1、外文原文：http:/ 1 中文 5712 字 使用轻集料时内部固化对混凝土界面上过渡区渗透和氯离子侵 蚀的影响 摘要 ：处于水泥砂浆和骨料之间的界面过渡区（ ITZ）的微结构在很大程度上取决于骨料的性质，尤其是它的孔隙率和吸水率。表面层多孔的轻集料已经引起人们的注意并且用来生产致密的界面过渡区微结构，它与散装水泥浆的微结构相当，与孔更多的界面过渡区截然相反，后者通常是包裹在一般骨料的周围。这种界面过渡区微结构对混凝土的扩散传输有着很大的影响，特别是当这些独立的界面过渡区
2、域在三维的微结构当中是相互连接的。在这篇论文 中，我们使用轻集料砂来代替普通重量的砂，以此对混凝土产生内部固化，同时我们邀考虑到它对界面过渡区渗透和氯离子侵蚀的影响。氯离子渗透深度的实验测量值与界面过渡区渗透的电脑模型和随机扩散模型紧密相关，它决定着内部固化的混凝土被降低的扩散率的大小，并与掺有普通重量的砂的混凝土作比较。在此项研究中，对于砂的混合物当中，含有体积含量为 31%的轻集料和 69%的普通重量的砂，根据所获得的渗透深度，氯离子的扩散率估计会降低 25%或者更多。 关键词：建筑工程学，扩散，界面过渡区，内部固化，轻骨料微观结构，渗透 1 引言 轻集
3、料 混凝土在严峻的天气条件下，总体上有比较好的性能表现。这样说的原因之一是轻集料和周围的湿水泥浆体之间形成的接触区域具有很高的完整性。最近一段时间，界面区域和界面过渡区域这样的术语以及被人们采用继而代替接触区域。对于普通重量的集料来说，因为水泥和骨料之间固有的尺寸差异，存在着一个“墙效应”，所以靠近骨料的表面存在着水泥颗粒的不足，这与它们在完整水泥浆体（没有界面过渡区）的浓度有关。通过使用扫描式电子显微镜对微观结构进行直接的检测发现，用过多孔外层的轻集料，不存在这种墙的效应并且水解产物的一种几乎是连续统一的微观 结构与轻集料相邻，并且部分渗入到 1 轻集料当中。例如，图 1 表示的是使用扫描式
4、电子显微镜所观察到的具有和不具有内部固化的混凝土的微观图像。在多孔轻集料的颗粒周围我们可以看到一些连续的微孔结构，有着水泥水化产物的能力，它们渗透到轻集料表层气孔当中并且产生一些不规则性。 2 FIG1（图 1） 这些在普通重量骨料周围的界面过渡区的形成也会受到固化条件的影响。由于墙效应而导致靠近骨料的水泥颗粒填充效率低，界面过渡区域在最初的阶段会有比较高的水灰比，并且和散装水泥浆体相比颗粒间 隔更大。如果在最初的阶
5、段没有能够提供足够的固化水分，混凝土就会进行自干燥，散装水泥浆体就会从界面过渡区中最大的气孔中吸取水分，导致水化作用减弱，孔隙率增大，同时在界面过渡区中会形成更大的气孔。如果这样的混凝土暴露于环境之中会发生再饱和，这样的多孔的界面过渡区域对离子和液体传输的抵抗力会变的更低。 当每一个在混凝土的普通重量的集料被这样的多孔界面过渡区所包围时，它们在三维微观结构之间的渗透性和连通性就成为了影响传输和耐久性的因素。这种渗透性通过一种由国家标准和科技机构发展的中心较软的硬壳模型（ HCSS)进行全面的检测，在检测的过程中我们把集料当作是实心的（无法穿透）球形颗粒，
