混凝土集料-浆体界面过渡区对韧性的影响及调控技术
混凝土的强度与韧性的关系原理
混凝土的强度与韧性的关系原理一、引言混凝土是一种由水泥、砂、石、水等原材料经过搅拌、浇注、养护而成的人造建筑材料。
混凝土的强度和韧性是评价其性能的两个重要指标，也是决定其使用范围和安全性的关键因素。
本文将从混凝土的组成、强度和韧性的定义以及其相互关系等方面，详细地探讨混凝土的强度与韧性的关系原理。
二、混凝土的组成及其影响因素混凝土的主要组成成分包括水泥、砂、石、水和掺合料等。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，砂和石是骨料，水则是混凝土中的溶剂。
掺合料是指在混凝土中添加的各种辅助材料，如膨胀剂、减水剂、增强剂等。
混凝土的强度和韧性与其组成成分密切相关，主要影响因素有以下几个：1. 水泥的种类和用量：不同种类的水泥具有不同的强度和硬化速度，水泥的用量也会影响混凝土的强度和韧性。
2. 骨料的种类和粒径：砂和石的种类、粒径和形状都会影响混凝土的强度和韧性，其中，坚硬、尖锐的石料有利于提高混凝土的强度，而圆形的砾石则有利于提高其韧性。
3. 水灰比：水泥用水的比例称为水灰比，水灰比越小，混凝土的强度越高，但韧性会降低。
4. 混凝土的配合比：混凝土的配合比是指混凝土各组成部分的比例，不同的配合比会对混凝土的强度和韧性产生影响。
5. 掺合料的种类和用量：不同种类和用量的掺合料会对混凝土的强度和韧性产生影响，如膨胀剂可以增加混凝土的韧性，减水剂可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度等。
三、混凝土的强度和韧性的定义混凝土的强度是指混凝土在受到一定载荷作用下的抗压能力，通常用抗压强度来表示。
抗压强度是指在规定的试验条件下，混凝土柱试件在垂直于其轴向的方向上受到的最大压力与试件的横截面积之比。
抗压强度是评价混凝土强度的主要指标之一。
混凝土的韧性是指混凝土在受到载荷作用时，能够在一定程度上发生变形而不断裂或破坏的能力。
通常用韧性指数来表示。
韧性指数是指在混凝土试件达到最大载荷后，试件继续承受载荷时所能吸收的能量与试件初次裂缝时的能量之比。
混凝土的韧性特性分析
混凝土的韧性特性分析混凝土是一种常用的建筑材料，其在工程中承担着重要的载荷传递和抵抗外部力的任务。
在设计和施工过程中，混凝土的韧性特性扮演着至关重要的角色。
本文将对混凝土的韧性特性进行分析，并探讨其在建筑工程中的应用。
一、什么是混凝土的韧性特性混凝土是由水泥、骨料、沙子和水按一定比例混合而成的复合材料。
它具有较高的耐压强度和刚性，但缺乏延展性。
韧性特性是指材料在外部力作用下，能够承受相对较大的变形而不发生断裂的能力。
混凝土韧性的提高可以通过加入纤维材料、调整配合比和改变施工工艺等方式来实现。
二、混凝土韧性的影响因素1. 骨料类型和粒径混凝土中的骨料类型和粒径对韧性具有重要影响。
适当选用优质骨料和合适的粒径分布，能够增加混凝土的内聚力和抗裂能力，提高其韧性。
2. 混凝土配合比混凝土的配合比是指水泥、骨料、砂浆和水的比例关系。
合理的配合比能够使混凝土中的水泥浆体均匀分散，并确保充分反应，从而提高混凝土的韧性。
3. 纤维材料的加入向混凝土中添加适量的纤维材料（如钢筋纤维、聚丙烯纤维等）能够有效增加混凝土的韧性。
纤维材料在混凝土内部形成三维增强网结构，能够抵抗裂缝的扩展和延伸，提高混凝土的韧性。
三、混凝土韧性的应用1. 结构抗震地震是一种严重威胁建筑安全的自然灾害，而混凝土的韧性特性可以在地震中发挥重要作用。
具有较好韧性的混凝土结构能够在地震时发生一定程度的变形，通过吸收地震能量减小震动对建筑物的破坏，提高结构的耐震性能。
2. 抗冲击能力混凝土在某些工程中可能会受到外部冲击载荷的作用，如堤坝受到冲击波、飞溅物的冲击等。
具有较好韧性的混凝土能够延缓裂缝的扩展，提高结构的抗冲击能力，保证工程的安全性。
3. 耐久性能混凝土的韧性特性与其耐久性能有密切关系。
