期的延长，不管是等粒径多气孔混凝土，还是传统的混凝土，其比表面积都呈增大趋势，这主要是由于养护过程中混凝土拌合水过早蒸发，使得气孔周围的凝胶材料未能水化造成的。龄期为75 d的两种混凝土比表面积要比龄期为3 d的要大得多，分别要大65.36%(等粒径)、74.14%(传统)。说明在龄期延长的情况下，水泥后期水化反应慢，水化不均匀，水化产物填充孔隙少，造成比表面积大。

图3 不同龄期对等粒径多气孔混凝土比表面积的影响Figure 3 The effect of different age on the specific surface area of porous concrete

3.4 龄期对混凝土气孔间距系数的影响

由图4可以看出：在龄期相同的条件下，等粒径多气孔混凝土的气孔间距系数要比传统混凝土的要小，在龄期为75 d时，等粒径的比表面积比传统的混凝土要小28.30%，这在一定程度上反映了视域内气孔间距的大小，说明等粒径混凝土的气孔间距比传统混凝土的要小。气孔间距指的是水泥混凝土中的任一点和相邻任一气孔球面之间的最大距离，在龄期不同的条件下，随着龄期的延长，混凝土硬化后气孔间距随龄期的增加而增大，说明引气剂引入了数目更多的气泡，气泡总表面积增大。龄期为75 d的2种混凝土气孔间距要比龄期为3 d的要大得多，分别要大33.71%(等粒径)、43.52%(传统)。说明在龄期延长的情况下，水泥后期水化产物填充孔隙少，造成气孔间距大。

图4 不同龄期对等粒径多气孔混凝土气孔间距的影响Figure 4 The effect of different age on the pore space of the porous concrete

3.5 龄期对混凝土气孔平均半径的影响

由图5可以看出：在龄期相同的条件下，等粒径多气孔混凝土的平均半径要比传统混凝土的要小，在龄期为75 d时，等粒径的比表面积比传统的混凝土要小28.76%，这在一定程度上反映了视域内气孔的大小，说明等粒径混凝土的气孔比传统混凝土的要小，这反映了等粒径混凝土的组织结构更加密实，进而不断使混凝土的水化程度和强度得到提升。在龄期不同的条件下，随着龄期的延长，混凝土硬化后气孔平均半径随龄期的增加而增加，说明引气剂引入了数目更多的气泡，气泡平均半径增大。龄期为75 d的2种混凝土气孔平均半径要比龄期为3 d的要大得多，分别要大60.75%(等粒径)、68.32%(传统)。说明在龄期延长的情况下，水泥后期水化产物填充孔隙少，孔径小且曲率突变大的孔隙，其比表面能也较大，水化物易成核；随着水化反应的进行，不断生成的水化产物起到填充微孔隙和细化孔径作用，最终结果是微观结构致密化，造成气孔平均半径距大。

图5 不同龄期对等粒径多气孔混凝土气孔平均半径的影响Figure 5 The effect of different ages on the average diameter of porous concrete with equal diameter

3.6 龄期对混凝土气孔总弦长的影响

由图6可以看出：在龄期相同的条件下，等粒径多气孔混凝土的气孔总弦长要比传统混凝土的要小，在龄期为75 d时，等粒径的比表面积比传统的混凝土要小37.33%，说明等粒径混凝土的比传统混凝土密实。在龄期不同的条件下，随着龄期的延长，混凝土硬化后气孔总弦长随龄期的增加而增加，说明引气剂引入了数目更多的气泡，气泡平均半径增大。龄期为75 d的2种混凝土气孔总弦长要比龄期为3 d的要大得多，分别要大61.70%(等粒径)、69.34%(传统)。说明在龄期延长的情况下，水泥后期长龄期使得一部分自由水释放的比较慢，造成气孔总弦长增大。

图6 不同龄期对等粒径多气孔混凝土气孔总弦长的影响Figure 6 The effect of different age equal size pore concrete total stomatal length

4 结论

① 等粒径与传统多气孔混凝土的相对孔含量均随着养护龄期延长在初期有小幅增长，而后逐渐降低最后趋于平稳，且在孔径相同时，龄期较短的混凝土相对孔含量要低。

② 与相同条件下的传统径多气孔混凝土相对孔含量比较，养护3 d的等粒径多气孔混凝土最大孔含量要比养护75 d的低53.6%，比传统的混凝土孔含量要高出32.3%，孔含量的增多，导致传统混凝土强度要比等粒径的低。

③ 养护龄期对混凝土内部结构影响较大，与传统的多气孔混凝土相比，等粒径多气孔混凝土的比表面积、平均半径、气孔间距系数、气孔总弦长要比传统混凝土的要小。

④ 龄期为75 d的等粒径多气孔混凝土在比表面积、平均半径、气孔间距系数、气孔总弦长要比龄期为3 d的要大很多，说明等粒径混凝土比传统混凝土组织结构更加密实。

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Influence of Curing Age on the Internal Structure of Porous Cement Concrete with Same Sized Aggregate

JIA Yu

(Department of Municipal Engineering， Shanxi Architectural College； Taiyuan， Shanxi 030006， China)

the pore structure of concrete with different curing age was tested by the method of pore analysis.Compared with the traditional concrete，the results show that the particle diameter and holes relative content of traditional multi hole concrete were with prolonging the curing period there was a small rise in early，then gradually decreased finally tends to be stable and at the aperture phase at the same time，concrete curing age is short relative pore content to low.And under the same conditions of traditional diameter concrete porosity relative pore content，curing 3 d particle diameter pore concrete maximum hole content to than curing 75 d low 53.6%，than the traditional concrete pore content to 32.3% higher.Compared with the traditional multi pore concrete，along with the increase of curing period，such as particle diameter pore concrete specific surface area and average radius，stomatal spacing factor，total stomatal length to more than that of conventional concrete small，at age 75 d，respectively，to small 43.14%，28.76%，28.30%，37.33%；75 d and particle diameter pore concrete in the specific surface area and average radius，stomatal spacing factor，total stomatal length to age than for 3 d to much larger，respectively to 65.36%，33.71%，60.75%，61.70%，show such as particle diameter concrete than traditional concrete organization structure more encryption real.

curing age； particle size； porous； concrete； internal structure

2016 — 06 — 14

贾 瑜(1980 — )，男，山西晋中人，讲师，研究方向：道路施工技术方面。

TU 528.07

A

1674 — 0610(2016)05 — 0268 — 05