孔结构对水泥混凝土性能的影响研究
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Baidu Nhomakorabea
力 上限 ， 目前 只能测 ￣ ３ Ａ左右 的孔 。 １ ｔ０
１ 扫描 电镜 背散 射 电子成像 分析技 术 ． ２
孔 级 分 类
图３ 影 响 系 数 与 Ｌ 分类 的关 系 级
此 方 法作 为 定量 测试 方 法 具有 广 泛 的适 应性 ，
水 泥砂 浆 和混 凝 土 中 的气孔 结 构 由此 项 技术 评价 。
关 键 词 ：孔 结 构 ： 水泥 混 凝 土 ；强 度 ；耐 久 性
中图 分 类 号 ：Ｕ １ ．８ ４ ４１
文 献标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１ ０ — ７ ６ ２ １ ） ２ ０ ７ — ４ ０ ２ ４ ８ （０ １ ２— ０７ ０
Ｅｆ ｅ ｔｏ ｒ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ Ｐ ｒ ０ ｍ ａ ｃ ｆＣｅ ｅ ｔＣｏ ｃ ｅ ｅ ｆ ｌ ｃ ｆＰｏ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ０ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｍ ｎ ｎ ｒ ｔ
０ 引 言
响混凝 土 的工程 性 能 ，如 强 度 、抗 冻性 、抗渗 性 、 干 缩等 。 本 文着 重介 绍 了混凝 土孔结 构 的测 试方 法 以及 孑 结构 对水 泥混 凝土 的力学 性能 、抗冻 、抗 渗性 能 Ｌ
水 泥混凝 土 的很多 性 能与其含 有气 孑 的结构 密 Ｌ 切 相关 。水 泥混凝 土孔 结构 参数 包括 孔 隙率 、孔径 大 小 、孔径 分布 、孑 形 状 和气泡 间距 系数 等 。混凝 Ｌ
的影 响 ．探讨 了孑 结构 对 混凝土 的作用 机理 ，提 出 Ｌ
了改善 水 泥混凝 土孔结 构措 施 ．并对今 后 的研究 重
点给 出 了建 议 。
１ 孔结构 的 分析测 试 方法 １１ 水银 测孔 法 （ ｐ ［ ． ＭＩ ）］ ３
图１ 所示 为 测 定 多孔 体孔 隙及其 分 布 的一 种 装
２ 子 结 构 对 强 度 的 影 响 Ｌ
析 ，得 到含 有 半 径 为ｒ Ｌ 的单 体受 压 断 裂 的临 界 孑隙
应 力表达 式 ：
混凝 土 由水 化水 泥凝 胶制备 而成 ，水 泥 的水 化
反 应使 得混凝 土具 有复杂 的 内部 结构 ，包 括 固体 组 分 和孔 结构体 系 。孔结构 的变化 相应 地伴 随着 固体
隙 结 构 特 征 。此 外 ，在 实 际 的实 验 过 程 中 ，用 于 ＭＩ法 的混凝 土必 须 事先 干燥 ，而干燥 有 可 能引 起 Ｐ 结 构不 可 逆变 化 。 因此 ，Ｍ Ｐ 测得 的孔 结 构并 不 Ｉ法
与水 泥浆 体 的收缩行 为直 接相关 。由于仪器 存在 压
无 害 少 害 有 害 多 害
数 据 表 明 ： 大 的 毛
细 孔 对 混 凝 土 的 强
度 和 渗 透 性 有 着 重
幂 函数关系式 指数关系式 对数关 系式
ｆｆ（－ ） ＝ｏ１ Ｐ ｆｆｅｐ 一 ｐ） ＝ ｏｘ （ Ｂ ｆｌｐ Ｄｎ ｏ ｎ ＝ ｌｆ
Ｍ．． ａｓｉ ＹＢｌ ｎ ｈ Ｆ Ｒ ｓｋｗｔｈ ． ｖｈ ｅ ｉ ｃ ＫＫ． ｃｉｅ ． Ｓｈｌ ｒ ｌ
土 中含 有不 同孔径 的细孔 隙 ，而不 同孔径 的细孔 隙 对 混凝 土 产 生不 同的影 响 。通 常在 混凝 土结 构 中 ， 孑 径 小 于 １Ｌ Ｌ ０Ｌ 细孑 隙 是 毛 细孔 隙和 水 泥水 化 形 ｍ的 Ｌ 成 的凝胶 孔 隙 ，而孑 径 大 于 １ ｔ Ｌ ０ｘ ｍ的细 孑 隙 主要 是 Ｌ 由引气 剂产 生 的空气 和拌 和过程 中卷入 的空气 而产 生 的孔 隙ｌ ｌ ＿ 者可 能 对 混凝 土 的耐久 性 产 生较 大 。前