对于经常受到外界水、化学腐蚀等侵蚀的结构，如水渠、桥梁等，韧性较好的混凝土能够有效减小裂缝的产生和扩展，延缓结构的老化过程，提高其使用寿命。
四、混凝土韧性的提高策略为了提高混凝土的韧性特性，可以采取以下策略：1. 合理设计配合比和骨料根据不同结构的要求，合理设计混凝土的配合比和选择合适的骨料类型和粒径，以提高混凝土的内聚力和抗裂能力。
混凝土科学与技术思考题详解
混凝⼟科学与技术思考题详解《混凝⼟科学与技术》课后思考题混凝⼟概述1.现代混凝⼟的定义是什么？是指由⽆机的、有机的或⽆机有机复合的胶凝材料、颗粒状⾻料、⽔以及必要时加⼊的化学外加剂和矿物掺和料等组分按⼀定⽐例拌合，并在⼀定条件下经硬化后形成的复合材料2.现代混凝⼟有哪些分类⽅法？3.现代混凝⼟技术的发展重点和⽅向是什么？（⼀）解决好混凝⼟耐久性问题（⼆）使混凝⼟⾛上可持续发展的健康轨道⾻料1.⾻料在传统混凝⼟与现代混凝⼟技术中所起的主要作⽤是什么？有何异同？传统混凝⼟：以⼲硬性和低塑性为主体，浆体相对⽤量少，⽯⼦砂⼦堆积构成⾻架，传递应⼒，起强度作⽤。
2.现代混凝⼟：⽐如预拌混凝⼟，以⼤流态为主体，浆⾻⽐提⾼，砂⽯更多情况下悬浮于胶凝材料浆体中。
传递应⼒功能明显减⼩，⾻料的作⽤更多体现在抑制收缩、防⽌开裂上。
3.粗⾻料和细⾻料是如何划分的？细⾻料：0.15~5mm粒径的⾻料，如砂粗⾻料：粒径⼤于5mm的⾻料，如碎⽯4.在制备混凝⼟过程中，需要考虑⾻料的那些特性？它们是如何影响着混凝⼟的性能？化学外加剂1.在现代混凝⼟中，化学外加剂按照其主要功能可以分为哪四⼤类？2.什么是减⽔剂？减⽔剂在混凝⼟中的主要作⽤是什么？其作⽤机理⼜是什么？减⽔剂指⼀种在混凝⼟拌合料坍落度相同条件下，能减少拌和⽔⽤量的外加剂。
3.什么是引⽓剂？引⽓剂在混凝⼟中的主要作⽤是什么？其作⽤机理⼜是什么？在混凝⼟搅拌过程中能引⼊⼤量均匀分布、稳定⽽封闭的微⼩⽓泡，起到改善混凝⼟和易性，提⾼混凝⼟抗冻融性和耐久性的外加剂。
矿物掺合料1.什么是矿物掺合料？在现代混凝⼟中常⽤的矿物掺合料有哪些？它们对混凝⼟的性能有哪些影响？矿物掺和料是指在混凝⼟拌合物中，为了节约⽔泥，并改善混凝⼟性能⽽加⼊的具有⼀定细度的天然或者⼈造的矿物粉体材料，是混凝⼟的第六组分。
主要有粉煤灰、粒化⾼炉矿渣、硅粉、沸⽯粉、磨细的⽯灰⽯等。
其掺量⼀般较⼤（通常占胶凝材料的20~70%）。
影响混凝土工作性能的因素及改善方法
影响混凝土工作性能的因素及改善方法发表时间：2018-07-18T10:26:07.697Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：谢云锋[导读] 水泥混凝土在尚未凝结以前，称为新拌混凝土或混凝土拌合物。
济宁市任城区交通运输和港航局山东济宁水泥混凝土在尚未凝结以前，称为新拌混凝土或混凝土拌合物。
新拌水泥混凝土是不同粒径的矿质集料粒子分散在水泥浆体分散介质中的一种复杂分散系，具有弹、粘、塑性质，主要用工作性或称和易性来表征。
混凝土的工作性包含四个方面的性能：流动性、可塑性、稳定性和易密性。
1 影响新拌混凝土工作性的因素1.1 水泥特性水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等会影响需水量，由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种的水泥配制的混凝土拌合物具有不同的工作性。
通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰水泥的混凝土拌合物工作性好。
矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析；火山灰质水泥流动性小，但粘聚性好。
此外，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，减少泌水离析现象。
1.2集料特性集料的特性包括集料最大料径、形状、表面纹理、级配和吸水性等，这些特性不同程度地影响新拌混凝土的工作性，其中最明显的是，卵石拌制的混凝土工作性较碎石的好。