6、而那些界面过渡区则被当作是包裹在周围的同心软壳。 HCSS 模型的应用范围已经被扩展到用来检测含有聚合物纤维的高性能混凝土的核散裂状况，以用来使那些受到保护的浆体的体积适应内部固化的过程，最近的是用来证明水灰比和水泥的粒度分布对水泥水化浆体最初阶段时颗粒间距离的影响。在本文中，这种模型将被用来进一步的去研究普通重量砂颗粒， ITZ 和没有明显接界面过渡区存在的集料的混合物，这与前面利用它来研究包含了惰性和活性颗粒的没有宏观缺陷的水泥有一点相 似性。我们应该注意的是有关混凝土中存在界面过渡区渗透性的文献中，还存在着一些争议，尽管微结构的检测工作已经证实了混凝土当中这种具有渗透性的路线的存在。 &
7、nbsp; 前面的研究中，我们知道实验模型和计算机模型使得这些分布在界面过渡区的离子的扩散率得以量化，以此来相对于那些分散于纯浆体当中的离子。例如Brettonetal 使用被水泥浆体包裹的圆柱状的集料来进行模拟实验，并且得出结论，在水泥浆体的水灰比为 0.5，固化 10 天并假定界面过渡区的厚度是 100lm，此时 3 ITZ 的氯离子扩散系数是纯浆体的 12-15 倍。 Bourdette估计了一个更低的水灰比会使得界面过渡区对纯浆体的扩散率变成 3，此时的水灰比是 0.4，混凝土的固化时间是 3 个月并且假定界面过渡区的
8、厚度是 120lm。相反地， Otsuki et al 提出了这样的观点，界面过渡区对纯浆体的扩散系数比值在水灰比从 0.4 变化到 0.7，并且假定界面过渡区的的厚度在骨料的尺寸范围并且从 0 到 80lm 的范围内发生着变化时，会达到 100 倍。根据一个多级微观结构模型， Bentz 认为，当假定界面过渡区的厚度为 15lm 时，扩散率会从 0.7 变化到大约为 21，并且水化的程度从 0.62 变化到 0.88.在那项研究当中，那些小于 1 的值表明，界面过渡区对扩散的抵抗能力要比纯浆体好，这样的结论只是在水灰比为 0.3 并且混凝土中含有硅灰的时候才会获得。我们可以观察到在更大的值，
9、如接近 20 的时候，此时的水灰比是 0.5，并且与 Bretton et al 在以上得出结论相统一。根据这些实验所得出的结论，我们可以知道对很多传统意义上的混凝土，那些界面过渡区却是可以为那些有毒的离子提供一些便利的通道，比如氯离子。 作为混凝土研究的进一步的例子，轻集料混凝土当中缺少明显的和更加多孔的界面过渡区会使得 Thomas 对扩散系数值的观察所得到的结论因为没有掺加轻集料而降低的值多达 70%。更进一步的说，他的研究结果表明了当在有普通质量砂存在的情况下，粗集料和细集料都被他们相对应的轻质集料所替代时，我们就可以使得混凝土在扩散率上产生最大
10、程度的降低，这与全部取代粗集料的结果是截然不同的。我们很容易会产生这样的疑问，多孔的轻集料可能不会像我们所期望的那样去实际提高传输的速率，我们可以从图 1 中看到，分布在轻集料中的气孔是不连续的，是分散的，可能不能够在集料颗粒之间产生渗透。实际上，这种缺少三维渗透性的表现已经被得以证实，我们 利用从市场上可以获得的轻集料在NIST 对它们进行了 X 射线断层摄影研究。这种不连续性同样与张和 Gjorv 等人的研究结果相符，他们指出高强轻质混凝土的渗透性比轻集料的多孔性对水泥浆体的性能的依耐性都要大。最近， Pycetal 进行了大量的测量工作，指出一旦轻集料中的气孔在固化过程中因为向正在水化的水泥浆体提供水分而变干，它们不会发生连续的散裂，即是是使样本处于完全浸湿的状态。就算这些轻集料中的气孔保持空的状态，离子通过他们进行扩散是没有实际意义的，相反，它们可能会具有某种潜在的功用，作为一种有效的空气气孔系统从而 对混凝土的冻融循环产生有效的抵抗作用。当然，对于那些事前润湿的轻集料，如果能够使得它在在接
