（材料学专业论文）水泥石热变形性能试验研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着混凝士技术的发展，大体积混凝土和超长结构混凝土时有出现。在大体积混凝土中， 由于水化热和各种环境辐射热量引起混凝土内部温度升高，在降温过程中引起的热变形如果 受到结构限制，会引起开裂等缺陷，影响结构性能。在大型桥梁、隧道等超长混凝土结构中， 一些冬夏温差变化较大的地区，由于温度变化引起的结构热胀冷缩，有时会造成结构破坏。 本文研究了水泥石线性热膨胀系数的测试方法，并针对本试验方法制定了相关的试验制 度。通过该方法，系统研究了水泥石线性热膨胀系数的影响因素，包括温度、水灰比、龄期、 湿含量、掺台料、配合比等。研究表明：水泥石的线性热膨胀系数随着温度升高而增大，满 足线性关系；随着龄期的增长而增大，满足对数关系；随着水泥石水灰比的增大而减小，满 足对数关系。矿物掺合料可以使水泥石的线性热膨胀系数减小，同时含有一定水分的水泥石 的线性热膨胀系数比干燥的要大。 水泥石由固相物质和孔隙组成，固相物质包括各种水化产物、未水化的水泥和其它掺和 料颗粒，而孔隙中包含水和空气。所以水泥石是固一液气三相多孔体。影响水泥石热变形 性能的因素包括：水泥石固相物质的成分及含量、水泥石的孔隙率及孔结构、水的含量和温 度等。其中固相物质的成分及含量主要由原材料配比和水化程度决定；而水化程度和孔结构 又由原材料配比和龄期决定；水的含量由孔结构和环境湿度决定。水泥石热膨胀系数随孔隙 率增大而减小，一般认为水泥石中的空气不影响水泥石的熟膨胀系数大小。 研究结果表明：各种因素对水泥石线性热膨胀系数的影响大小为：孔隙率 龄期 温度 湿含量。水泥石内部不同尺寸的孔隙中，大毛细孔对热膨胀系数的影响最大，且影响均比 较显著，气孔有一定影响，而小毛细孔和凝胶孔则对水泥石线性热膨胀系数没什么影响。 关键词：水泥石，线性热膨胀系数，测试方法，影响因素，机理 东南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n go fc o n c r e t et e c h n o l o g y , b u l kc o n c r e t ea n ds u p e r - l o n gs t r u c t u r a lc o n c r e t e a r e a l w a y sa d o p t e d i n c i v i l e n g i n e e r i n g i n t e r n a ls t r e s so c c u r sr e s u l t i n gf r o mt h ed i f f e r e n t t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n , w h i c hc a u s e db yh y d r a t i o nh e a ta n dt h ev a r y i n ge n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r e c r a c ki si n e v i t a b l ew h e nt h ei n t e r n a ls t r e s se x c e e d st h eu l t i m a t et e n s i l es 仃e n g t ho f t h em a t e r i a l s ，w h i c ha f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo f c o n c r e t es t r u c t u r e i nt h i sp a p e r , t h et e s tm e t h o do f t h el i n e a rt h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t ( a sl t e c ) o f h a r d e n e d c e m e n tp a s t ei ss t u d i e d i n f l u e n c ef a c t o r so ft h e r m a ld e f o r m a t i o na r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e ，w a t e rc e m e n tr a t i o ，a g e ，m o i s t u r ec o n t e n t , a d m i x t u r ea n dm i xr a t i o i tw a sf o u n dt h a t t h el t e ci n c r e a s e sw i t ha g i n g ，t e m