目的
为研究膨胀剂和砂子含水率对预拌补偿收缩混凝土微观结构的影响，进行了预拌干料贮存期为 7d，5 种膨胀剂掺量（0%、4%、6%、8%和 10%），3 种砂子含水率（0.5%、1.0%和 1.5%）情况下的预拌料混凝土微观结构试验。
前言
喷射混凝土支护是矿山巷道最主要的支护方式。目前，在矿山巷道施工中，现场搅拌方式存在原材料计量不准确、混凝土质量差、粉尘浓度大等问题。针对这一现状，提出了预拌料混凝土技术,预拌料混凝土是指先将一定比例的水泥、砂子、石子等原材料均匀拌合在一起形成预拌干料，密封存放，在施工时加入一定量的水和外加剂进行施工的一种新型混凝土[4]。预拌料混凝土在地下施工时存在易开裂、抗渗性差等缺点，喷射前加入膨胀剂，能够改善喷射混凝土质量，使混凝土内部结构更加密实，提高其抗裂性能。
混凝土结构宏观力学性能的变化是其微观结构变化的结果。因此研究混凝土的微观结构和组成，是深入研究混凝土的力学性能的重要前提和方法。
本文从微观角度出发，观察预拌干料贮存期为 7d 时，预拌补偿收缩混凝土在不同膨胀剂掺量的微观结构形貌，并进行了孔隙率的测定，通过微观手段分析膨胀剂对预拌补偿收缩混凝土微观结构的影响。
准备
1 试验材料与试样准备
试验原材料为水泥、膨胀剂、粗细骨料、水。水泥选用八公山牌 P·O42.5 级普通硅酸盐
水泥；砂子选用淮河中砂；石子选用最大粒径为 10mm 的连续级配普通碎石；水选用自来水；膨胀剂选用 HCSA 高性能混凝土膨胀剂。
试验方法和试验仪器
混凝土强度为 C30、水胶比 0.48，取预拌干料贮存期为 7d，砂子含水率分别为 0.5%、1. 0%和 1.5%，HCSA 膨胀剂等量取代胶凝材料的 0%、4%、6%、8%、10%，制作立方体混凝土试块，并养护至 28d，将试块破碎为边长为 10mm×10mm×5mm，并烘干，进行扫描电镜检测。扫描电镜型号为 KYKY-2800B。制作边长为100mm×10mm×100mm 的混凝土试块，用可蒸发水含量法测定其孔隙率。
样品制备
取破碎的试块，选择平整的面作为扫描面，将试样固定，然后把试样放入扫描电镜中进70 行试验。
2 试验材料与试样准备
膨胀剂对预拌补偿收缩混凝土微观结构的影响，是因为改变了混凝土的内部组成。以砂子含水率 1.0%为例，分析预拌补偿收缩混凝土微观结构的变化。图 1 是预拌干料贮存期为7d，砂子含水率为 1.0%时，不同膨胀剂掺量的预拌补偿收缩混凝土的微观结构。
图 1 不同膨胀剂掺量的预拌补偿收缩混凝土微观形貌(1000×) (a)HCSA:0%; (b)HCSA:4%; (c)HCSA:6%; (d)HCSA:8%; (e)HCSA:10%
2.1 未掺膨胀剂时微观结构形貌分析
在图 1（a）中可以看到，混凝土内部存在大量孔洞，其直径为 1～5µm，孔洞周围分布着 C-S-H 凝胶和片状的 Ca(OH)2 晶体；同时可以发现有干缩裂缝的存在，其宽度为 1~2µm。
膨胀剂掺量为 0%时的预拌补偿收缩混凝土，其内部结构有明显尺寸的孔洞和微裂缝存在，水化产物不够密实。
2.2 膨胀剂掺量为 4%时微观结构形貌分析
在图 1（b）中可以看到，混凝土中有不规则的簇状 C-S-H 凝胶结构，且和片状的 Ca(OH)2晶体相互交织在一起，很难发现有微裂缝的存在，但仍然有少量孔洞的存在，孔洞周围是广泛分布的颗粒状水化物，孔洞的直径为 1~3µm，其尺寸比图 1（a）中的要小；混凝土以连续的或大块的水化产物凝胶体形式存在，没有发现分散相层片状产物，其混凝土结构与膨胀 剂掺量为 0%时的混凝土结构相比要密实了许多。
膨胀剂掺量为 6%时微观结构形貌分析
在图 1（c）中可以看到，混凝土中存在大量排列整齐蠕虫状 C-S-H 凝胶，C-S-H 凝胶基本将片状 Ca(OH)2 晶体包裹，凝胶和晶体间构成的微界面及内部大量空隙被填实，只有及少量孔洞存在，其直径为1~2µm，很难发现有明显尺寸的微裂缝存在，混凝土形成了较为均匀密实的连续体。通过比较孔洞和微裂缝的尺寸以及混凝土的密实程度，可以发现膨胀剂掺量在 6%时，要比膨胀剂掺量为 0%和 4%效果都好。
膨胀剂掺量为 8%时微观结构形貌分析
在图 1（d）中可以看到，混凝土中存在连接较好的 C-S-H 凝胶，没有明显尺寸的孔洞存在，但存在微裂缝，其宽度为 1～2µm。可以看出，膨胀剂掺量在 8%时，其混凝土结构要比膨胀剂掺量为 6%时候疏松。
膨胀剂掺量为 10%时微观结构形貌分析
在图 1（e）中可以看到，混凝土中有微裂缝和少量细小孔洞存在，微裂缝的宽度为 1～4µm，孔洞的直径为 1～2µm。可见，膨胀剂掺量在 10%时，其混凝土结构不如膨胀剂掺量 为 8%时密实。
分析
通过分析不同膨胀剂掺量的预拌补偿收缩混凝土微观形貌可以看出，随着膨胀剂掺量的增加，预拌补偿收缩混凝土中孔洞和原始微裂缝减少且尺寸变小，内部结构不断密实；膨胀 剂掺量为 6%时，混凝土中水化硅酸钙凝胶 C-S-H 能和片状 Ca(OH)2 晶体很好的结合在一起，
只有及少量且尺寸很小的孔洞存在，混凝土的结构较为密实；但当膨胀剂掺量超过 6%时，在混凝土中发现有微裂缝和细小孔洞的存在，随着膨胀剂掺量继续增加，其微裂缝和孔洞的尺寸也增加。
结论
当膨胀剂掺量为 0%到 6%时，随着膨胀剂掺量的增加，混凝土内部结构孔洞和微裂缝不断减少，C-S-H 凝胶和 Ca(OH)2 晶体间构成的微界面及内部大量空隙被填实，形成了较为均匀密实的连续体；当膨胀剂掺量为 8%和 10%时，混凝土内部会产生由于膨胀性能过大引起的新微裂缝，混凝土的孔隙率增加，密实度下降。随着预拌干料含水率的增加，混凝土中 C-S-H 凝胶和 Ca(OH)2 晶体的粘结性逐渐下降，孔洞的数量增加，导致孔隙率增大，密实度下降。
本文摘自中国科技论文在线《膨胀剂和含水率对预拌补偿收缩混凝土微观结构的影响与分析》
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金优先发展领域课题（No.20133415130001）
作者简介：张阳阳（1990-），男，硕士研究生，主要从事混凝土材料微观结构方面的研究
通信联系人：马芹永（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事混凝土结构与材料方面的研究. E-mail: qymaah@126.com; qyma@aust.edu.cn
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