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        凍融循環(huán)作用下GO-RC界面過(guò)渡區(qū)的微觀(guān)力學(xué)性能

        2020-03-12 04:56:16馬浩輝楊豐碩趙庭鈺
        建筑材料學(xué)報(bào) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:壓痕凍融循環(huán)水化

        郭 凱, 馬浩輝, 楊豐碩, 趙庭鈺

        (沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110168)

        在低溫環(huán)境下,混凝土微孔隙中的水分受到正負(fù)溫度的交替作用,會(huì)出現(xiàn)體積膨脹-收縮的周期性變化,最終導(dǎo)致微孔隙內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力.拉應(yīng)力的長(zhǎng)期作用會(huì)使混凝土開(kāi)裂、表面漿體剝落、露出骨料,破壞其強(qiáng)度和耐久性.因此,在中國(guó)廣大的北方地區(qū)特別是東北地區(qū),抗凍融循環(huán)性能是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的指標(biāo).

        為了提高混凝土的力學(xué)性能以及耐久性,可以加入氧化石墨烯(graphene oxide,GO)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化.GO不僅可以對(duì)水泥基材料起到增強(qiáng)增韌作用[1-2],在相同的凍融循環(huán)條件下,還可以降低再生混凝土(recycled concrete,RC)構(gòu)件的質(zhì)量損失率[3].已有研究主要針對(duì)混凝土的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能,尚缺乏凍融循環(huán)作用下混凝土界面過(guò)渡區(qū)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和微觀(guān)力學(xué)性能變化的研究.混凝土的骨料、水泥漿體和界面過(guò)渡區(qū)3個(gè)基本相中,界面過(guò)渡區(qū)雖然體積占比不大,卻是水灰比較高的多孔區(qū)域,是混凝土典型的薄弱區(qū)域[4-6].再生混凝土的界面過(guò)渡區(qū)則更為復(fù)雜,吸水率更高,更容易發(fā)生凍融循環(huán)破壞.由于傳統(tǒng)研究方法的局限,對(duì)再生混凝土界面過(guò)渡區(qū)力學(xué)性能的研究十分有限.隨著納米壓痕技術(shù)的出現(xiàn),能夠在水泥基材料表面產(chǎn)生納米精度的壓點(diǎn)與壓入深度,直接測(cè)量界面過(guò)渡區(qū)的納觀(guān)力學(xué)性能[7-9].

        圖1為再生混凝土界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖.在凍融循環(huán)作用下再生混凝土的骨料-新砂漿(aggregate-new mortar,AG-NM)、新砂漿-舊砂漿(new mortar-old mortar,NM-OM)和骨料-舊砂漿(aggregate-old mortar,AG-OM)界面過(guò)渡區(qū)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和微觀(guān)力學(xué)性能都會(huì)發(fā)生變化,但AG-OM界面過(guò)渡區(qū)水化齡期長(zhǎng),水化產(chǎn)物已穩(wěn)定,可認(rèn)為此界面力學(xué)性質(zhì)不受氧化石墨烯的影響.因此,本文采用納米壓痕技術(shù),對(duì)凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯再生混凝土(graphene oxide recycled concrete,GO-RC)和普通再生混凝土(ordinary recycled concrete,ORC)中AG-NM以及NM-OM界面過(guò)渡區(qū)進(jìn)行了研究,為GO-RC的抗凍融循環(huán)性能提供基礎(chǔ)依據(jù).

        圖1 再生混凝土界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of interface structure of recycled concrete

        1 試驗(yàn)材料

        1.1 材料參數(shù)

        氧化石墨烯基本參數(shù)見(jiàn)表1;水泥(C)為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥;細(xì)集料(S)為細(xì)度模數(shù)2.90的中砂;再生骨料(RA)由沈陽(yáng)建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室廢棄構(gòu)件經(jīng)人工破碎篩分得到,粒徑分布為5~ 20mm,基本參數(shù)見(jiàn)表2;拌和水(W)為自來(lái)水;減水劑為普通高效聚羧酸減水劑;再生混凝土配合比見(jiàn)表3.

        表1 氧化石墨烯基本參數(shù)

        表2 再生骨料基本參數(shù)

        表3 混凝土配合比

        1.2 氧化石墨烯的分散

        氧化石墨烯直接溶解在水中會(huì)發(fā)生“絮凝”,無(wú)法充分在水中擴(kuò)散,導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)品性能不穩(wěn)定.聚羧酸減水劑能與氧化石墨烯形成共聚物,在水中分散形成懸浮液,試驗(yàn)以此來(lái)制定氧化石墨烯分散制度.