p e r a t u r e r i s i n ga n dw m e v c e m e mr a t i od e c r e a s i n g t h e a d m i x t u r ec a l lm a k et h el t e co fc e m e n tp a s t es m i l e rt h a np u r ec e m e n tp a s t e t h em o i s t u r e c o n t e n ti nc e m e n tp a s t ee n l a r g e st h el t e c c e m e n tp a s t ei sa s s u m e dt oc o n s i s to ft h es o i d - - am i x t u r eo fh y d r a t i o np r o d u c t s ，a n h y d r a t e d c e m e n ta n da d m i x t u r e s - - a n dt h ep o r e sw h i c ha r ep a r t i a l l ys a t u r a t e db yw a t e ra n dd r ya i r t h e f a c t o r sa f f e c t i n gt h et h e r m a ld e f o r m a t i o no f c e m e mp a s t ea r ea sf o l l o w s ：t h ec o n s t i t u e n ti nc e m e n t p a s t ea n di t sc o n t e n td e t e r m i n e db ym i xr a t i oa n dd e g r e eo f h y d r a t i o n , t h ep o r es t r u c t u r ee f f e c t e d b ym i xr a t i oa n da g e ，t h ew a t e rc o n t e n td e t e r m i n e db yp o r es t r u c t u r ea n de n v i r o n m e n t a lh u m i d i t y ， t h et e m p e r a t u r e w ec a nc o n c l u d et h a tt h el t e cd e c r e a s ew i t hp o r o s i t yr i s i n g i tc o m e st ot h ec o n c l u s i o nt h a tt h e s ef a c t o b ，a c c o r d i n gt ot h ei m p o r t a n c e ，m a yb er a n k e da s p o r o s i t y , a g e ，t e m p e r a t u r e ，m o i s t u r ec o n t e n t b i gc a p i l l a r yh a se v i d e n te f f e c tf o rt h el t e co f c e m e n tp a s t e ，a n da i rp o r eh a ss o m ee f f e c t , t o o b u tt h ep o r e sw h i c hh a ss m a l l e rs i z ei si n e s s e n t i a l k e yw o r d s ：c e m e n tp a s t e ，c o e f f i c i e n to fl i n e a rt h e r m a le x p a n s i o n , t e s tm e t h o d ，i n f l u e n c ef a c t o r , m e c h a n i s m 东南大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 材料的热膨胀 第一章绪论 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。一般地说，温度升高，体积 增大；温度降低，体积缩小。这就是所谓的热胀冷缩现象。不同物质的热膨胀特性是不同的， 有的物质随温度变化有较大的体积变化，而另一些物质则相反。即使同一种物质，如果晶体 结构不同，也将有不同的热膨胀性能【“1 。 1 1 1 热膨胀系数 假设物体原来的长度为厶，温度升高r 后长度增加量为，则有： 等= q 凹， 啦称为线性热膨胀系数，也就是温度升高1 时，物体的相对伸长。实际上，固体材 料的并不是一个常数，而是随温度稍有变化，通常随温度升高而增大【“】。