论文总字数：20614字

摘 要

水分传输作为诸多耐久性问题的诱因和载体，水泥砂浆内部的水分传输是耐久性研究的一个重要组成部分。本文基于等差称重的毛细吸水试验研究了水胶比、石子掺量、矿物掺量、试件高度以及养护方式对于水泥砂浆毛细吸水的影响。实验结果表明：随着水胶比的降低，孔隙取代水分失去的位置越来越少，抗渗性能提高；随着石子掺量的增大，石子对水泥石致密度提升越来越明显，抗渗性能随之增加；矿渣因为率先反应以及反应的持续性，前期对有助提升抗渗性能后期消耗毛细吸水分进一步水化；蒸汽养护通过升温的方式促进反应，完善砂浆试件内部结构，孔隙量少结构致密从而提高抗渗性能；砂浆试件高度由于同一类试件配比成型养护完全一致，对抗渗性没有影响，只对吸水总量有影响。总而言之：在合理的配合比内，调整低水胶比、高石子掺量、合理矿渣和粉煤灰比例以及采用蒸汽养护会提高水泥砂浆的抗渗性能，从而有效地改善其耐久性能。同时根据成型试块的孔径分布提出近球空间消耗毛细管中水的表面自由能，从而使试块毛细吸水达到平衡的猜测。

关键字：毛细吸水 混凝土耐久性 水分传输 水泥砂浆

The Water transport in cement mortar capillary absorption test

Abstract

Water transport is the cause and carrier of many durability problems, the water transport inside the cement mortar is an important part of durability research.This article, based on arithmetic weighing of the capillary water absorption test study, studies on water/cement ratio, gravel content, mineral content, height of specimen and the effects that curing has on the cement motar capillary absorption.The experimental results show that with the decrease of water-cement ratio, pore replace water lost fewer positions, impermeability increased; with increasing content of stones, gravel enhance cement density more and more obvious, impermeability increased; because lead slag sustained response and reaction to help enhance the impermeability but of pre-post-capillary water consumption points further hydration; steam curing promote warming by way of response, and improve the internal structure of mortar specimens; mortar specimen height ratio for the same type specimen exactly molding curing, no effect on the impermeability, only the total amount of water impact. all in all, within the resonable mixing ratio, adjusting the low water/cement ratio, high gravel content, resonable ratio of fly ash and slag and using the steam curing can improve the impermeability performance of cement mortar, so as to effectively improve its durability.At the same time, the hypothesis is proposed that the surface free energy of water in the capillary is consumed by the near-ball space, and thus the capillary water absorption of the test block can be balanced.

Keywords: capillary suction; durability of concrete; water transport;cement mortar

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 混凝土耐久性研究现状 1

1.2.1 化学退化过程 2

1.2.2 物理退化过程 4

1.3 混凝土中水分传输的形式 5

1.4 混凝土毛细吸水的理论 7

1.4.1 毛细吸水动力学理论 7

1.4.2 时间开方定律修正研究 10

1.5 研究内容 10

第二章 试验原材料、配比及方法 11

2.1 试验原料 11

2.2 毛细吸水试验 12

2.2.1 水泥砂浆试样制备 12

2.2.2 水泥砂浆毛细吸水试验 12

第三章 数据分析及讨论 14

3.1 水胶比对毛细吸水的影响 14

3.2 石子掺量对毛细吸水的影响 15

3.3 矿物成分和掺量对毛细吸水的影响 17

3.4 试件高度对毛细吸水的影响 19

3.5 不同养护条件对液相毛细吸水的影响 22

3.6 讨论 23

3.6.1 包覆试验方式对试验的误差分析 23

3.6.2 关于实验数据偏离“开方定律”的讨论 24

第四章 结论 26

4.1 本文主要研究结论 26

4.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第一章 绪论

1.1 研究背景

进入混凝土时代以来，无论是城市建筑还是城市轨道交通都是采用混凝土结构来构筑的，构筑形式多种多样，受力方式也有所不同，就混凝土这种结构方式而言，直接影响建筑本身的性能。然而，混凝土结构并不是尽善尽美的，自从人们将混凝土引入土木工程建设之后的数百年，混凝土结构依旧会出现诸如碱集料反应、海水倾蚀和荷载不利变化等原因而提前丧失去物理作用的情况。究其原因大都是由于混凝土结构本身的耐久性缺陷而导致的性能失效。近年来沿海项目的开工建设不得不面临到复杂多变海洋化学物理环境对混凝土耐久性的影响；随着城市轨道交通的发展，地铁建筑又面临新的挑战，混凝土耐久性能必须在地铁建设这种特殊而严苛的条件下得以满足。城市交通因为其影响的范围巨大，停运维修会造成很大的影响，出现事故则会有巨大的人员伤亡和经济损失。因此，有必要研究透彻混凝土的耐久性及其相关因素，为实际施工建设提供充足的理论依据、方案意见和建议。

在混凝土的各项耐久性能中，水分是绝大多数侵蚀介质的载体。在此基础上，充分探究混凝土内部水分的传输规律对于耐久性研究而言有重要意义，有助于更好地分析耐久性失效的机理。本课题是国家973项目《城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论》的第一子课题“动态服役环境中的地下结构材料全寿命期性能演化机理”的第三分支“固-液-气耦合下全寿命期地下结构材料性能演变机理”中的部分研究内容。重点研究水泥砂浆在地下典型周围环境下，材料内部液相水分传输的过程。

1.2 混凝土耐久性研究现状

混凝土耐久性失效的原因可以归结为内外两部分原因：（1）混凝土中存在大量的初始缺陷，包括各种各样的凝结水化后的微孔隙和微裂缝，这使得混凝土结构容易发生各种各样的劣化过程。（2）在承受周围环境中各种荷载的情况下，钢筋混凝土抗劣化的能力随着时间的迁移而减小。所以钢筋混凝土结构内在的微观结构和其暴露所在的侵蚀环境共同影响了其耐久性能^[1]。

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