用 此 方 法 测 定 孔 径 的 尺 寸 远 远 比ＭＩ 法 精 确 。普 Ｐ 通硅 酸 盐 水 泥混 凝 土 Ｂ Ｅ图像 如 图２ 示 。基 于体 Ｓ 所
视学 的原 理 在真
正 的多孔 材料 中可
以用 ２ Ｄ横 截 面 的 面 积 分 数 来 预 测
３ Ｄ体 积 分 数 。孔 隙率梯度 可 以 由计
性能（ 如强 度 ） 的影 响程 度而 定 见图３ （ 、图４ 。 ）
的各 种 性 能 都 有 着
图 １ 水 银 测 孔 仪
明显 的影 响 。但 是 ，
由于我们 不能合 适地假 定混 凝土气 孔 的形状 和它 们
的连 通 性 ．ＭＩ法 测 出 的数据 并不 能代 表 真实 的孔 Ｐ
２ １ 年１ 月 第２ 期 Ｉ ７ ０１ １ ２ ７
鲎路工 程 ｉｗｙｎ ｉ＿ ｇ ａＥ ｉ 一 一 一 一 一 一 — —ｇ ｇ ｈ
多年 。ＭＩ 法测 得 的 Ｐ
一
一
表 １ 混 凝 土 强 度 与 总孔 隙 率 关 系 的半 经 验 公 式
半 经 验 公 式 作者
算 机 图像 分 析软 件
（ ＮＨ Ｉ ｇ ） 如 Ｉ ｍａｅ 分 图 普通硅酸 ２ 盐水泥混凝土ＢＥ 像 析 得 出 图
。
图 ４ 孔 隙 翠 与 渗 透 性 之 间 的 关 系
文献【】 出了混 凝 土孑 结 构复合体 模 型 。该 模 ８提 Ｌ 型不 仅考 虑 了孔 隙率 对混凝 土强度 的影 响 ．还 考 虑 了孔 径分 布的影 响 ，并 对模 型 的断裂过 程进 行 了分
摘 要 ：介 绍 水 泥 混 凝 土 中孔 结 构 的 分 析 测 试 方 法 ， 着 重分 析 孔 结 构 对 水 泥 混凝 土 的 力 学性 能 、低 温性 能 、抗 渗 性 能 的 影
响 ．探 讨 孔 结 构 对 混凝 土 的作 用机 理 ，提 出 了改 善 水 泥 混凝 土 孔 结 构 的 措施 ，并 对今 后 的 研 究 重 点 给 出 了建 议 。
要 的 影 响 。并 且 气 孔 的 总 体 积 、 分 布
和 连 通 性 对 混 凝 土
线性关 系式
ｆｆ（－ ｐ ＝ｏ Ａ ） １
Ｈ ｓ ｌａｎ ａｓ ｍ ｎ ｅ
级 的分孔 隙率 及其 影 响 因素 两个 概 念 。首 先 对孔
进行分 级 ，各孔级 的孔 隙率所 占百分 率称 为分 孔 隙 率 。影 响 系数 由各 孔级 的单位 分 孔 隙率 对 某一 则
影 响 ．而后 者则 可能对 混凝 土 的强度 产生 影 响 。气 孔 的总体积 ，并 不是 它们 的尺 寸或 连续性 影 响混凝 土 的强 度 和弹性 模量 ，但 是气孔 的体 积 、尺寸 和连
置 。由连续 操作 而得 出一 系列不 同压 力下压 人多孑 Ｌ 体 的水 银体 积 ．根据 压入 孔系统 中的水银 数量 与所 加压力 之 间 的函数关 系 ，计 算孔 的直 径和 不 同大 小 孔 的体 积 ，从 而求 出其孔 径分布 和 总孔 体 积 。为 了 测试混 凝 土 中的孔结 构 ，水银Ｎ Ｔ 仪 已经 使用 了很 Ｌ
响。
为水 泥 的质量 分 数 ；ｐ为孔 隙半 径 为 的分孔 隙 率 ； ｌ
代 表 孑 隙半 径 为 的孔 体 积 所 占总 孔体 积 的 Ｌ
相对 百分数 。
有很 多水 泥基 材料 强度 总 孔 隙－ｐ ＿ ￣ ２ 间关 系
的半 经 验公 式 （ 表 １ ，这些 公 式 在混 凝 土孔 结 构 见 ）
程序计算 结果 表 明 ，计算 强度 与试验 强度 有较 高 的相关性 ，通过 在模 型 中引入水 泥质量 分数 对基
— ＿ ＿ ＿ 一 — — — ～ — ～ — — — — — —
续 性 却影 响 混凝 土 抗渗 性 、抗 冻性 等性 能 『 ２ １ 上 。综
所 述 ，气孔 的数 量 、尺寸 、种类 、结构特 征直 接影
— 一 一 — — — 一 — — — ～ — — — — … — — — — — ～ 一 ＿ ＿ ＿
