多尺度下水泥基材料彈性性能的研究.pdf

1、水泥基材料是一種在各個尺度都存在各向異性的材料，在不同尺度下需要選擇不同的測試方法來研究其彈性性能：在宏觀尺度，超聲波測試技術(shù)是測試水泥基材料彈性性能的有效手段；而納米壓痕技術(shù)以及背散射技術(shù)等測試方法是研究水泥基材料在微觀尺度各個物相彈性性能及其體積分布的有效方法。同時水泥基材料的復雜性也限制了其在不同尺度的彈性性能的連接，只有選用合適的多尺度模擬方法，才能實現(xiàn)不同尺度下水泥基材料的彈性性能的有效連接。
　　 本研究首先選用合適

2、的加載方式及分析方法，利用納米壓痕測試技術(shù)測試不同條件下水泥基材料中不同物相的彈性性能及其體積分布；接著選用背散射技術(shù)對納米壓痕測試結(jié)果進行驗證，得到不同養(yǎng)護時間以及不同礦物摻合料對水泥基材料中各個物相的彈性性能及其體積分布的影響，以便從微觀尺度解釋養(yǎng)護時間以及礦物摻合料對水泥漿體水化過程以及彈性性能的影響，為下一尺度水泥砂漿彈性性能的研究打好基礎。試驗結(jié)果表明，養(yǎng)護時間以及礦物摻合料對水泥漿體彈性性能的影響主要在于改變水化產(chǎn)物C-S-

3、H的體積分布，但不會改變各個物相本身的彈性性能。隨著養(yǎng)護時間的延長，未水化的水泥顆粒以及低密C-S-H的體積分數(shù)逐漸減少，而高密C-S-H和超高密物相的體積分數(shù)逐漸增加；粉煤灰的摻加會提高低密C-S-H的體積分數(shù)而降低超高密物相的體積分數(shù)；礦渣的摻加會提高超高密物相的體積分數(shù)而降低高密C-S-H的體積分數(shù)。
　　 在水泥水化早期，利用水泥水化熱試驗測定水泥水化放熱量，計算出水泥漿體的水化程度，進而計算出水化早期水泥漿體中各個物相

4、的體積分數(shù)；將試驗得到的水化早期水泥漿體中各個物相的彈性模量以及體積分布代入自洽模型中，得到水化早期水泥漿體的彈性模量：最后，選用沖擊試驗檢驗所選用的多尺度模型的準確性。在水化早期，高水膠比的水泥漿體中含水孔的含量較高，其可能會對水泥漿體整體彈性模量有所影響。因此本研究將水泥漿體中孔隙分為含水孔和不含水孔兩種，且其均具有一定的剪切模量值，以分析水化早期含水孔壓力對水泥漿體整體彈性模量的影響。理論計算值與實際試驗值的比較結(jié)果表明：自洽模型

5、是適用于水泥基材料多尺度模擬的有效模型，且在水化早期，含水孔壓力是影響水泥基材料整體彈性性能的一個重要因素。
　　 利用納米壓痕技術(shù)和背散射技術(shù)測試水泥砂漿樣品發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護90天的水泥砂漿中存在厚度為10-20μm的界面過渡區(qū)。與普通水泥漿體相比，此區(qū)域中漿體的彈性性能較低，孔隙率較高。通過比較界面過渡區(qū)的厚度以及彈性性能對水泥砂漿整體彈性性能的影響，發(fā)現(xiàn)界面過渡區(qū)是水泥砂漿中不可忽視的一個區(qū)域，即水泥砂漿應該看做是由砂集料、水泥