【摘要】：水泥基材料是一種多相、多尺度的復雜材料,隨著工程技術水平的日益發(fā)展,人們對水泥基材料的高性能和高耐久性的要求也日益提升。但是,目前對水泥石及主要水化產物(水化硅酸鈣,Calcium Silicate Hydrate,C-S-H)的微觀結構和性能的認識卻并不充分。為此,本文借助微觀測試手段,初步研究了水泥基材料“組分-結構-性能”之間的物理、力學關系,定性及定量考察了水泥等級、水膠比、礦物摻合料、養(yǎng)護齡期等變量對水泥水化產物礦物組分、微觀形貌、孔隙結構以及微觀力學性能的影響,為進一步揭示材料宏、微觀性能與微觀結構的關系奠定基礎。本文主要研究內容與成果如下:基于X射線衍射技術(X-Ray Diffraction,XRD)和X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence,XRF)定性及定量地分析了水泥基材料水化產物的礦物組成及晶體含量,通過對比得到了水泥等級、水膠比、養(yǎng)護齡期等材料參數對水泥基材料水化產物中晶體含量的影響,結果表明,隨著水化反應的進行,晶體的有序性變差�；趻呙桦娮语@微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)技術對典型配比水泥基材料的水化產物進行了形貌分析,利用圖像處理技術,定量分析了各參數對每項礦物含量、平面孔隙率以及孔徑分布的影響。結果表明水灰比的增加會降低反映產物中的未水化水泥顆粒的含量,增加大孔隙孔徑含量,提升平面孔隙率。利用壓汞法(Mercury Intrusion Porosimerty,MIP)測量水泥基材料的孔隙結構,基于統(tǒng)計學方法對比了目前常用的描述孔徑分布的模型,最終確定了對數正態(tài)分布模型作為孔徑分布最優(yōu)模型,并結合斷裂力學理論建立了孔隙結構與斷裂強度的關系模型,分析了模型中主要參數對斷裂強度的影響;結果表明毛細孔(≤1000nm)的孔徑和含量都對材料的宏觀強度有重要影響,而宏觀孔(1000nm)的含量是影響強度的主要因素。利用納米壓痕技術和解卷積分析,在微觀力學實驗中實現(xiàn)了水泥基材料主要水化產物的相分離,并得到了各相的彈模和硬度,通過分析各主要變量對水泥水化產物的影響,揭示了材料組成與微觀力學性能的關系。結果表明,低密度C-S-H的典型彈模值約為9-15GPa,硬度值約為0.3-0.9GPa;高密度C-S-H的典型彈模值約為25-35GPa,硬度值約為1.3-1.9GPa。通過對水泥基材料微觀結構和性能的研究,可以更深層次理解水泥混凝土的宏觀性能表現(xiàn)。通過對材料“組分-結構-性能”的深入了解,以期最終實現(xiàn)基于bottom-up理念的基于材料性能的精細化設計。這對于改變目前粗放式的材料設計方法、提升材料性能和耐久性具有重大意義。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

【參考文獻】

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本文編號：2643656