Ｈ ｈａ Ｅｇ ｅ ｉ 道路工程 ｉ ｗｙ ｎｉｅｎ ｇ ｎ ｒｇ
孔结构对水泥混凝 土
性能的影响研究
黄瑞 三 ．杜 英 春 熊 锐。 ， ，杨 发
（． 津 城 建 设 计 院 有 限 公 司深 圳 分公 司 ，广 东 深 圳 ５ ８ ５ ；２深 圳 市 新 城 市 规 划 建 筑 设 计 有 限 公 司 ，广 东 深 圳 ５ ８ ７ ；３长 安 大学 公 １ 天 １０ ３ ． １ １２ ． 路 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ６ ；４东 南 大 学 交 通 学 院 ，江 苏 南 京 ２０ ９ １０ ４ ． １０ ６）
ＨＵＡＮＧ Ｒｕ — ａ ＤＵ Ｙｉ ｇ ｃ ｕ ＸＩ ｉ ｓ ｎ ， ｎ — ｈ ｎ ， ＯＮＧ Ｒ ｉ ＹＡＮＧ ａ ｕ。 ， Ｆ４
（ ． ａｊ ｒａ ｏ ｓ ｕｔ ｎＤ ｓ ｎＩｓｔ ｅＣ ．Ｌｄ， ｈ ｎｈ ｎＢａｃ ， ｈ ｎｈ ｎ５ ５ ， ｈｎ ； ．ｅ ａ ｄＴ ｏ Ｐａ ｎｎ １ ｉｎｉ Ｕｂ ｎＣ ｎｔ ｃ ｏ ｅｉ ｔｕ ｏ， ｔ．Ｓ ｅｚｅ ｒｎｈ Ｓ ｅｚｅ ０ ３ Ｃ ｉａ ２Ｎ ｗ Ｌｎ ｏｌ ｌｎｉｇ Ｔ ｎ ｒ ｉ ｇ ｎ ｉｔ １ ８
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结 构 的变化 ，如孔 隙率变 小 时 ，相应 的 固体结 构就
ｏ Ｋ 一 ） ｒ － ｗ（ 孚 、 ｉ ｃ ＼ ＝ １ ／
ｉ
（） １
式 中 ， 为 常数 （ 的范 围 为２ ０ ～ ５ ０ ；加 值 ７０ ３０ ）
变 的致 密 。因为 孔结构 体 系对 混凝 土强度 有重 要影
Baidu Nhomakorabea
力 上限 ， 目前 只能测 ￣ ３ Ａ左右 的孔 。 １ ｔ０
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孔 级 分 类
图３ 影 响 系 数 与 Ｌ 分类 的关 系 级
此 方 法作 为 定量 测试 方 法 具有 广 泛 的适 应性 ，
水 泥砂 浆 和混 凝 土 中 的气孔 结 构 由此 项 技术 评价 。
关 键 词 ：孔 结 构 ： 水泥 混 凝 土 ；强 度 ；耐 久 性
中图 分 类 号 ：Ｕ １ ．８ ４ ４１
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０ 引 言
响混凝 土 的工程 性 能 ，如 强 度 、抗 冻性 、抗渗 性 、 干 缩等 。 本 文着 重介 绍 了混凝 土孔结 构 的测 试方 法 以及 孑 结构 对水 泥混 凝土 的力学 性能 、抗冻 、抗 渗性 能 Ｌ
水 泥混凝 土 的很多 性 能与其含 有气 孑 的结构 密 Ｌ 切 相关 。水 泥混凝 土孔 结构 参数 包括 孔 隙率 、孔径 大 小 、孔径 分布 、孑 形 状 和气泡 间距 系数 等 。混凝 Ｌ
的影 响 ．探讨 了孑 结构 对 混凝土 的作用 机理 ，提 出 Ｌ
了改善 水 泥混凝 土孔结 构措 施 ．并对今 后 的研究 重
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１ 孔结构 的 分析测 试 方法 １１ 水银 测孔 法 （ ｐ ［ ． ＭＩ ）］ ３
图１ 所示 为 测 定 多孔 体孔 隙及其 分 布 的一 种 装
２ 子 结 构 对 强 度 的 影 响 Ｌ
析 ，得 到含 有 半 径 为ｒ Ｌ 的单 体受 压 断 裂 的临 界 孑隙
应 力表达 式 ：
混凝 土 由水 化水 泥凝 胶制备 而成 ，水 泥 的水 化
反 应使 得混凝 土具 有复杂 的 内部 结构 ，包 括 固体 组 分 和孔 结构体 系 。孔结构 的变化 相应 地伴 随着 固体