集料的最大粒径增大，可使集料的总表面积减少，拌合物的工作性也随之改善。
此外，具有优良级配的混凝土拌合物具有较好的工作性。
1.3集浆比集浆比就是单位混凝土拌合物中，集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比。
水泥浆在混凝土拌合物中，除了填充集料间的空隙外，还包裹集料的表面，以减少集料间的摩阻力，使混凝土拌合物具有一定的流动性。
在单位体积的混凝土拌合物中，如水灰比保持不变，则水泥浆的数量越多，拌合物的流动性愈大。
但若水泥浆数量过多，则集料的含量相对减少，达一定限度时，将会出现流浆现象，使混凝土拌合物的粘聚性和保水性变差，同时对混凝土拌合物的强度和耐久性也会产生一定的影响。
新老混凝土界面剂及界面处理总结报告
新老混凝土界面剂及界面处理总结报告第一篇：新老混凝土界面剂及界面处理总结报告新老混凝土界面剂及界面处理总结报告1概述1.1 背景当大型混凝土工程进入老化病害期之后、新建混凝土工程中的新老混凝土界面出现的各种质量问题时,需补强加固。
混凝土结构加固修复工程通常包括结构检测与鉴定评估、加固设计与施工等多个环节,涉及材料、技术和管理等多方面的因素。
常用的加固方法有:粘钢加固、加大截面加固、外包钢加固、预应力加固以及碳纤维(CFRP)加固等,这些方法已被列入国家标准,其中加大截面法是最为传统的一种加固方法,具有成熟的设计和丰富的施工经验,工程成本相对较低,适用于水利工程和大体积混凝土结构,以及建筑工程中的梁、板、柱、墙和一般构筑物等多种混凝土结构的加固,但该方法中涉及新老混凝土的粘结面的问题。
新老混凝土的粘结性能之所以重要的另一个原因,是水利工程中如溢洪道,交通运输工程方面的机场跑道、桥梁面板以及混凝土路面等大面积混凝土的补强修复,是在老混凝土表面补浇新混凝土,这种方法成功的关键是新老混凝土的粘结质量。
1.2研究现状对于新老混凝土粘结状况的研究较多，大多集中在界面剂的种类、界面处理、界面剂的耐久性、界面部位、测试方法、龄期、新混凝土的性能、界面干湿状态等方向。
① 界面剂的种类：新老混凝土界面目前作为工程使用的黏结剂按组分可以分为无机类和有机类。
类型无机类有机类内容硅酸盐类、磷酸盐类、其他环氧树脂及改性环氧树脂类、丙烯酸酯树脂类、不饱和聚酯树脂类、聚氨基甲酸酯类、有机硅树脂类、其他② 混凝土的表面处理方式：进行新旧混凝土粘结补强加固时,老混凝土的表面状况被认为是影响粘结性能的最重要因素。
因此,在浇筑新混凝土之前,应对老混凝土粘结面进行处理,使之形成坚固完整、干净、轻度粗糙的表面,以得到较好的粘结面。
在新旧混凝土补强加固实践中,己研究并应用了一些方法对新旧混凝土粘结界面进行粗糙处理,如:人工凿毛法、高压水射法、机械刻痕法、喷砂法、喷气法、气锤凿毛法、化学腐蚀法等。
经验交流：集料对高强混凝土力学性能的影响
摘要:集料在⽔泥基材中具有重要的作⽤。
混凝⼟材料中集料相与基体相对⽔泥基材料⼒学性能具有协同作⽤，表现出复合材料的⼒学⾏为。
本⽂主要从集料品种、粒径、粒形、级配、碱活性等⽅⾯对混凝⼟强度、弹性模量及变形等⽅⾯的影响规律进⾏阐述。
关键词:集料相 基体相 粒径 碱活性 集料在⽔泥基材中具有重要的作⽤。
传统观念认为普通混凝⼟性能的好坏主要取决于基体相的性能，⽽集料的影响相对较⼩，因⽽集料的作⽤并没有引起⾜够的重视。
然⽽，随着⽔泥基材料性能的提⾼(如各种⾼强、⾼性能混凝⼟材料的出现)，集料在这些材料中的作⽤逐渐突出。
本⽂着重介绍混凝⼟材料宏观组成相— 集料相与基体相对⽔泥基材料⼒学性能的协同作⽤，在此基础上，从集料品种、粒径、粒形、级配及集料含量等⽅⾯对混凝⼟强度、弹性模量等的影响规律作进⼀步阐述。
1⽔泥基材料中集料相与基体相的协同效应 越来越多的研究表明，随着⽔泥基材料⼒学性能的提⾼，其性能并⾮由单⼀的基体相决定，⽽是充分表现出复合材料的⾏为。
基体相与集料相的相对性能变化对⽔泥基材料⼒学性能的影响就是复合材料⾏为的具体表现。
这主要是因为在受到荷载作⽤时，⽔泥基材料内部性能不同的宏观组成相之间由于荷载传递⽽引起的协同作⽤所造成的。