        (1)燒杯內(nèi)加入定量氧化石墨烯溶液及聚羧酸減水劑進(jìn)行磁力攪拌,設(shè)定轉(zhuǎn)速為1500r/min,攪拌時(shí)間為10min,托盤(pán)加熱溫度控制為20℃.

        (2)將攪拌后的燒杯放置在超聲波分散器中,分散器水位控制在溶液高度的80%左右,設(shè)定超聲溫度為20℃,超聲分散時(shí)間為20min,最后采用3mm微柵網(wǎng)的透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀(guān)測(cè)(見(jiàn) 圖2),以確保氧化石墨烯的分散效果.

        圖2 分散完成的氧化石墨烯和TEM圖像Fig.2 Diagram of dispersed graphene oxide and TEM

        2 受壓力學(xué)性能

        根據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求,澆筑尺寸為100mm×100mm×100mm的試件用于28d抗壓強(qiáng)度測(cè)試和尺寸為100mm×100mm×400mm的試件用于凍融循環(huán)測(cè)試,再生粗骨料取代率(1)本文涉及的取代率、摻量等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù).100%,設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40,每組6個(gè)試件,其中氧化石墨烯摻量為0%和0.06%的試件各3個(gè).棱柱體試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后采用KDR-V9型快速凍融循環(huán)機(jī)進(jìn)行100次凍融循環(huán),再使用NYL-2000D型混凝土剛性試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試件的抗壓強(qiáng)度,使用電子秤(精度為0.01g)測(cè)試試件的質(zhì)量損失率,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.由表4可見(jiàn):摻入氧化石墨烯使得再生混凝土在常溫狀態(tài)和凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度均得到了提高,凍融循環(huán)作用下的質(zhì)量損失率有所降低.

        表4 試件抗壓強(qiáng)度及質(zhì)量損失率

        3 界面過(guò)渡區(qū)微觀(guān)力學(xué)性能

        3.1 樣品制備

        澆筑試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后,使用快速凍融循環(huán)機(jī)進(jìn)行100次凍融循環(huán),試件外形如圖3所示.將經(jīng)歷凍融循環(huán)作用后的試件切割成尺寸為18mm× 18mm× 18mm 的立方體,再用無(wú)水乙醇浸泡24h以終止水化,然后用環(huán)氧樹(shù)脂將其包埋固定;選擇一個(gè)平整的面,依次用250#、400#、1500#和2500#砂紙打磨樣品表面,選用0.6、0.3、0.1μm的油基金剛石顆粒懸浮拋光液分別進(jìn)行拋光,每次拋光后均采用超聲波清洗機(jī)清洗表面4min;最后用專(zhuān)用拋光乳液拋光1h,超聲波清洗7min,得到滿(mǎn)足納米壓痕試驗(yàn)要求的試件,如圖4所示.

        圖3 經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后的試件外形Fig.3 Sample after 100 freeze-thaw cycles

        圖4 打磨拋光后的試件Fig.4 Polished sample

        3.2 試驗(yàn)方法

        壓痕試驗(yàn)是在維氏硬度測(cè)試方法的基礎(chǔ)上,通過(guò)1個(gè)特定形狀以及尺寸的壓頭壓入被測(cè)物體的表面,壓入過(guò)程中通過(guò)傳感器記錄荷載-位移曲線(xiàn).根據(jù)被測(cè)物體材料以及測(cè)試項(xiàng)的不同,設(shè)定不同的測(cè)試參數(shù),例如壓入速度、最大壓入深度等來(lái)分析其力學(xué)性質(zhì).圖5為典型納米壓痕荷載-位移(P-h)曲線(xiàn),其中hf為完全卸載后的殘余壓痕深度,Pmax為最大荷載,hmax為最大壓痕深度.通過(guò)連續(xù)尺度的力學(xué)模型,可以采用式(1)~(4)計(jì)算被測(cè)位置處的彈性模量以及硬度.

