风积沙混凝土孔隙结构分析研究

1 引言

中国每年需要耗费巨量的混凝土材料,天然河砂过度开采,砂资源日趋枯竭,西北地区蕴含巨大的沙漠沙资源,采用沙漠沙替代河砂拌制混凝土并广泛应用于工程无疑具有巨大的经济与社会效益,笔者近几年对风积沙混凝土的耐久性能展开了深入的研究[1,2]。

混凝土的孔隙结构参数如平均孔径、最可几孔径、气泡间距和孔径分布对混凝土的耐久性能产生重要影响。针对不同风积沙替代量的混凝土,分析了不同掺量风积沙混凝土在标养28d后的微观孔隙参数,深入探讨了风积沙混凝土的孔隙结构特征,为风积沙混凝土的耐久性能的深入研究以及工程应用提供理论参考。

2 材料与方法

风积沙混凝土中的风积沙采用内蒙古西部库布齐沙漠地区的沙漠沙(细度模数0.7),风积沙替代天然河砂比例分别为20%、40%、60%、80%、100%,普通混凝土作为对比组。6组混凝土强度等级均为C25。按照“硬化混凝土气泡间距系数检测方法”,对标养28d后的风积沙混凝土试样置于显微镜下进行气泡间距分析。

3 结果分析

表1为不同掺量风积沙混凝土在标养28d后的孔隙参数。气泡比表面积和平均气泡直径是表征混凝土内气泡大小的重要指标,当含气量接近时,气泡数量越多,气泡平均直径就越小,比表面积就越大。6组混凝土的含气量相差不大,但平均气泡直径差异明显,100%掺量风积沙混凝土最大,60%掺量的风积沙混凝土较小。不同的风积沙掺量混凝土在水化过程中,掺量大于60%的风积沙混凝土形成许多大小不一且独立的毛细孔和大孔,100%掺量时达到最大,内部较多的独立大孔隙结构导致测得的平均气泡直径偏大。6种不同混凝土内部孔隙尺寸均比较大;风积沙掺量大则混凝土的孔隙含量也大,100%掺量的内部孔隙含量最大,但主要是独立性大孔,气泡间距系数最小,对抗冻性有利。

气泡间距系数是影响硬化后的混凝土抗冻性最重要的因素,因此它是评估混凝土抗冻性能好坏的重要指标,气泡间距系数越大,平均气泡间距就越大,则硬化混凝土内毛细孔中的水在低温结冰过程中产生的静水压和渗透压就越大,混凝土的抗冻性就越差。因此混凝土中风积沙掺量越大,气泡间距系数越小,平均气泡间距就越小,因此按照孔隙参数得到大掺量的风积沙混凝土抗冻性好。

图1为不同风积沙掺量混凝土养护28d后的孔隙百分比。凝胶孔含量随风积沙掺量的增加呈递增,过渡孔含量在风积沙掺量为60%时达到最大,掺量小于或大于60%时呈现递减趋势;毛细孔含量随着风积沙掺量增加呈递减趋势,在掺量为80%时达到最小,大孔含量随着掺量增加呈递增趋势,在100%掺量时达到最大,风积沙掺量为60%时大孔含量最小。

4 结论

标养28d后的6组风积沙混凝土,风积沙掺量越大,内部孔径越大,气泡平均间距也越大。掺量大的风积沙混凝土的毛细孔数量减小,大孔数量增加,孔隙结构中的小孔隙数量越多,混凝土组织结构越密实,对混凝土的抗冻性能越有利。

摘要：针对光学测试法得到的风积沙混凝土的孔隙结构参数,本文分析发现孔隙参数随着风积沙掺量的变化规律。结果表明风积沙掺量越大,平均气泡间距越小,最可几孔径减小,但在60%以后则保持不变。该研究可为风积沙混凝土广泛应用于水利设施建设提供理论依据。

关键词：风积沙,混凝土,孔结构,气泡间距

参考文献

[1] 吴俊臣,申向东.风积沙混凝土的抗冻性与冻融损伤机理分析[J].农业工程学报,2017,33(10):184-190.

[2] 吴俊臣,申向东,董伟,等.风积沙水泥基混凝土的工程应用与耐久性能研究现状[J].硅酸盐通报,2015,34(10):2845-2850.