当混凝⼟中基体相与集料相的性能相匹配时，有利于充分发挥各组成相的潜能，并可使混凝⼟复合材料性能达到。
Moham ed等采⽤微观⼒学模型研究了混凝⼟材料在受荷情况下宏观组成相的相对性能对其内部裂纹扩展的影响，指出集料相与基体相之间的抗拉强度⽐是决定材料内部裂纹扩展途径最为重要的因素。
另外，混凝⼟作为⼟⽊⼯程中最常⽤的建筑材料之⼀，其基体相与集料相在宏观尺度上和⼒学性能上亦存在较⼤差别。
宏观尺度上，粗集料粒径为厘⽶级，未⽔化的⽔泥颗粒为微⽶级，⽽⽔泥⽔化产物的尺度则更⼩⽽在⼒学性能上，普通混凝⼟中集料相与基体相的弹性模量之⽐在5.0以上，⾼性能混凝⼟中集料相与基体相之间的弹性模量之⽐也在3.0左右。
混凝土的强度与韧性的关系原理
混凝土的强度与韧性的关系原理一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，其强度和韧性是评价混凝土性能的重要指标。
本文将探讨混凝土的强度与韧性的关系原理，从材料结构、微观结构、力学性质等多个角度进行分析。
二、混凝土的材料结构混凝土是由水泥、砂、石料和水等材料按一定比例配制而成的。
水泥是混凝土的胶凝材料，其主要成分是硅酸盐和铝酸盐，具有良好的胶结性能。
砂和石料是混凝土的骨料材料，其主要作用是填充空隙、增加混凝土的密实度和强度。
水是混凝土的溶剂，它与水泥发生反应，形成胶状体，使混凝土变得坚实。
三、混凝土的微观结构混凝土的微观结构是由水泥胶体和骨料组成的。
水泥胶体是混凝土的主要胶结材料，其形成的胶状体可以填充骨料间的空隙，从而增加混凝土的密实度和强度。
骨料的大小和形状对混凝土的强度和韧性也有很大的影响。
一般来说，骨料越大，混凝土的强度越高，但韧性会降低；反之，骨料越小，混凝土的韧性越高，但强度会降低。
四、混凝土的力学性质混凝土的力学性质是评价混凝土性能的重要指标。
其强度和韧性是混凝土力学性质的主要表现形式。
混凝土的强度是指在一定条件下，混凝土能够承受的最大应力。
混凝土的韧性是指在受到外力作用时，混凝土能够发生一定程度的变形，而不会发生破坏。
五、混凝土的强度与韧性的关系原理混凝土的强度与韧性是密不可分的。
一般来说，强度越高的混凝土，其韧性越低；反之，韧性越高的混凝土，其强度越低。
这是因为强度和韧性是由混凝土的材料结构、微观结构和力学性质等多个因素综合决定的。
1. 材料结构对强度和韧性的影响混凝土的材料结构是强度和韧性的基础。
一般来说，水泥胶体的含量越高，混凝土的强度越高，但韧性会降低。
同时，骨料的大小和形状也会影响强度和韧性。
骨料越大，混凝土的强度越高，但韧性会降低；反之，骨料越小，混凝土的韧性越高，但强度会降低。
2. 微观结构对强度和韧性的影响混凝土的微观结构是由水泥胶体和骨料组成的。
水泥胶体的含量和质量对混凝土的强度和韧性影响很大。
混凝土强度与韧性的关系分析研究
混凝土强度与韧性的关系分析研究混凝土是建筑工程中最常见的材料之一。
在建筑工程中，混凝土起到承重作用，而混凝土强度和韧性是影响其承载能力的两个重要指标。
本文将探讨混凝土强度和韧性之间的关系及其影响因素。
一、混凝土强度和韧性的定义混凝土强度是指混凝土在受到力的作用下所承受的最大应力，常用抗压强度来表示。
韧性是混凝土在受到较大载荷时发生局部破坏后仍能承受部分荷载，延缓破坏发展的能力。
二、混凝土强度和韧性的关系混凝土的强度和韧性是相互影响的。
强度高的混凝土往往韧性较差，即容易在短时间内迅速破坏。
相反，韧性好的混凝土强度较低，但能够延缓破坏的发展，使结构产生一定程度的变形，提高结构的稳定性和耐久性。
三、影响混凝土强度和韧性的因素（一）水胶比水胶比是混凝土中水分和胶凝材料（如水泥）的重量比。
水胶比较低时，混凝土强度高，但韧性相对较差。
水胶比较高时，混凝土韧性较好，但强度相对较低。
（二）集料集料是混凝土中占体积较大的无机物，如砂子和石子等。
细度模数和分级有时对于水泥石的强度和韧性有影响。
（三）配合比不同的配合比会影响混凝土的强度和韧性。
例如，添加合适的外加剂或改变配合比，可以提高混凝土的强度和韧性。
（四）养护混凝土的养护工作也对其强度和韧性有一定的影响。
