高流动混凝土孔分形特征及其与抗冻性的关系

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发布时间：2021-09-14

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高流动混凝土孔分形特征及其与抗冻性的关系
王剑。张金喜
(北京工业大学交通工程重点实验室，北京100124)
摘要：采用压汞法测定了不同矿物掺合料高流动混凝土的孔结构参数，通过基于热力学关系的分形模型计算得到了高流动混凝土的
孔结构表面积分形维数，探讨了含不同矿物掺合料高流动混凝土分形维数与小于100 nm孔隙比例、中值孔径、平均孔径及抗冻性的关系。
结果表明：孔表面积分形维数随养护龄期和掺合料的种类和掺量的不同而不同；分形维数越大，孔径小于100 am孔隙比例越大，中值孔
径与平均孔径越小，高流动混凝土抗冻性能越好。基于热力学关系的分形模型计算得到的孔表面积分形维数能够很好地表征混凝土孔结
构的分布状况与抗冻性能。
关键词：高流动混凝土；孔结构；分形维数；抗冻性
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201 1)12—0012—04
Relationship between pore fractal dimension and frost resistance of high fluidity concrete
WANGJian，ZHANGJin-xi
(KeyLaboratoryofTraficEngineering，BeijingUniversity&Technology，Beijing 100124，Chma)
Abstract： Pore structure ofhighfluidityconcretewithdiferent admixtureswasdeterminedbymercuryintrusionporosimetry(MIP)，andfractal
model based OI1 thermodynamic method was used to calculate the pore surface fractal dimension of high fluithty concrete．Relationships between
pore surface fractal dimension and pore proportion with size smiler than 100nm，median pore diam eter，average pore diam eter and frost resistance
of high fluidity concrete with diferent admixtures were discussed．The result indicates that pore surface fractal dimension changes with the curing
ages of concrete and species and quantities of adm ixtures．As fractal dimension increases，the pore proportion with size smaller than 100nrn in—
creases，medianpore diam eterand averagepore diam eterincrease，andfrost resistance ofhi ghfluidity concretebecomesbetter．Pore surfacefractal
dimension which is calculated by the fractal model based on thermodyn amic method can be used to characterize the distribution of pore and frost
resistance ofconcr~e．
Key words： hi fluidity concrete；pore structure；fractal dimension；frost resistan ce
0 引言
高流动混凝土是1988年由冈村甫教授发明的，它在浇筑过
程中不用振捣，完全依靠自身重力流淌，穿过钢筋间隙并填充
模板。高流动混凝土配合比的突出特点是：高砂率、高胶凝材料
用量，并且在施工中无需振捣，这势必对混凝土内部孔结构造
成一定影响，从而直接影响高流动混凝土的力学性能、抗冻性、
抗渗性等宏观性能。混凝土内部孔结构是复杂、不规则的，传统
孔结构参数已无法表征其复杂程度。分形理论作为描述物质复
杂性、不规则性的新兴学科，被引入到混凝土孔结构的研究中，
已有研究表明，混凝土孔结构具有明显的分形特征，并与混凝
土宏观力学性能有一定的相关性联系[I3】，而对于高流动混凝土
孔结构分形特征及其与抗冻性的关系研究较少。高流动混凝土
的配合比和合施工工艺与普通混凝土不同，有必要对高流动混
凝土的孔结构分型特征进行研究，以找到高流动混凝土的孔结
构分型特征与抗冻性二者之间的规律。
本论文采用压汞法测量了不同掺合料高流动混凝土的孔
结构，利用基于热力学关系模型计算孔表面积分形维数，探讨
收稿日期：2011_JD6-28
基金项目：交通工程北京市重点实验室专项基金项目(JTP．2010—1)
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了孔表面积分形维数与孔径分布、中值孔径、平均孔径及与高
流动混凝土抗冻性的关系。
1 原材料及试验方法
1．1 原材料及配合比
水泥采用新北京水泥有限责任公司生产的P·0 42．5级水
泥。粉煤灰采用北京丰台轻体材料厂生产F类I级粉煤灰，比表
面积为0．46 m2／g。高炉矿渣采用首钢嘉华生产的$95级高炉矿
渣粉末，比表面积为0．41 m2／g。硅灰采用北京邦德印材料研究所
提供的硅灰，比表面积为24．1 m2／g。
粗集料采用北京市丰台区产河卵石，最大粒径为16 mlTl，表
观密度为2 700 kg／rn~；细集料采用河北涿州产河砂，细度模数
为2．6，含泥量为2．7％，属于II区中砂；水为普通自来水；减水剂
为减水率为30％的聚羧酸减水剂。
本研究高流动混凝土的设计强度等级均为C60，为了对比
不同掺合料的高流动混凝土的微观孔结构与抗冻耐久性能，本
文分别设计了单掺粉煤灰、双掺粉煤灰与硅灰以及三掺粉煤灰、
硅灰、矿渣的高流动混凝土，配合比如表1所示。