一般用平均线 性热膨胀系数表示材料的热膨胀性能。假定试样在温度瓦时的长度为i o ，升高到温度t 长度变为z ，则试样在瓦一丁范围内的平均线性热膨胀系数匾定义为 磊：三 当造姜：三尝( 1 2 ) 嘶一i 两一i 面。 平均线性热膨胀系数表示物体在该温度范围内，温度每平均升高1 个单位，长度的相应 变化量。表1 1 为几种物质的平均线性热膨胀系数【1 s l 。 类似的，材料的平均体积膨胀系数口可表示为： 万：当箕( 1 3 ) k r 对于各向同性的材料，存在如下关系式 口= 3 口( 1 4 ) 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 表1 1 几种物质的平均线性热膨胀系数【1 棚 物质 厩( 1 0 。) 物质 厩( 1 0 ) 花岗岩 7 9 m g 2 7 3 玄武岩 6 - - 8a 12 3 8 砂岩 1 1 1 2铸铁1 0 5 1 2 自云岩7 1 0玻璃09 石英岩1 l 一1 3混凝土 7 4 1 3 1 大理岩4 7砂浆 1 0 1 1 8 5 石灰岩 6 8 水泥石 1 1 - - 2 0 热膨胀系数是材料的重要性能参数之一，髓着精密机械、精密仪器及测试技术的发展， 由于温度变化引起被加工和被测量对象的热变形对加工精度和测量精度的影响己越来越引 起人们的重视。对材料热膨胀系数的研究也越来越深入。 1 1 2 固体材料的热膨胀机理 固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中的质点间平均距离随温度升高而增大。可以 用双原子模型进行解释，如图l l 所示【1 】。设有两个原子，其中一个在b 点固定不动，另一 个以a 点为中心振动，振动的振幅用虚线l 和2 来表示。当温度由t l 升高到t 2 时，振幅便 相应地增大。温度上升引起振幅增大的同时，振动中心a 向右偏移，因此导致原子间距离增 大，产生膨胀。 噩) 五 图1 1 热膨胀双原子模型1 1 1 产生上述现象的原因在于原子之间存在相互作用力，这种作用力来自两个方面：一是异 性电荷的库仑引力；二是同性电荷的库仑斥力与泡利不相容原理所引起的斥力“，由泡利 不相容原理可知，当原子相互靠近时，原子核外电子轨道必然会发生重合，使得核外电子排 布违反了泡利不相容原理，造成原子之间有斥力产生。引力和斥力都和原子之间的距离有关， 它们的关系可用图1 2 作定性的表示1 1 “。在晶格振动中，由于斥力随原子间距的变化比引 力大，所以原子在平衡位置两侧，合力曲线的斜率是不相等的。设r o 为点阵的平衡位置， 当r r o 时，合力曲线斜率较小， 引力随位移的增大要慢一些。在这样的受力情况下，质点振动时的平衡位置就不在r o 处， 而要向右移。因此相邻质点间平均距离增加。温度越高，振幅越大，质点在r o 两侧受力不 2 东南大学硕士学位论文第一章绪论 对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离就增加得越多，宏观表现为 固体体积膨胀。 农 ；劬 、 ，距离， 引力 2 图1 2 晶体质点引力斥力曲线1 1 4 j 从点阵势能曲线的非对称性同样可以得到较具体的解释。如图1 3 所示【”】。当原子振 动通过平衡位置时只有动能，偏离平衡位置时，势能增加而动能减小。曲线上每一最大势能 都对应着两个原予最远和最近位置，线段中心，即原子振动中心的位置。原子振动中心以 a b 点线表示，显然，当温度上升，势能增高时，由于势能曲线的不对称必然导致振动中心 右移，即原子间距增大。 图1 3 双原子相互作用势能曲线”叫 1 1 3 影响膨胀性能的因素 ( 1 ) 相变的影响】 相变时，物质由一种状态转化成另一种状态，由于同种物质不同相的热膨胀系数存在如 下关系：固体 组3 组5 组4 。在水灰比相同的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，热膨胀系数减小。掺加膨胀 剂减小了水泥浆体的热膨胀系数。组4 的热膨胀系数最小，是因为水灰比增大引起的。 3 7 水的影响 以上是对干燥水泥石的热膨胀性能进行了一定的试验研究。但水泥基材料都是在水存在 的情况下工作的，所以有必要对水存在的影响做一定试验研究。 3 7 1 试验设计 试验使用p i l 5 2 5 水泥，水灰比为0 6 ，进行了烘干试样和未烘干试样的对比试验。测试 东南大学硕士学位论文第三章水泥石热变形性能影响因素研究 龄期为3 天、1 8 天、2 8 天。未烘干的样品测试了标准养护后的湿含量。 3 7 2 试验结果与分析 标准养护后直接进行热膨胀系数测试前的样品的湿含量见图3 1 4 所示。 2 5 2 0 芎1 5 删 缸1 0 测 5 0 051 01 52 02 53 0 龄期( d ) 图3 1 4 标准养护湿含量随龄期的变化 未烘干试样和烘干试样的对比试验结果如图1 1 5 所示。 