正确的养护可以使混凝土韧性较好，而覆盖不当或养护不足会导致混凝土裂缝、开裂和变形，降低其韧性。
四、总结混凝土的强度和韧性是相互影响的，只有在保证强度基本满足结构要求的前提下，寻求合适的韧性目标，才能保证结构的稳定和耐久。
同时要考虑以上影响因素，采取适当的措施，对混凝土进行综合调控，提高其强度和韧性。
混凝土界面过渡区的形成原理
混凝土界面过渡区的形成原理一、引言混凝土结构中的过渡区是指混凝土中不同组成部分所形成的交界面。
混凝土界面的形成与混凝土的性能有着密切的关系，对于混凝土结构的力学性能和耐久性有着重要的影响。
因此，研究混凝土界面过渡区的形成原理具有重要的理论和实际意义。
二、混凝土界面过渡区的概念混凝土界面过渡区是指在混凝土中，由于混凝土中不同材料的性质和成分不同，使得这些材料在相互接触的地方形成了一定的交界面。
混凝土界面过渡区的形成是由于混凝土中不同组成部分的相互作用而形成的。
混凝土中的不同组成部分主要包括水泥熟料、水泥石、骨料和孔隙等。
三、混凝土界面过渡区的形成原理混凝土界面过渡区的形成原理主要有以下几种：1、相变原理混凝土中的水泥熟料在水的作用下会发生水化反应，形成水泥石。
水泥石的界面过渡区的形成是由于水泥石的水化反应过程中发生的相变所引起的。
水泥石的水化反应过程中，由于水分的不足或过量，会使得水泥石中的结晶结构发生变化，从而形成了水泥石的界面过渡区。
2、应力原理混凝土中的骨料和水泥石之间的界面过渡区的形成是由于应力的作用所引起的。
混凝土在不同的应力作用下，会产生不同的变形和应力分布。
由于混凝土中骨料和水泥石的物理性质不同，所以在不同的应力作用下，骨料和水泥石之间的界面过渡区会产生不同的形态和性质。
3、扩散原理混凝土中的孔隙和水泥石之间的界面过渡区的形成是由于物质扩散的作用所引起的。
混凝土中的孔隙和水泥石之间存在着物质扩散的作用。
由于孔隙和水泥石的物理性质不同，所以在物质扩散的过程中，会形成孔隙和水泥石之间的界面过渡区。
4、化学反应原理混凝土中的不同组分之间的界面过渡区的形成是由于化学反应的作用所引起的。
混凝土中的不同组分之间在一定的条件下会发生化学反应。
由于不同组分之间的化学性质不同，所以在化学反应的过程中，会形成不同的界面过渡区。
四、混凝土界面过渡区的性质混凝土界面过渡区的性质与界面过渡区的形成原理密切相关。
粗集料品质对混凝土性能的影响
粗集料品质对混凝土性能的影响1原材料及试验方法1.1原材料水泥使用重庆海螺P∙O42.5R水泥，粉煤灰使用重庆某江珞璜Η级粉煤灰，矿粉使用重庆详众建材S95级矿粉，硅灰使用贵州弘富贵硅微粉，细集料使用重庆地区11区机砂，粗集料选用供应商供应的玄武岩碎石、卵碎石、石灰石碎石三种岩性的粗集料，外加剂使用西卡聚竣酸高性能减水剂，水使用拌和用水。
1.2试验方法按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)、《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)以及《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验标准》(GB/T50082-2016)有关规定进行试验。
2试验结果及分析2.1粗集料含泥量泥对混凝土工作性、力学性能以及耐久性有重要影响。
清洗干净粗集料，计算、添加泥土并拌合均匀，控制含泥量在0、0.5%、1%、1.5%、2%,试验结果分别见表1.2及图1。
从表1〜2可以看出，含泥量越高，3h工作性损失越大，特别当含泥量超过1%时，工作性损失越大，这是因为聚竣酸减水剂对泥非常敏感,泥对减水剂有吸附作用，含泥量越高，吸附性越强；其中，C60混凝土工作性损失明显小于C30,这说明粗集料含泥量对C60混凝土工作性影响程度远小于C30混凝土，这是因为C60混凝土浆体量远远多于C30混凝土，浆体量越多，混凝土保坍性越好，因此，C60本身良好的保坍性弱化了粗集料含泥量对混凝土工作性的影响。