        圖5 典型納米壓痕加載卸載荷載-位移曲線(xiàn)Fig.5 Typical nano-indentation loading and unloading P-h curve

        (1)

        (2)

        (3)

        式中:S為接觸剛度,一般采用曲線(xiàn)50%~90%部分段進(jìn)行擬合;β為壓頭校正系數(shù),由于不同壓頭對(duì)應(yīng)不同的系數(shù),本試驗(yàn)選用正三棱錐Berkovich壓頭,β為1.034;Ac為壓痕過(guò)程中壓頭與被測(cè)物之間的接觸面積,mm2.

        對(duì)于各相均質(zhì)材料,其彈性模量與硬度之間存在如下關(guān)系:

        (4)

        式中:Ei和vi為壓頭材料的彈性模量和泊松比,本文Ei和vi分別為1141GPa和0.07;v為測(cè)試材料的泊松比.

        試驗(yàn)中,前20s以100mN/s的恒定速率加載至2000mN,再保持10s以消除壓頭對(duì)混凝土徐變的影響,然后以同樣的速率卸載,最終完成1次加卸載過(guò)程.Ulm等[10]和Trtik等[11]研究了壓痕相互影響的區(qū)域范圍,認(rèn)為要避免相鄰壓點(diǎn)之間的相互影響,一般2個(gè)壓點(diǎn)間距應(yīng)取為10μm及以上,以保證試驗(yàn)的精確性.本次試驗(yàn)在界面過(guò)渡區(qū)隨機(jī)選擇5個(gè)壓痕區(qū)域,每個(gè)區(qū)域有10個(gè)壓點(diǎn),組成5×10的壓點(diǎn)陣列,壓點(diǎn)間距均為10μm.

        3.3 結(jié)果與分析

        3.3.1凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)AG-NM界面過(guò)渡區(qū)彈性模量影響

        在圖6所示的位置進(jìn)行壓痕試驗(yàn),再計(jì)算出試驗(yàn)組彈性模量,如圖7所示.

        圖6 再生混凝土AG-NM界面壓痕位置圖Fig.6 AG-NM interfacial indentation location diagram of recycled concrete

        圖7 凍融循環(huán)作用下再生混凝土和氧化石墨烯再生混凝土AG -NM界面過(guò)渡區(qū)彈性模量分布圖

        由圖7(a)可見(jiàn):RC組試件隨著壓點(diǎn)位置與骨料距離的增大,彈性模量出現(xiàn)“陡降”,在距離再生骨料大約40μm處曲線(xiàn)變緩;在距離再生骨料大約60μm段彈性模量到達(dá)最低值,約為8.22GPa;隨著距離的繼續(xù)增大,彈性模量開(kāi)始慢慢增大,最后數(shù)值穩(wěn)定于21.00GPa左右.由于再生骨料相成分復(fù)雜,所以測(cè)得曲線(xiàn)上的彈性模量值離散性較大,這與其他學(xué)者的相關(guān)研究結(jié)論基本一致[12].由圖7(b)可見(jiàn):GO-RC組試件曲線(xiàn)變化趨勢(shì)與RC組較為相似,在距離骨料 60~ 70μm 處彈性模量達(dá)到最低值,約為24.00GPa,隨后進(jìn)入砂漿區(qū)域,彈性模量約為32.30GPa.對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出,2組試件經(jīng)過(guò)100次凍融循環(huán)作用后,骨料相的彈性模量平均值變化不大,在界面過(guò)渡區(qū)域內(nèi)GO-RC組試件的界面效應(yīng)較小,彈性模量平均值較RC組提高約17.74%.2組試件的彈性模量曲線(xiàn)整體數(shù)值分布都較為離散,這可能與凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)有部分混凝土進(jìn)一步的水化反應(yīng)有關(guān).

        3.3.2凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)AG-NM界面過(guò)渡區(qū)水化產(chǎn)物影響