1 6 1 5 01 4 1 3 号1 2 口1 1 1 0 9 3 04 05 06 07 0 t ( ) ( a ) 3 天 2 3 2 1 1 9 o1 7 i 5 1 3 2 2 2 0 p 誊1 8 ：1 6 a 王4 1 2 3 04 05 07 08 0 t ( ) 3 04 0 5 0 6 0 7 0s o t ( ) ( c ) 2 8 天 图1 1 5 湿含量对热膨胀系数的影响 由图1 1 5 可知，含有一定水分的水泥石的热膨胀系数比干燥的大。这是由于水分存在 东南大学硕士学位论文第三章水泥石热变形性能影响因素研究 时，水吸附在固体物质表面，而水的热膨胀系数比固体物质大1 0 倍左右嗍，所以半结合水 和层间水的存在，使得水泥石的热膨胀系数增大。 同时在同样养护条件下，随着龄期的增长水泥石孔隙率减小，导致湿含量减小，这就使 得水的膨胀作用对整个水泥石膨胀的影响减弱。所以从图1 1 5 上可以发现，随着龄期的增 长，标准养护的试样与干燥试样之间的差异有减小的趋势。 3 8 本章小结 ( 1 ) 水泥石线性热膨胀系数随温度升高而增大。 ( 2 ) 水泥石线性热膨胀系数随水灰比增大而减小。水灰比为0 6 、不同龄期的水泥石，其热 膨胀系数与龄期和温度的关系为( x 为龄期) ： 口= ( 一o 0 0 0 1 x 2 + o 0 0 9 9 x + o 0 4 4 5 ) ( t 3 5 卜2 0 9 7 2 l n ( x ) + 7 3 4 2 8 ( 3 ) 水泥石线性热膨胀系数随龄期增长而增大。龄期为3 天、不同水灰比的水泥石，其热 膨胀系数与水灰比和温度的关系为( x 为水灰比) ： 口= ( 0 1 2 8 2 x 2 - 0 1 5 7 3 x + 0 1 2 11 ) ( t - 3 5 ) - 7 3 1 4 2 x + 1 4 2 3 8 ( 4 ) 掺加粉煤灰和煤矸石可以减小水泥石的线性热膨胀系数，并且掺加粉煤灰比掺加煤矸 石的线性热膨胀系数要小。 ( 5 ) 含有一定水分的水泥石的热膨胀系数比干燥的大。 东南大学硕士学位论文第三章水泥石热变形性能影响因素研究 参考文献： 1 岳成军，王元化，王义杰材料物理性能【m 】哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2 0 0 3 1 6 3 3 2 田莳材料物理性能 m 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 4 2 3 0 2 5 6 3 陈树川，陈凌冰材料物理性能 m 】上海：上海交通大学出版社，1 9 9 9 2 5 2 2 7 1 4 熊兆贤材料物理导论【m 】北京：科学出版社，2 0 0 1 5 9 6 2 5 关振铎，张中太，焦金生无机材料物理性能 m 北京：清华大学出版社，2 0 0 1 1 1 9 1 3 1 6 丁凌凌粉煤灰混凝土耐久性的研究 j 1 铁道建筑2 0 0 5 ( 1 1 ) ：9 0 9 1 7 朱蓓蓉，杨全兵煤矸石掺合料对水泥浆体结构与性能的影响册低温建筑技术2 0 0 5 ( 2 ) ：1 - 3 8 郭成举混凝土的物理和化学d 哪北京：中国铁道出版社，2 0 0 4 3 4 3 3 4 7 东南大学硕士学位论文第四章水泥石热变形机理研究 4 1 前言 第四章水泥石热变形机理研究 硬化水泥浆体是一非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存 在于孔隙中的水和空气所组成，所以是固一液气三相多孔体。它外观和其他性能与天然石 材相似，因此通常又称之为水泥石【l 】o 当温度升高时，水泥石中的固相物质发生熟膨胀，其膨胀量与固相物质的成分及含量有 关。同时水泥石中的水受热，一方面水发生体积膨胀，增大了水泥石的整体膨胀，另一方面， 液态水蒸发，引起水泥石的干缩。水泥石中的空气也可以看作是一个相，由于空气的体积模 量非常小，对于膨胀系数的影响可以忽略【2 3 】。水泥石最终的热变形是多种变化的综合结果。 本章主要研究水和各种固相物质对水泥石热变形性能的影响，并分析各种因素的影响大 小。 4 2 水的影响 水泥基材料在工作环境中，内部必然会有水的存在。当温度升高时，水一方面发生体积 膨胀，增加了水泥石的整体膨胀量：另一方面水蒸发，引起水泥石的体积收缩。所以水对水 泥石线性热膨胀系数的影响是两种效应的综合结果。下面分别对这两种效应进行分析。 4 2 1 水泥石的湿胀干缩 硬化水泥浆体的体积随含水量而变。干燥使体积收缩，潮湿时则会发生膨胀。干缩和湿 胀大部分是可逆的。目前对于湿胀干缩的确切原因还有不同解释，一般认为与毛细孔张力、 表面张力、拆散压力以及层间水的变化等因素有关。一般认为，从较高相对湿度降低到4 0 或再稍低时，主要是毛细孔张力使浆体发生收缩，但也有拆散压力为主要原因的看法。当相 对湿度更低时，也就是只有在吸附水数量有所变化的范围内，表面能或者表面张力的改变， 方能对浆体湿胀干缩起主导作用。