基于显微硬度法测定混凝土匀质性的研究

吴义林 严文佩 陈朝晖

(1.京山县产品质量监督检验所，湖北 京山 431800； 2.京山县公共检验检测中心，湖北 京山 431800)



基于显微硬度法测定混凝土匀质性的研究

吴义林1严文佩2陈朝晖1

(1.京山县产品质量监督检验所，湖北 京山 431800； 2.京山县公共检验检测中心，湖北 京山 431800)

通过显微硬度法，分析了用水量波动、水灰比、粉煤灰三者对混凝土匀质性的影响，结果表明，离析度、集料离差度与用水量存在较好的线性相关性；水灰比的降低、粉煤灰的掺入优化了水化产物，降低了孔隙率，有效地改善界面过渡区的均匀性。

混凝土，匀质性，显微硬度，界面过渡区

由于外加剂的大量使用，在一定程度上提高了混凝土的工作性能，但却容易导致混凝土离析、泌水现象的发生。混凝土内部结构的不均匀性将导致混凝土强度和耐久性能的降低，从而降低了材料的使用寿命[1-8]。

通过研究水灰比的改变对混凝土工作性能的影响，利用显微硬度法，探索矿物掺合料以及用水量对硬化混凝土内、外部结构的影响，对混凝土匀质性进行综合评价。

1 实验部分

1.1 原材料

本实验中所用的水泥为P.O42.5水泥，其化学成分如表1所示，粉煤灰的化学成分见表2。细集料为河砂，细度模数为2.6，粗集料为5 mm～31.5 mm碎石，表观密度为2 610 kg/m3。减水剂为LN-SP型聚羧酸系高效减水剂，其减水率为29.1%。实验用水均为洁净的自来水。

表1 水泥的化学成分

1.2 试验方法

表2 粉煤灰的化学成分(wt%)

1)混凝土配合比。本文设计了普通混凝土和高性能混凝土两类基准混凝土，表3为试样配合比。在此用水量的基础上，对每类混凝土的用水量上下调节15 kg/m3和25 kg/m3。

表3 混凝土配合比 kg/m3

2)均匀性实验。均匀性实验采用如图1所示的试验设备。将成型后的新拌混凝土装入设备中，振捣密实，然后分别测定不同部位混凝土的重量来表征材料的离析程度。式(1)为混凝土离析度(用SC表示)，式(2)得到集料离析度(用SA表示)。

(1)

其中，ρ0为配合比混凝土湿容重；ρ1为上层混凝土湿容重；ρ2为下层混凝土湿容重。

(2)

其中，m0为配合比粗集料干燥重量；m1为上层粗集料干燥重量；m2为下层粗集料干燥重量。

3)显微硬度测试。当混凝土试件养护至规定28 d后，取其不同部位制成显微硬度仪所需的规格尺寸，然后对表面进行打磨、抛光。

2 结果分析与讨论

2.1 用水量波动对混凝土匀质性的影响

图2和图3分别为用水量变化对混凝土工作性能的影响。从图2和图3中可以看出，用水量的变化对混凝土的工作性能影响十分明显，当增大单位用水量时，由于新拌混凝土的粘度下降，从而导致粗集料下沉，最终表现为离析度的增加。与此同时，混凝土离析度和集料离析度均与用水量存在良好的线性关系。

2.2 水灰比对混凝土匀质性的影响

图4和图5为普通混凝土的内部和表层集料界面过渡区的显微硬度。由图4，图5可知，混凝土内部集料附近显微硬度的分布关系为上界面>侧面>下界面，同时上界面的界面过渡区的范围均小于侧面和下界面，这主要是由于上、侧、下界面过渡区的不同水灰比造成的，当新拌混凝土振捣过程中，在粗集料附近形成水膜效应，导致上下水灰比的差别。而内部混凝土与表层混凝土相比，其界面过渡区的范围相对窄些，这是由于在界面过渡区生成更多的Ca(OH)2，同时界面处的孔隙率更多，从而导致表层集料界面过渡区内结构更加疏松，界面过渡区宽度变大[7]。

2.3 粉煤灰对混凝土匀质性的影响

高性能混凝土内外部体系界面过渡区的显微硬度见图6，图7。由图6，图7中可知，在相同离析度的情况下，高性能混凝土的界面过渡区的宽度均小于普通混凝土。这主要是由于粉煤灰的加入，由于其活性效应，消耗了水化产物Ca(OH)2，使得界面过渡区的Ca(OH)2的生成量减少，同时粉煤灰的填充效应也使得其孔隙率下降，故其界面过渡区的显微硬度较普通混凝土大，宽度变窄。

3 结语

1)利用离析度的方法能够较好的表征混凝土的均匀性，而高性能混凝土相对于普通混凝土而言，其对用水量变化的影响较小些。

2)水灰比的降低在一定程度上降低了混凝土的离析度，增加了混凝土的均匀性，有利于提高耐久性。

3)粉煤灰的掺入优化了水化产物，降低了孔隙率，能够有效改善界面过渡区的均匀性。

[1] 邢 锋,张 鸣,丁 铸.新拌混凝土的匀质性对其性能的影响[J].硅酸盐通报,2007,26(3):588-595.

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[3] 魏丽萍.水在混凝土中的作用及对混凝土性能的影响[J].安徽建筑工程学院学报(自然科学版),2002,10(1):17-20.

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[7] BERGER R L,CAHN D S McGregor J D.Calcium hydroxide as a binder in Portland cement paste[J].J Am Ceram Soc,1970,53(1):57-58.

[8] 魏丽萍.水在混凝土中的作用及对混凝土性能的影响[J].安徽建筑工程学院学报(自然科学版),2002,10(1):17-20.

Investigation on the influence factors of homogeneity of concrete by microhardness tester

Wu Yilin1Yan Wenpei2Chen Zhaohui1

(1.Jingshan Institute of Quality Supervision and Inspection, Jingshan 431800, China; 2.Jingshan Testing Center of Public Inspection, Jingshan 431800, China)

Through the microscope hardness method, analyzed the influence of water consumption fluctuation, water cement ratio, fly ash to concrete homogeneity. The results showed that the degree of segregation and diversity of aggregate had a linear relationship to water consumption of concrete. The decrease of water-binder ratio and fly ash can optimize the hydration products, reduce the porosity, effectively improve the ITZ of concrete.

concrete, homogeneity, microhardness, interfacial transition zone

1009-6825(2017)12-0096-02

2017-02-16

吴义林(1972- )，男，工程师

TU528

A