目的

為研究膨脹劑和砂子含水率對預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)行了預(yù)拌干料貯存期為 7d，5 種膨脹劑摻量（0%、4%、6%、8%和 10%），3 種砂子含水率（0.5%、1.0%和 1.5%）情況下的預(yù)拌料混凝土微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。

前言

噴射混凝土支護(hù)是礦山巷道最主要的支護(hù)方式。目前，在礦山巷道施工中，現(xiàn)場攪拌方式存在原材料計(jì)量不準(zhǔn)確、混凝土質(zhì)量差、粉塵濃度大等問題。針對這一現(xiàn)狀，提出了預(yù)拌料混凝土技術(shù),預(yù)拌料混凝土是指先將一定比例的水泥、砂子、石子等原材料均勻拌合在一起形成預(yù)拌干料，密封存放，在施工時(shí)加入一定量的水和外加劑進(jìn)行施工的一種新型混凝土[4]。預(yù)拌料混凝土在地下施工時(shí)存在易開裂、抗?jié)B性差等缺點(diǎn)，噴射前加入膨脹劑，能夠改善噴射混凝土質(zhì)量，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，提高其抗裂性能。

混凝土結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能的變化是其微觀結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果。因此研究混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和組成，是深入研究混凝土的力學(xué)性能的重要前提和方法。

本文從微觀角度出發(fā)，觀察預(yù)拌干料貯存期為 7d 時(shí)，預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土在不同膨脹劑摻量的微觀結(jié)構(gòu)形貌，并進(jìn)行了孔隙率的測定，通過微觀手段分析膨脹劑對預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響。

準(zhǔn)備

1 試驗(yàn)材料與試樣準(zhǔn)備

試驗(yàn)原材料為水泥、膨脹劑、粗細(xì)骨料、水。水泥選用八公山牌 P·O42.5 級普通硅酸鹽

水泥；砂子選用淮河中砂；石子選用最大粒徑為 10mm 的連續(xù)級配普通碎石；水選用自來水；膨脹劑選用 HCSA 高性能混凝土膨脹劑。

試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器

混凝土強(qiáng)度為 C30、水膠比 0.48，取預(yù)拌干料貯存期為 7d，砂子含水率分別為 0.5%、1. 0%和 1.5%，HCSA 膨脹劑等量取代膠凝材料的 0%、4%、6%、8%、10%，制作立方體混凝土試塊，并養(yǎng)護(hù)至 28d，將試塊破碎為邊長為 10mm×10mm×5mm，并烘干，進(jìn)行掃描電鏡檢測。掃描電鏡型號為 KYKY-2800B。制作邊長為100mm×10mm×100mm 的混凝土試塊，用可蒸發(fā)水含量法測定其孔隙率。

樣品制備

取破碎的試塊，選擇平整的面作為掃描面，將試樣固定，然后把試樣放入掃描電鏡中進(jìn)70 行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)材料與試樣準(zhǔn)備

膨脹劑對預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響，是因?yàn)楦淖兞嘶炷恋膬?nèi)部組成。以砂子含水率 1.0%為例，分析預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀結(jié)構(gòu)的變化。圖 1 是預(yù)拌干料貯存期為7d，砂子含水率為 1.0%時(shí)，不同膨脹劑摻量的預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。

圖 1 不同膨脹劑摻量的預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀形貌(1000×) (a)HCSA:0%; (b)HCSA:4%; (c)HCSA:6%; (d)HCSA:8%; (e)HCSA:10%

2.1 未摻膨脹劑時(shí)微觀結(jié)構(gòu)形貌分析

在圖 1（a）中可以看到，混凝土內(nèi)部存在大量孔洞，其直徑為 1～5μm，孔洞周圍分布著 C-S-H 凝膠和片狀的 Ca(OH)2 晶體；同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)有干縮裂縫的存在，其寬度為 1~2μm。

膨脹劑摻量為 0%時(shí)的預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有明顯尺寸的孔洞和微裂縫存在，水化產(chǎn)物不夠密實(shí)。

