掺合料复掺对混凝土抗裂性能的影响与机理分析

水泥熟料的主要矿物成分是C3S、C2S、C3A和C4AF，其水化产物的结构形态一般有两种：一类是凝胶体，另一类是结晶体。属凝胶体的水化产物主要是水化硅酸钙 （C S H），凝胶体比结晶体具有更大的韧性。

在混凝土中掺入颗粒细、活性高的磨细矿渣、硅粉和粉煤灰后可显著改善界面过渡区的微结构。掺合料与富集在界面的Ca（OH）2反应，生成C-S-H胶凝，使Ca（OH）2晶体、钙矾石和孔隙大量减少，C-S-H胶凝相对增加。同时颗粒极细的磨细矿渣、硅粉和粉煤灰的掺入可减少内泌水，消除骨料下部的水膜，使界面过渡区的原生微裂缝大大减少，界面过渡区的厚度相应减小，其结构的密实度与水泥浆体的相同或接近，骨料与浆体的粘结力得到增强。而且由于改善了界面过渡区结构，消除或减少了界面区的原生微裂缝，使混凝土的脆性降低、抗裂能力得到提高。

图5-10是90d编号为S10混凝土的SEM。

图5-10　90d编号为S10混凝土的SEM(www.xing528.com)

从图5-10可以看出：在混凝土中掺入颗粒细、活性高的磨细矿渣、硅粉和粉煤灰后可显著改善界面过渡区的微结构。因为掺合料与富集在界面的Ca（OH）2反应，生成C-S-H胶凝，使Ca（OH）2晶体、钙矾石和孔隙大量减少，C-S-H胶凝相对增加。同时颗粒极细的磨细矿渣、硅粉和粉煤灰的掺入可减少泌水，消除骨料下部的水隙，使界面过渡区的原生微裂缝大大减少，界面过渡区的厚度相应减小，其结构的密实度与水泥浆体的相同或接近，骨料与浆体的粘结力得到增强。而且，由于改善了界面过渡区结构，消除或减少了界面区的原生微裂缝，使混凝土的脆性降低、抗裂能力得到提高。

在水泥混凝土中掺入聚丙烯纤维，由于表层材料中存在纤维，一方面使其失水面积有所减小，水分迁移较为困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少；另一方面，低弹性模量的聚丙烯纤维相对于塑性浆体成为了高弹性模量材料，依靠纤维材料与水泥浆之间的界面吸附粘结力、机械啮合力等，增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而使失水收缩产生的应力小于材料塑性抗拉强度，材料表面的开裂状况得以减轻，甚至消失。另外，由于纤维以单位体积内较大的数量均匀分布于混凝土内部，故微裂缝在发展的过程中必然遭遇纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展，从而降低了混凝土的脆性，提高了混凝土的抗裂性能。

单掺磨细矿渣对混凝土脆性系数的影响：当磨细矿渣掺量小于25%时，混凝土的脆性系数随磨细矿渣掺量的增大而减小；在本文试验条件下，25%为磨细矿渣降低混凝土的脆性的最佳掺量。磨细矿渣、硅粉和粉煤灰复掺时，混凝土的脆性系数会有所降低，降低幅度大致相当；三种掺合料复掺时，混凝土的脆性系数又有较大幅度的降低，此时脆性最低。试验聚丙烯纤维的掺量控制在0．24%以内，混凝土的脆性随着聚丙烯纤维的掺量增大而降低；与硅粉复掺时，混凝土的强度能得到提高，脆性又有所降低。

掺合料复掺能较大幅度地提高混凝土的抗裂性能；复掺三种掺合料时，混凝土的抗裂性能达到最佳。抗裂机理表明：在混凝土中磨细矿渣、硅粉和粉煤灰可显著改善界面过渡区的微结构，使Ca（OH）2晶体、钙矾石和孔隙大量减少，使C-S-H胶凝相对增加，消除或减少界面区的原生微裂缝，使混凝土的脆性降低。在混凝土中掺入聚丙烯纤维，可减少毛细管失水收缩形成的毛细管张力，增加材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而降低混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性能。