        表5為納米壓痕彈性模量參考值.采用統(tǒng)計(jì)納米壓痕理論,按照表5對(duì)彈性模量分布圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出各物相的概率分布圖和體積分?jǐn)?shù)對(duì)比圖,如圖8、9所示.由圖8、9可見(jiàn):RC組試件在0~ 10GPa 段,孔隙相體積分?jǐn)?shù)相比于普通環(huán)境下有所提高,約為27.25%[13-14].Luo等[15]和Litvan[16]研究認(rèn)為,凍融循環(huán)作用下混凝土中微裂縫逐漸增多,30μm以?xún)?nèi)的毛細(xì)孔數(shù)量提高,微結(jié)構(gòu)逐漸疏松,這就導(dǎo)致了納米壓痕物相分析中彈性模量低于 10GPa 的區(qū)域相應(yīng)增加.GO-RC組孔隙相體積分?jǐn)?shù)大約為20%,在彈性模量35~45GPa段,GO-RC組高密度水化硅酸鈣相(HD C-S-H)、低密度水化硅酸鈣相(LD C-S-H)體積分?jǐn)?shù)為17.64%和30.88%,較RC組增加約7.02%、10.11%.這種提高可以歸因于氧化石墨烯的“核效應(yīng)”及“模板作用”,即氧化石墨烯、碳納米管等納米材料在參與水化時(shí)可以吸附水泥中的活性成分,與其表面的含氧基團(tuán)反應(yīng)形成水化晶體生長(zhǎng)點(diǎn)[2,17],從而提高水泥基材料的微觀(guān)性能.但對(duì)比普通環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果[13-14],凍融循環(huán)后氧化石墨烯對(duì)GO-RC過(guò)渡區(qū)高密度水化物體積分?jǐn)?shù)的提高作用略低于非凍融循環(huán)環(huán)境,并且這種現(xiàn)象在NM-OM界面過(guò)渡區(qū)也同樣存在,一方面是由于孔隙相體積分?jǐn)?shù)大幅提高導(dǎo)致高密度水化物在內(nèi)的其他相的體積占比均有所降低;另一方面,有可能是氧化石墨烯具有較好的保水性,使得GO-RC微孔隙中水含量會(huì)略高于一般混凝土試件,所以其受凍融循環(huán)的影響也會(huì)略大.在 圖8 中還可以看出,2組試件有部分彈性模量100GPa左右的物相存在,這是水化不充分的熟料或雜質(zhì).

        表5 納米壓痕彈性模量參考值

        圖8 凍融循環(huán)作用下AG -NM界面區(qū)各物相概率分布圖Fig.8 Phase probability distribution of AG -NM interfacial transition zone under freeze-thaw action

        圖9 凍融循環(huán)作用下AG-NM界面各物相體積分?jǐn)?shù)對(duì)比圖Fig.9 Comparison diagram of phase volume fraction of AG -NM interfacial transition zone under freeze-thaw cycle

        3.3.3凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)AG-NM界面過(guò)渡區(qū)寬度影響

        根據(jù)彈性模量變化趨勢(shì),定義RC界面區(qū)的分布區(qū)域,用界面區(qū)寬度來(lái)表示.在復(fù)合材料中,界面過(guò)渡區(qū)是2個(gè)組成相,即砂漿和骨料顆粒之間的橋梁,對(duì)混凝土剛度和彈性模量有很大影響[21],其寬度大小則與材料的宏觀(guān)性能有著必然的聯(lián)系.以骨料位置的高彈性模量為基準(zhǔn),隨著測(cè)點(diǎn)移動(dòng)距離的增加,彈性模量開(kāi)始減小至最小值,隨后進(jìn)入砂漿區(qū),彈性模量緩慢增大.根據(jù)彈性模量數(shù)據(jù)圖插值計(jì)算,能夠確定一個(gè)區(qū)間范圍來(lái)定義為界面區(qū)寬度.圖10(a)為凍融循環(huán)作用下AG-NM界面彈性模量分布圖,圖10(b)為凍融循環(huán)作用下AG-NM界面過(guò)渡區(qū)硬度分布圖.由圖10可見(jiàn):GO-RC組界面效應(yīng)較小,與砂漿區(qū)域的彈性模量差別不大,寬度約為20μm;RC組界面效應(yīng)較強(qiáng),在45~ 75μm 處有明顯的界面區(qū)特征,界面寬度約為30μm;氧化石墨烯能夠削弱RC的界面效應(yīng),提高界面區(qū)的彈性模量,改善RC的微觀(guān)力學(xué)性能.