2.2 膨脹劑摻量為 4%時(shí)微觀結(jié)構(gòu)形貌分析

在圖 1（b）中可以看到，混凝土中有不規(guī)則的簇狀 C-S-H 凝膠結(jié)構(gòu)，且和片狀的 Ca(OH)2晶體相互交織在一起，很難發(fā)現(xiàn)有微裂縫的存在，但仍然有少量孔洞的存在，孔洞周圍是廣泛分布的顆粒狀水化物，孔洞的直徑為 1~3μm，其尺寸比圖 1（a）中的要??；混凝土以連續(xù)的或大塊的水化產(chǎn)物凝膠體形式存在，沒有發(fā)現(xiàn)分散相層片狀產(chǎn)物，其混凝土結(jié)構(gòu)與膨脹 劑摻量為 0%時(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)相比要密實(shí)了許多。

膨脹劑摻量為 6%時(shí)微觀結(jié)構(gòu)形貌分析

在圖 1（c）中可以看到，混凝土中存在大量排列整齊蠕蟲狀 C-S-H 凝膠，C-S-H 凝膠基本將片狀 Ca(OH)2 晶體包裹，凝膠和晶體間構(gòu)成的微界面及內(nèi)部大量空隙被填實(shí)，只有及少量孔洞存在，其直徑為1~2μm，很難發(fā)現(xiàn)有明顯尺寸的微裂縫存在，混凝土形成了較為均勻密實(shí)的連續(xù)體。通過比較孔洞和微裂縫的尺寸以及混凝土的密實(shí)程度，可以發(fā)現(xiàn)膨脹劑摻量在 6%時(shí)，要比膨脹劑摻量為 0%和 4%效果都好。

膨脹劑摻量為 8%時(shí)微觀結(jié)構(gòu)形貌分析

在圖 1（d）中可以看到，混凝土中存在連接較好的 C-S-H 凝膠，沒有明顯尺寸的孔洞存在，但存在微裂縫，其寬度為 1～2μm?？梢钥闯觯蛎泟搅吭?8%時(shí)，其混凝土結(jié)構(gòu)要比膨脹劑摻量為 6%時(shí)候疏松。

膨脹劑摻量為 10%時(shí)微觀結(jié)構(gòu)形貌分析

在圖 1（e）中可以看到，混凝土中有微裂縫和少量細(xì)小孔洞存在，微裂縫的寬度為 1～4μm，孔洞的直徑為 1～2μm。可見，膨脹劑摻量在 10%時(shí)，其混凝土結(jié)構(gòu)不如膨脹劑摻量  為 8%時(shí)密實(shí)。

分析

通過分析不同膨脹劑摻量的預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀形貌可以看出，隨著膨脹劑摻量的增加，預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土中孔洞和原始微裂縫減少且尺寸變小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷密實(shí)；膨脹 劑摻量為 6%時(shí)，混凝土中水化硅酸鈣凝膠 C-S-H 能和片狀 Ca(OH)2 晶體很好的結(jié)合在一起，

只有及少量且尺寸很小的孔洞存在，混凝土的結(jié)構(gòu)較為密實(shí)；但當(dāng)膨脹劑摻量超過 6%時(shí)，在混凝土中發(fā)現(xiàn)有微裂縫和細(xì)小孔洞的存在，隨著膨脹劑摻量繼續(xù)增加，其微裂縫和孔洞的尺寸也增加。

結(jié)論

當(dāng)膨脹劑摻量為 0%到 6%時(shí)，隨著膨脹劑摻量的增加，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔洞和微裂縫不斷減少，C-S-H 凝膠和 Ca(OH)2 晶體間構(gòu)成的微界面及內(nèi)部大量空隙被填實(shí)，形成了較為均勻密實(shí)的連續(xù)體；當(dāng)膨脹劑摻量為 8%和 10%時(shí)，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生由于膨脹性能過大引起的新微裂縫，混凝土的孔隙率增加，密實(shí)度下降。隨著預(yù)拌干料含水率的增加，混凝土中 C-S-H 凝膠和 Ca(OH)2 晶體的粘結(jié)性逐漸下降，孔洞的數(shù)量增加，導(dǎo)致孔隙率增大，密實(shí)度下降。

本文摘自中國科技論文在線《膨脹劑和含水率對預(yù)拌補(bǔ)償收縮混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響與分析》

基金項(xiàng)目：高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域課題（No.20133415130001）

作者簡介：張陽陽（1990-），男，碩士研究生，主要從事混凝土材料微觀結(jié)構(gòu)方面的研究

通信聯(lián)系人：馬芹永（1964-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)與材料方面的研究. E-mail: qymaah@126.com; qyma@aust.edu.cn

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