文章摘要

Offsetting strength loss in concrete via ITZ enhancement: From the perspective of utilizing new alternative aggregate

第一作者:陈茹梦
通讯作者:林忠财

其他作者:Kim Hung Mo
通讯单位:湖南大学土木工程学院
论文DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104385
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文章摘要
  本文研究了天然骨料(NA)、再生混凝土(RA)、陶粒(CA)和碳化钢渣(SSA)粗骨料配置的混凝土的强度和界面过渡区(ITZ)的变化。结果表明碳化钢渣混凝土的ITZ表现出更致密的微观结构(孔隙率大幅度降低、氢氧化钙含量降低)和更高的显微硬度,这与碳化钢渣骨料表面生成的碳酸钙的化学效应和成核效应有关。ITZ的增强,使得碳化钢渣混凝土28天的抗压强度与天然骨料混凝土强度相当。 
  利用人造骨料的兴趣源于混凝土建筑中大量消耗的天然骨料的消耗,在混凝土中使用人造骨料时,主要考虑的因素之一是骨料颗粒与水泥基体之间形成的界面过渡区(ITZ)的微观力学性能。由于ITZ具有较高的孔隙率和较差的结构,被认为是混凝土中最弱的区域,从而影响混凝土的强度和耐久性性能。

  图1的抗压强度结果表明SSA配置的混凝土28天强度与NA强度相当,这与ITZ有关。图2(a)-(d)28ITZ样品各组分((未水化水泥颗粒(UH)、孔隙度(Porosity)、CH、其他水化产物(OHP))的含量。S28样品ITZUH含量较低,表明其水化程度高于N28,这主要是因为人造骨料的高孔隙度可以释放骨料预先饱和的水,增加水泥的水化程度。图(b)表明 S28样品在10µm处的孔隙度变化比N28试样降低了56%,这是因为SSA表面附近形成了更多的水化产物,从图(d)可以看出。图(c)、(d)S28CH含量和OHP含量变化趋势与其他组相反,因为SSA碳化养护表面生成的碳酸钙可以与ITZ处的铝相发生反应生成单碳铝酸盐,固定钙矾石,这个反应可能会侵蚀骨料表面,加强骨料与水泥浆体的连接。另一方面,碳酸钙作为成核位点,促进水化硅酸钙的生成,使得ITZ更致密,可以从显微硬度的结果看出,S28样品10µm处的硬度值最高(图2),表明该处结构致密。

1:混凝土强度
 

2:ITZ样品的物相含量变化

3ITZ样品的显微硬度值
 
  在SSA混凝土中ITZ表现得更好、更致密,这主要是由于碳化SSA外层碳酸钙的作用,促进了连锁作用,促进了C-S-H的生长。此外,致密ITZ主要取决于水化产物的含量和分布,而不是厚度。SSA-ITZ-水泥基体最终使混凝土具有良好的抗压强度。结果表明,ITZ的增强可以弥补人造骨料的强度损失,与NA制备的普通混凝土相比,100%替代的碳化SSA制备的混凝土的28天抗压强度与其相当。