分析图1可以得出粗集料含泥量对C30、C60混凝土抗压强度的影响，混凝土抗压强度与粗集料含泥量基本呈相反的关系。
其中，粗集料含泥量对C30混凝土影响较小，含泥量0的抗压强度比2%含泥量抗压强度高3.5MPa；但是，粗集料含泥量对C60混凝土抗压强度影响很大，含泥量O的比2%含泥量的抗压强度高17MPao 粗集料含泥量对C60混凝土抗压强度影响这么大，主要是因为粗集料裹泥形成了界面薄弱区，削弱了粗集料与水泥石的粘结力。
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新癯建魄 中国科技核心期刊 混凝土集料一浆体界面边渡区 对韧ｎ生的影响及调控技术
朱晓斌 ，姚婷“ ，洪锦祥“ ［１．高性能土木工程材料国家重点实验室（江苏省建筑科学研究院有限公司），江苏南京２１０００８ ２．江苏博特新材料有限公司，江苏南京２１ １ １０３】
摘要：为探明混凝土韧性与界面过渡区厚度的定量关系并实现混凝土韧性的界面调控，首先采用计算机模拟技术计算了混凝 土断裂能及延性系数随着界面过渡区厚度的数值规律，发现混凝土韧性在界面厚度为８０～１５０ ｍ时最优。然后提出了混凝土界面 区域采用减水技术来实现界面过渡区厚度的调控，并以微观试验证实了界面区域减水调控界面过渡区厚度的可行性。最后，结合宏 观力学试验结果表明，增加混凝土界面过渡厚度可改善混凝土的韧性，并与计算机模拟结果趋势一致。 关键词：界面过渡区；韧性；数值模拟；调控技术；混凝土；断裂能 中图分类号：ＴＵ５２８．０ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００ｌ一７０２Ｘ（２０１４）０３—０００１—０５
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＩＴＺ ｏｎ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＵ Ｘｉａｏｂｉｎ ，ＹＡ０ Ｔｉｎｇ ，ＨＯＮＧ Ｊｉｎｘｉａｎｇａ’。 （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎａｍｉｎｇ ２１０００８，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｂｏｔｅ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｎａｍｉｎｇ ２１１１０３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ（ＩＴＺ）ｉｎ ｃｏｎ－ ｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＩＴＺ，ｆｉｒｓｔ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｒａｃ－ ｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ，ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ＩＴＺ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉ— ｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ＩＴＺ ｉｓ ８０－１５０“ｍ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅ－ ｄｕｃｉｎｇ ａｍｕｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｒｅａ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ＩＴＺ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ １ＴＺ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｒｏｕｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｅｉａｌ ａｒｅａ ｗａｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｔｅｓｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＩＴＺ ｔｈｉｃｋｒｉｅｓｓ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＴＺ：ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ
混凝土是一种多相复合材料，按照混凝土在应力作用下 的行为一般将其视作由三相组成：水泥浆基体、分散其中的骨 料以及水泥浆一骨料之间的过渡区相。其中，过渡区相代表骨 料颗粒与硬化水泥浆体之间的界面区，过渡区是围绕骨料周 围的一层薄壳，其公认厚度为不大于２００ ｍＩｑ，通常比混凝土 基金项目：国家重点基础研究发展规划（９７３）资助项目 （２ｏｏ９ＣＢ６２３２０５）； 江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２００８０５４） 收稿日期：２０１３—０９—２１ 作者简介：朱晓斌，男，１９８２年生，江苏苏州人，硕士，工程师。地址 南京市江宁区醴泉路１ １８号江苏博特新材料有限公司技术开发部 Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｂｚｈＵ＠】６３．ｃｏｎ。 的２个主要相弱，该区域水化产物的组成与基体部分不同，其 水灰比及孔隙率较砂浆基体相比都较大，结构相对疏松，原生 微裂纹也明显高于浆体ｔ２１。裂纹扩展过程中裂纹尖端遇到集料一 浆体基面时可能发生屏蔽、偏转、捕获以及裂纹固定的情况嘲， 从而使裂纹扩展路径发生改变，进而影响该过程中能量的吸 收。Ｖｉｃｔｏｒ Ｃ Ｌｉ等［３１研究发现，水泥净浆中加入４６％的细集 料，断裂韧性提高５５％；砂浆中加入３３％的粗集料，断裂韧性 提高３７％。Ｒｏｓｓｅｌｌｏ Ｃ等Ｉ Ａｓｈｒａｆ Ｒａｇａｂ Ｍｏｈａｍｅｄ和Ｗｉｌｌ Ｈａｎｓｅｎ嘲的研究成果均表明，混凝土中集料一浆体界面过渡区 的性质会影响裂纹的扩展路径：界面粘接强度过高，界面力学 性能（强度、弹性模量及断裂能）过大，混凝土容易形成“穿集 料”断裂，反之则容易形成“沿集料”断裂。 由此可见，混凝土集料一浆体处的界面相是影响混凝土
ＮＥＷ ＢＵＩＬＤＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ・１・ 朱晓斌，等：混凝土集料一浆体界面过渡区对韧性的影响及调控技术 韧性的重要微结构之一。目前关于界面与混凝土性能的研究 已经开展很多，但是界面相与混凝土韧性之间的定量关系仍 然不明确。此外，虽然人们早就注意到高强混凝土界面过渡区 厚度小并且脆性大，低强混凝土界面过渡区厚度大并且脆性 小的事实，但出于界面过渡区厚度有效调控技术的缺乏，一直 无法探明界面过渡区厚度与混凝土韧性的关系。为此，采用数 值模拟技术结合提出的界面区域减水技术和微观试验，对界 面过渡区厚度与混凝土韧性关系及界面厚度调控技术进行了 探索。 图２混凝土几何模型 １界面过渡区宽度与韧性关系的数值模拟 ２ 区厚度为变量（２。 ｍ，４０ …５ｏ０ ）
应宗权等Ｉ 叫将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡层组 成的三相复合材料，并开发了混凝土三相复合材料模型，该模 型在预测混凝土力学性能方面取得了良好的效果。为揭示界 面过渡区对混凝土韧性的影响规律，运用该模型计算了界面 过渡区宽度与韧性的数值规律。 １．１模型简介 混凝土界面过渡区厚度非常小，在混凝土的数值计算中， 若本构模型采用应力一应变关系，计算结果一定程度上受计 算网格大小的影响，引起数值结果的网格依赖性ＩⅫ。