        圖10 凍融循環(huán)作用下AG-NM界面過(guò)渡區(qū)寬度圖和硬度分布圖

        3.3.4凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)AG-NM界面過(guò)渡區(qū)硬度影響

        根據(jù)圖10(b)對(duì)凍融循環(huán)作用下RC的AG-NM界面進(jìn)行壓入硬度分析.由圖10(b)可見(jiàn):骨料區(qū)域的壓入硬度大約為25.00GPa,骨料相的壓入硬度在經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后幾乎沒(méi)有變化,加入氧化石墨烯后骨料相的硬度同樣未發(fā)生改變,說(shuō)明凍融循環(huán)基本對(duì)骨料無(wú)破壞作用,其對(duì)RC力學(xué)性能的劣化主要集中在界面過(guò)渡區(qū)和砂漿區(qū)域,并且氧化石墨烯也不能增強(qiáng)骨料相強(qiáng)度.隨著測(cè)點(diǎn)與骨料距離增大,硬度曲線(xiàn)與彈性模量曲線(xiàn)相似,開(kāi)始出現(xiàn)“陡降”現(xiàn)象,很快降至 1.00GPa 左右;大約在距離骨料60μm處硬度開(kāi)始回升,最終穩(wěn)定于1.65GPa左右.按照硬度曲線(xiàn)的“階躍”現(xiàn)象以及砂漿區(qū)域硬度來(lái)定義界面區(qū)寬度,也可以得到與上文彈性模量研究基本一致的結(jié)果,說(shuō)明硬度曲線(xiàn)也可以用來(lái)定義界面區(qū)寬度,但是相比于骨料相,砂漿的硬度平均值較小,產(chǎn)生相對(duì)誤差的可能性會(huì)較高.對(duì)于GO-RC組試件來(lái)說(shuō),硬度值大約在60μm處達(dá)到最低,約為0.91GPa;隨后緩慢增長(zhǎng),最終穩(wěn)定于1.97GPa左右,界面區(qū)硬度值較RC組提高60.8%.

        3.3.5凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)NM-OM界面過(guò)渡區(qū)彈性模量影響

        圖11 再生混凝土NM-OM界面壓痕位置Fig.11 NM-OM interfacial indentation location diagram of recycled concrete

        在圖11所示的位置進(jìn)行納米壓痕試驗(yàn).由 圖11 可見(jiàn):在經(jīng)歷100次凍融循環(huán)作用后,GO-RC組的骨料-砂漿處連接相對(duì)完整,裂縫較少.圖12為凍融循環(huán)作用下RC NM-OM界面區(qū)彈性模量分布圖, 圖13 為凍融循環(huán)作用下GO-RC NM-OM界面過(guò)渡區(qū)彈性模量分布圖.由圖12、13可見(jiàn):RC組界面效應(yīng)明顯,圖形呈“凹”型,變化趨勢(shì)與普通環(huán)境下大致一致,但彈性模量值有所下降;在20~45 μm段,彈性模量平均為14GPa.對(duì)于GO-RC組來(lái)說(shuō),整體界面效應(yīng)較小,彈性模量曲線(xiàn)整體上趨于平緩,分析計(jì)算數(shù)據(jù)得出彈性模量值較RC組提高14.79%.

        圖12 凍融循環(huán)作用下RC NM-OM界面區(qū)彈性模量分布圖Fig.12 Distribution map of elastic modulus in interfacial transition zone of RC NM-OM under freeze-thaw cycle

        圖13 凍融循環(huán)作用下GO-RC NM-OM界面過(guò)渡區(qū) 彈性模量分布圖Fig.13 Distribution map of elastic modulus in interfacial transition zone of GO-RC NM-OM under freeze-thaw cycle

        3.3.6凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)NM-OM界面過(guò)渡區(qū)水化產(chǎn)物影響

        基于彈性模量壓點(diǎn),根據(jù)各物相本質(zhì)力學(xué)性能相關(guān)信息,分析各個(gè)物相的相對(duì)頻率,計(jì)算各物相的概率分布,對(duì)所在區(qū)域做面積計(jì)算得出相應(yīng)的體積分?jǐn)?shù),用體積分?jǐn)?shù)的變化來(lái)表征氧化石墨烯相關(guān)影響.圖14為凍融循環(huán)作用下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)各物相概率分布圖.圖15為凍環(huán)作用下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)各物相體積分?jǐn)?shù)對(duì)比.

