多孔玄武岩骨料轨枕用混凝土的制备及其硬化后的微结构（英文）

黄守刚^1,2，陈进杰³，王建西⁴，孙国文⁵

1. 河北省交通安全与控制重点实验室2. 石家庄铁道大学交通运输学院3. 河北水利电力学院4. 石家庄铁道大学土木工程学院5. 石家庄铁道大学材料工程学院

摘 要：为了解决肯尼亚当地骨料多孔、密度大给轨枕用混凝土施工带来的粘稠度大、大气泡难以排出、潜在的耐久性隐患等问题,本实验在聚羧酸减水剂高减水和低吸附性优化的基础上,选用改性松香热聚物引气剂、十二烷基磺酸钠引气剂和三萜皂苷引气剂三种不同类型的引气剂来进一步降低新拌混凝土的粘稠度,并通过X射线计算机断层扫描技术（X-CT）、扫描电镜（SEM）和气泡间距测定仪来表征硬化后混凝土内部多孔骨料分布、孔隙分布以及骨料与浆体之间的界面过渡区。结果表明:三种引气剂掺入后,都可以改善新拌混凝土的状态,随掺量增加新拌混凝土的流动性略有增加,粘度明显下降;在掺量相同时,三种引气剂改善粘度的效果有很大差异,说明三种引气剂与多孔骨料的作用不同。三萜皂苷引气剂是一种非离子型表面活性剂,当其溶于水后形成两种基团的排列,可显著降低骨料气孔中气体和液体间的表面张力,使拌合水更容易浸润骨料孔隙,偏于排气;改性松香热聚物引气剂主要是可降低拌合水的表面张力,而骨料微孔中的气体表面张力降低有限;十二烷基磺酸钠引气剂在水溶液中易于吸附至固体颗粒表面,也容易吸附到多孔骨料表面,导致骨料内部的气泡难以排除。与其他两种引气剂相比,三萜皂苷引气剂的掺入能有效降低新拌多孔骨料混凝土的粘度和骨料自身孔的表面张力,便于气泡排出,使轨枕用混凝土的外观质量得到显著改善,气泡间距测定法也探明硬化后混凝土内部的气泡间距显著缩小。轨枕钻心取样后的X-CT和SEM测试表明骨料在纵向分布匀质性好,内部孔隙数量少,无宏观大缺陷。通过对比多孔骨料与致密玄武岩骨料的界面区特征发现:多孔骨料不仅表面粗糙,而且表面和内部都有一定的孔隙,粗糙的表面与浆体之间的机械咬合力较强;骨料表面存在大量的微孔,不仅易吸附水,而且在微孔内可以涵水,这对混凝土的工作性不利,尤其对低水胶比的轨枕用混凝土而言,表面微孔吸水可促进骨料周围浆体的水化,在外界相对湿度较低时,微孔的涵水又能释放出来,有利于二者之间界面过渡区的强化,这归结为多孔骨料的微泵效应和机械咬合力强化效应。此外,X-CT也证实多孔骨料中的粗大孔隙被浆体充填,产生了"销钉"效应,强化了骨料自身密实性,也在一定程度上降低了骨料内部孔隙潜在的孔隙连通性问题。总之,肯尼亚当地的多孔骨料在混凝土中显现的微泵效应、机械咬合力强化效应以及粗大孔隙的充填"销钉"效应弥补了其自身不足,可被用于当地轨枕预制结构中。

关键词：多孔玄武岩骨料;轨枕;混凝土;引气剂;微观结构;X-CT;气泡特征参数;