隙 结 构 特 征 。此 外 ，在 实 际 的实 验 过 程 中 ，用 于 ＭＩ法 的混凝 土必 须 事先 干燥 ，而干燥 有 可 能引 起 Ｐ 结 构不 可 逆变 化 。 因此 ，Ｍ Ｐ 测得 的孔 结 构并 不 Ｉ法
与水 泥浆 体 的收缩行 为直 接相关 。由于仪器 存在 压
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细 孔 对 混 凝 土 的 强
度 和 渗 透 性 有 着 重
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土 中含 有不 同孔径 的细孔 隙 ，而不 同孔径 的细孔 隙 对 混凝 土 产 生不 同的影 响 。通 常在 混凝 土结 构 中 ， 孑 径 小 于 １Ｌ Ｌ ０Ｌ 细孑 隙 是 毛 细孔 隙和 水 泥水 化 形 ｍ的 Ｌ 成 的凝胶 孔 隙 ，而孑 径 大 于 １ ｔ Ｌ ０ｘ ｍ的细 孑 隙 主要 是 Ｌ 由引气 剂产 生 的空气 和拌 和过程 中卷入 的空气 而产 生 的孔 隙ｌ ｌ ＿ 者可 能 对 混凝 土 的耐久 性 产 生较 大 。前
用 此 方 法 测 定 孔 径 的 尺 寸 远 远 比ＭＩ 法 精 确 。普 Ｐ 通硅 酸 盐 水 泥混 凝 土 Ｂ Ｅ图像 如 图２ 示 。基 于体 Ｓ 所
视学 的原 理 在真
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以用 ２ Ｄ横 截 面 的 面 积 分 数 来 预 测
３ Ｄ体 积 分 数 。孔 隙率梯度 可 以 由计
性能（ 如强 度 ） 的影 响程 度而 定 见图３ （ 、图４ 。 ）
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图 １ 水 银 测 孔 仪
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由于我们 不能合 适地假 定混 凝土气 孔 的形状 和它 们
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表 １ 混 凝 土 强 度 与 总孔 隙 率 关 系 的半 经 验 公 式
半 经 验 公 式 作者
算 机 图像 分 析软 件
（ ＮＨ Ｉ ｇ ） 如 Ｉ ｍａｅ 分 图 普通硅酸 ２ 盐水泥混凝土ＢＥ 像 析 得 出 图
。
图 ４ 孔 隙 翠 与 渗 透 性 之 间 的 关 系
文献【】 出了混 凝 土孑 结 构复合体 模 型 。该 模 ８提 Ｌ 型不 仅考 虑 了孔 隙率 对混凝 土强度 的影 响 ．还 考 虑 了孔 径分 布的影 响 ，并 对模 型 的断裂过 程进 行 了分
摘 要 ：介 绍 水 泥 混 凝 土 中孔 结 构 的 分 析 测 试 方 法 ， 着 重分 析 孔 结 构 对 水 泥 混凝 土 的 力 学性 能 、低 温性 能 、抗 渗 性 能 的 影
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置 。由连续 操作 而得 出一 系列不 同压 力下压 人多孑 Ｌ 体 的水 银体 积 ．根据 压入 孔系统 中的水银 数量 与所 加压力 之 间 的函数关 系 ，计 算孔 的直 径和 不 同大 小 孔 的体 积 ，从 而求 出其孔 径分布 和 总孔 体 积 。为 了 测试混 凝 土 中的孔结 构 ，水银Ｎ Ｔ 仪 已经 使用 了很 Ｌ
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为水 泥 的质量 分 数 ；ｐ为孔 隙半 径 为 的分孔 隙 率 ； ｌ
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式 中 ， 为 常数 （ 的范 围 为２ ０ ～ ５ ０ ；加 值 ７０ ３０ ）
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