        圖14 凍融循環(huán)作用下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)各物相概率 分布圖Fig.14 Phase probability distribution of NM-OM interfacial transition zone under freeze-thaw cycle

        圖15 凍融循環(huán)作用下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)各物相體積 分?jǐn)?shù)對(duì)比Fig.15 Comparison diagram of phase volume fraction of NM- OM interfacial transition zone under freeze-thaw cycle

        由圖14、15可見(jiàn):在0~10GPa段,RC孔隙相體積分?jǐn)?shù)為28.39%,高于GO-RC的19.58%;在25~35GPa段,RC高、低密度水化硅酸鈣相體積分?jǐn)?shù)分別為25.89%和33.81%,GO-RC為40.00%和32.00%,GO-RC的高密度水化硅酸鈣相體積分?jǐn)?shù)相對(duì)于RC提高了14.11%,氫氧化鈣(CH)相體積也有少量增加.對(duì)比NM-OM和AG-NM 2個(gè)界面的物相體積分布可以發(fā)現(xiàn),凍融循環(huán)后GO-RC組NM-OM界面過(guò)渡區(qū)的高密度水化產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)要略高于A(yíng)G-NM界面過(guò)渡區(qū),其中水化硅酸鈣相最為明顯.可以看出,氧化石墨烯在新舊水泥砂漿之間的“核效應(yīng)”要略?xún)?yōu)于其在骨料與砂漿之間.

        3.3.7凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)NM-OM界面過(guò)渡區(qū)寬度影響

        結(jié)合上文相關(guān)研究,對(duì)凍融循環(huán)環(huán)境下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)寬度進(jìn)行表征,對(duì)彈性模量分布圖進(jìn)行插值計(jì)算,如圖16所示.由圖16可見(jiàn):RC的界面區(qū)寬度大約為40μm,且界面區(qū)內(nèi)彈性模量平均值為14.51GPa;GO-RC界面區(qū)寬度大約為30μm,界面區(qū)彈性模量平均值為24.50GPa,較RC提高68.8%,界面區(qū)寬度減小25%.

        圖16 凍融循環(huán)作用下NM-OM界面過(guò)渡區(qū)寬度圖Fig.16 Width diagram of NM-OM interfacial transition zone under freeze-thaw cycle

        圖17 凍融循環(huán)作用下NM-OM界面硬度分布圖Fig.17 Hardness distribution map of NM-OM interfacial transition zone of recycled concrete under freeze- thaw cycle

        3.3.8凍融循環(huán)作用下氧化石墨烯對(duì)NM-OM界面過(guò)渡區(qū)硬度影響

        對(duì)壓痕試驗(yàn)的壓入硬度進(jìn)行分析、繪制硬度分布圖,如圖17所示.

        由圖17可見(jiàn):在0~30μm段,隨著測(cè)試點(diǎn)與舊砂漿距離的增大,硬度值開(kāi)始降低,在大約30μm處達(dá)到最低值,RC為0.11GPa,GO-RC的硬度值為0.41Gpa;隨著距離的繼續(xù)增加,試件的硬度值均開(kāi)始上升,在30~60μm段內(nèi)上升趨勢(shì)大致相同,而在60~80μm段,GO-RC的硬度分布圖斜率較大,后逐漸趨于平緩,大約穩(wěn)定于1.94GPa;RC在 70μm 處逐漸平緩,硬度值穩(wěn)定于1.32Gpa;GO-RC硬度值提高43.02%,其中在界面過(guò)渡區(qū)段硬度值提高42.11%.可以看出,雖然凍融循環(huán)作用下再生混凝土的過(guò)渡區(qū)受到劣化作用,導(dǎo)致其微觀(guān)力學(xué)性能下降,但氧化石墨烯提高了界面過(guò)渡區(qū)及水泥砂漿中高密度水化產(chǎn)物的占比,仍使得此區(qū)域具有較高硬度,減少了凍融循環(huán)的影響.

        4 結(jié)論

        (1)摻加氧化石墨烯有效提高了RC的抗凍融循環(huán)性能.在經(jīng)歷了100次凍融循環(huán)作用后,GO-RC的抗壓強(qiáng)度高于RC,質(zhì)量損失率更低.

        (2)氧化石墨烯提高了RC界面過(guò)渡區(qū)高密度水化產(chǎn)物的數(shù)量,GO-RC在各界面過(guò)渡區(qū)的C-S-H、CH體積分?jǐn)?shù)均高于RC,孔隙相則更低,但這種強(qiáng)化效果比常溫狀態(tài)下低.

        (3)經(jīng)歷凍融循環(huán)作用后,GO-RC在A(yíng)G-NM、NM-OM界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)的彈性模量和硬度均高于RC,過(guò)渡區(qū)寬度更小,而且這種強(qiáng)化作用在NM-OM界面效果更為明顯.

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