1、北 京 建 筑 大 学 无 机 非 金 属 材 料 工 程 专 业毕 业 设 计 （ 论 文 ） 指 导 书题目：骨料孔隙对混凝土表面吸水特性的影响研究工程名称： (子课题)： 专业方向： 无机非金属材料工程使用班级： 材 12 级指导教师： 李飞教研室主任签字：2016 年 1 月毕业设计（论文）题目 骨料孔隙对混凝土表面吸水特性的影响工程名称（子课题）课题负责人 李飞 指导班级 材 12 级课题知识背景建筑结构的破坏主要是由于设计不合理、外界物质侵蚀等导致的耐久性低下。其中环境对混凝土结构的破坏是由表及里的，可见混凝土表面特性对耐久性的重要意义。水分进入混凝土内部的方式有扩散、渗透、毛细管
2、作用等，由于混凝土是多孔材料、内部裂纹众多，孔对混凝土的抗冻性、抗侵蚀性有重要影响，另一方面混凝土具有亲水特性，空气中的水分或与水易在其表面延展，当毛细管内非饱和时，水分沿毛细管向内部渗透，一些可溶性有害物质随水分进入，使得混凝土受到侵蚀，因此指出吸水性是表征其表明特性的重要指标之一。有研究指出吸水系数是指在 50KPa 压力下渗水量与时间平方根之间拟合曲线的斜率。研究混凝土表面的吸水特性可在一定程度上评价混凝土的渗透性。目前，国内对混凝土表面吸水特性的研究不多，刘鹏等人 1利用 XRD，MIP 和交流阻抗分析对混凝土水化产物物相组成、孔隙结构特性和电性能进行了分析，采用英国女王大学研发的 A
3、utoclam 自动渗透性测试仪测试了磷铝酸盐水泥混凝土的表面吸水特性；周春圣 2等人利用数值分析方法研究了非饱和状态下的冻融损伤混凝土的表面吸水特性，得出考虑曲折度影响的近似公式能很好的描述饱和度对损伤混凝土材料相对气体渗透率的影响以及表面毛细吸水率对初始含水饱和度非常敏感的结论；周春圣的研究 3利用 Boltzmann 变量提出从吸水率计算扩散系数的方法，并在试验中得到验证。相交国内而言，国外众多学者对混凝土表面吸水特性进行了大量而广泛的研究，文献 4用高分辨光学显微镜和图像分析软件对水泥净浆和混凝土的界面区的孔面积百分比和孔尺寸分布进行了检验，结果显示高吸水率的轻骨料混凝土界面过渡区产生
4、更高的孔隙率；Lucyna Domagaa5配制了 18 组不同水灰比的十八个混凝土混合物制成的烧结粉煤灰骨料和水泥浆体的混凝土，研究表明虽然多孔骨料是结构轻骨料混凝土中最为薄弱的单元，但水泥基水胶比的降低使得水泥基强度提高，进而补偿轻骨料的薄弱；Nayara S. Klein等人的研究 6提出了一个模型来描述随着时间推移的水吸收演变，结果表明，该模型和实验结果之间有良好的相关性。混凝土的表面吸水特性关系到混凝土的耐久性，国内外学者大多着眼于研究骨料吸水特性对混凝土的影响或者某种混凝土吸水特性的演变，针对多孔骨料混凝土的表面吸水特性的研究不多，而且没有认可的统一的试验方法。本课题旨在探索混凝土
5、表面吸水的试验方法，研究骨料孔隙对混凝土表面吸水特性的影响，从而进一步预测表面吸水特性对混凝土水分及离子传输的关联性。完成毕业设计（论文）各项任务的具体步骤和方法：1、原材料的材性试验1）骨料的材性试验（多孔粗骨料的颗粒级配、含泥量和泥块含量、针片状颗粒含量、压碎指标、含水率、吸水率等）2）水泥的材性试验（水泥安定性、强度和凝结时间等）2、多孔骨料混凝土的配制研究根据原材料的材性试验结果，选用 519mm 连续级配的天然、再生、轻骨料、玄武岩四种骨料,选取 100%多孔骨料掺量，通过改变水胶比（0.36、0.44、0.48）配置不同强度等级的混凝土，采用预湿水拌合方式。细骨料使用河砂或机制砂。
6、类似于多孔粗骨料，多孔细骨料对混凝土表面吸水特性的研究同意选取天然、再生、轻骨料、玄武岩四种骨料，改变 3 种水胶比，同样采用预湿水拌合方式。粗骨料使用519mm 连续级配的天然骨料。要求工作性良好，不离析泌水，坍落度为 20020mm。3、多孔骨料特性对混凝土早期物理和力学性能的影响采用尺寸为 100mm100mm100mm 的混凝土立方体试件，测试 3d、7d、28d 不同龄期的立方体抗压强度，参考 7d 强度为评价多孔骨料混凝土表面吸水性提供依据。具体研究内容：对不同骨料的混凝土，借助饱和吸水率粗略估算混凝土孔隙率；取浆体与骨料的界面过渡区，借助显微硬度仪采用 10gf 的荷载进行加载，
7、保持荷载 10 s，在骨料与水泥浆之间以 20 m 间隔打点，测得三相的显微硬度，为不同多孔骨料的表面吸水特性提供微观理论依据。多孔骨料的泡水方式选取三种标准养护 7d + 泡水 24h + 85烘干 24h + 洒水 + 测试吸水量；标准养护 7d + 泡水 24h + 85烘干 24h + 测试吸水量；标准养护 7d + 密封恒温下自然干燥 48h + 测试吸水量。吸水时间为 1、4、9、16、25、36、49、64、225min 以及 24h。4、总结与分析：绘制根号吸水时间与单位面积吸水体积关系图，分析表面毛细吸水率，进而预测离子相对扩散系数。及时分析试验数据，做好阶段小结和汇报工作，
8、并认真总结，撰写论文。毕业设计（论文）注意事项：1、做实验要认真、细致，不得敷衍了事；2、使用设备前务必熟悉设备操作要领，操作规范，以标准为依据；3、认真记录并保存数据，严禁杜撰实验数据；4、定期向指导老师汇报试验或论文进展情况；5、注意与同组实验人员相互配合；6、在试验等过程注意安全；7、每次试验完毕后要及时打扫和清理仪器及现场；8、积极发挥能动性，充分发挥创新能力。参考资料：1刘鹏, 余志武, 黄星浩,等. 磷铝酸盐水泥混凝土表面透气和吸水性能研究J. 西安建筑科技大学学报：自然科学版, 2010, 42(2):216-220.2周春圣, 马富 . 饱和冻融损伤混凝土的气体渗透率和毛细吸水
9、率研究C/ 第九届全国高强与高性能混凝土学术交流会. 2014.3Zhou C. General solution of hydraulic diffusivity from sorptivity testJ. Cement & Concrete Research, 2014, 58:152160.4Lo T Y, Cui H Z, Tang W C, et al. The effect of aggregate absorption on pore area at interfacial zone of lightweight concreteJ. Construction & Buildi
10、ng Materials, 2008, 22(4):623628.5Domagaa L. The Effect of Lightweight Aggregate Water Absorption on the Reduction of Water-cement Ratio in Fresh Concrete J. Procedia Engineering, 2015, 108:206-213.6Klein N S, Aguado A, Toralles-Carbonari B M, et al. Prediction of the water absorption by aggregates over time: Modelling through the use of value function and experimental validationJ. Construction & Building Materials, 2014, 69(11):213-220.