而用拉应 力一裂缝宽度模型替代应力一应变模型，可以缓解仿真结果对 有限元网格尺寸的依赖性［７］。因此，计算过程中集料、砂浆及 界面相材料均采用Ａｂａｑｕｓ自带的混凝土塑性损伤模型，其本 构关系见式（１）和图１。 』脚 （１） 【 （ ） ；ｅ 其中，裂纹宽度 ＝＿厂／Ｇ，。 ｏ ／ 图１应力一裂纹宽度本构关系 为简化计算，将粗集料视为球形颗粒，并且满足５～２０ ｍｍ 连续级配要求、具有随机分布特征，同时将界面过渡区视作具 有均一厚度的薄层，混凝土模型尺寸为８０ ｍｍ￣８０ ｍｍ，见图 ２。计算时，固定试件一端，另一端采用单边受拉的加载形式。 ・２・ 新型建筑材料 ２０１４．３ 以断裂能Ｇ 及延性系数Ｄ （Ｄ ＝Ｇ ／Ｓ）为韧性指标，利用上述 数值模型模拟计算了界面过渡区厚度对混凝土韧性指标的影 响，结果见图３。
Ｏ．Ｏ８ ０．０７ Ｏ．Ｏ６ ０．０５ ｏ４ ０．０３ Ｏ．Ｏ２ Ｏ．０ｌ
图３ ＩＴＺ厚度对混凝土韧性指标的影晌 由图３可以看出，混凝土韧性随着界面过渡区厚度的逐渐 增长呈现先增大后减小的趋势。当界面过渡区厚度小于６０ ｍ 时，混凝土表现出明显的脆性；厚度为８０—１５０ ｍ时，混凝土 韧性处于较优的范围：当厚度超过２００ ｍ后，韧性又明显下 降。这一模拟结果与普通高强混凝土界面过渡区厚度小、脆性 大，低强混凝土界面过渡区宽但脆性稍小的实际情况相符。
２界面调控技术 ２．１调控方法 在胶凝材料水化过程中，各组分的溶解度以及离子的迁移
∞ ∞∞∞∞∞ Ｏ 朱晓斌，等：混凝土集料一浆体界面过渡区对韧性的影响及调控技术 ２０ １５
． １０ ５ ０ ５ 、 宣塞 八 集料 Ｃａ／Ｓｉ＝０．２４— 浆体 ２８ Ｉｎ ’ Ｃａ／Ｓｉ＝３．２ｌ ｊ １６ ｌ４ ｌ２ ．一１０ ８ ８ ６ ４ ２ Ｏ ２０ １５ １Ｏ ∞ Ｕ
５
Ｏ
宣筮 — 集料 ．
Ｉ８５帅。
Ｉ一 浆体
ｇａ／ＳＪ＝０．３ ． Ｒ Ｃａ／Ｓｉ＝３．Ｉ
－ 酾
０ ２０ ４Ｏ ６０ ８０ Ｏ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６Ｏ ７Ｏ ８Ｏ ９Ｏ ０ ２Ｏ ４Ｏ ６Ｏ ８０ １００ １２０ １４０ １６０ 距离／ｕｍ 距离／ｌａｍ 距离／ｌａｍ （ａ）基准 （ｂ）ＬＳ （ｃ）ＰＣＡ
图７界面过渡区厚度
别增加了ｌ８ ｍ和５７ ｍ，且界面过渡区厚度与用来预处理粗 集料的减水剂的减水率有关，减水率越大厚度也越大。由此可 见，界面区域减水调控混凝土界面过渡区厚度是可行的。 ２＿３韧性
６０００ ５０００ ４０００ ３０００ 栏２０００
ｌ０００ ０ 为了检验数值模拟结果的可靠性，以界面区域减水调控 混凝土界面过渡区厚度，按照三点弯曲法测试了混凝土的荷 载一位移曲线，结果见图８，试验时加载速度为０．０２ ｍｍ］ｍｉｎ， ａｏ／Ｄ＝０．３。以断裂能Ｇ 作为评价混凝土韧性的指标。 图８荷载一位移曲线 图８表明，普通混凝土的平均断裂能为１４３．６ Ｊ／ｍｚ，采用木 质素磺酸钠溶液及聚羧酸溶液预处理粗集料制备的混凝土平 均断裂能分别为１６９．６ Ｊ／ｍ 和１８１．４ Ｊｉｍ ，分别提高了１８％和 ２６％。混凝土在界面过渡区厚度增加的同时韧性也随之提高， 这与计算机模拟结果趋势一致。 ３讨论 ３．１界面相厚度的作用 数值计算结果表明，当混凝土界面过渡区厚度小于６０ ＬＬｍ 时，混凝土的脆性特征十分明显，而当界面过渡区厚度超过８０ ｍ时，则混凝土的韧性有明显改善。同时，试验结果也表明， 界面过渡区厚度的增加有利于提高混凝土的断裂能。为了探 讨界面过渡区厚度如何影响混凝土韧性并且体现出明显的差 异性，分别从界面过渡区厚度为２０ ｍ和１０ｏ ｍ的模型混 凝土中提取了界面过渡区单元在受拉方向上的平均应力一时 间响应，见图９。 由图９可知，界面过渡区单元在受拉方向上平均应力一时 间响应大致可分为３个阶段，第１阶段为从受拉开始至０．０８ Ｓ，该阶段内界面过渡区相处于受力增长阶段，界面过渡区厚 度的差异在此并无明显影响，２条曲线基本重合；第２阶段为 ・４・ 新型建筑材料 ２０１４．３ ７０００ ６０００ ５０００ ４０００ ￣３０００ ２０００ １０００ Ｏ