而相对湿度要到3 0 - 3 5 以下，层间水的多少才会起相当 的影响【“1 。 一般用湿胀千缩系数来评价水泥石的湿胀干缩性能。水泥石湿胀干缩系数可表示为【5 】：1 q 。：当! d ( 4 1 )吒2 _ 。一( 4 1 ) 1 0 u 式中：吒样品的湿胀干缩系数； “样品的失水量； 厶群品的初始长度； l 样品失水量为u 时的长度； 3 6 东南大学硕士学位论文第四章水泥石熟变形机理研究 其中：失水量u 定义为 甜：m - - m o 1 0 0 ( 4 2 ) 式中：u 一失水量5 m 广含水样品的质量5 m 口一样品的初始质量。 4 2 1 1 试验设计 试验采用小野田t 1 1 5 2 5 ，水灰比分别为0 4 、o 5 、0 6 ，成型样品的尺寸为 组3 组2 组4 组 l 组5 。由复合材料的理论可以判断所测试的几种材料的平均线性热膨胀系数大小存在如 下关系：c a ( o h h 粉煤灰 水泥 矿渣 水泥石 c s h 。 4 4 密实度的影响 通常结构紧密的物质比结构疏松的物质的熟膨胀系数要大【3 】。这是由于结构疏松的物 质，内部有很多孔隙，当物质受热膨胀时，部分膨胀量被孔隙所包容，使得宏观膨胀量少些。 水泥石内部有很多孔隙，按照孔径大小可以分为：气孔、毛细孔、凝胶孔。其中毛细 孔又可分为大毛细孔和小毛细孔 1 1 。孔隙率是表征水泥石密实度的一个非常重要的参数。 试验测试了水灰比为0 6 的水泥石不同龄期的孔隙率变化，研究孔隙率对热膨胀系数的影响。 4 4 1 试验设计 试验选择p i l 5 2 5 水泥，水灰比为0 6 的水泥石，龄期为3 天、1 8 天和2 8 天的试验进行 压汞试验，测试样品的孔结构。 4 4 2 试验结果及分析 试验结果如表4 6 和图4 1 5 所示。 东南大学硕士学位论文 第四章水泥石热变形机理研究 永 v 褥 毯 龄期( d ) 口 _ o 0 d 图4 1 5 水泥石孔隙率和热膨胀系数随龄期的发展规律 由以上试验结果可知，所研究的水灰比为0 6 的水泥石，其总孔隙率随龄期增长而减小。 其中气孔、大毛细孔和凝胶孔均随龄期增长而减少，而小毛细孔则出现先增多后减少的现象。 由于大毛细孔占总孔隙率的7 0 以上，所以是影响水泥石密实度重要参数，随着龄期 的增长，水泥石中大毛细孔减少，水泥石结构变得致密，使得水泥石的线性热膨胀系数增大。 4 5 机理分析 4 5 1 水泥石的组成 干燥的水泥石由固相物质和孔隙组成，固相物质包括各种水化产物、未水化的水泥颗粒 和其它掺和料。其中水泥水化产物包括c s h 、c a ( o h ) 2 、钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙等。 在充分水化的水泥浆体中，c s h 和c a ( o h h 占9 0 以上。 一般水泥石中除了固相物质存在之外，在孔隙中存在水和空气。水泥石是固一液气三 相多孔体。 弘驼拍私挖侣侣似惶伯8 6 4 2 0 东南大学硕士学位论文 第四章水泥石热变形机理研究 4 5 2 水泥石热变形性能影响机理 水泥石的热膨胀系数和其固相物质成分和含量有关，与其孔隙率有关，同时还与水的存 在有关。一般认为水泥石中的空气不影响水泥石的热膨胀系数大小。 水泥石热变形性能影响机理示意图见图4 1 6 所示。 图4 1 6 水泥石热变形性能影响机理示意图 影响水泥石热变形性能的因素包括：水泥石固相物质的成分及含量、水泥石的孔隙率及 孔结构、水的含量和温度等。其中固相物质的成分及含量主要由原材料配比和水化程度决定； 水的含量由孔结构和环境湿度决定。而水化程度和孔结构又由原材料配比和龄期决定。 研究表明，c s h 是一种线性热膨胀系数相对较小的物质；孔隙率较小的水泥石具有较 大的线性热膨胀系数；具有一定水分的水泥石的线性熟膨胀系数比干燥的大，但水泥石受热 过程中，水蒸发同时引起干燥收缩；水泥石的线性热膨胀系数随温度升高而增大。 4 5 3 典型相关分析 研究2 组变量之间的相关性，是许多实际问题的需要。例如，研究病人的各种临床症状 伍l 、x p ) 与所患各种疾病( y 1 、v q ) 之间的相关性；研究原料的主要质量指标 ( x l 、x p ) 与其相应产品的主要质量指标( y 1 、y c o 之间的相关性等等。当p = q = 1 时，就是2 个变量之间的简单相关分析问题；当p l 、q = l 时，就是1 个因变量与 多个自变量之间的多元相关分析问题；当p 、q 均大于1 时，就是研究2 组多变量之间的相 关性，称为典型相关分析( c a n o n i c a lc o r r e l a t i o n a n a l y s i s ) 1 7 1 。 s a s 是美国使用最为广泛的三大著名统计分析软件( s a s ，s p s s 和s y s t a t ) 之一， 是目前国际上最为流行的一种大型统计分析系统，被誉为统计分析的标准软件。下面用s a s 软件来分析水泥石线性热膨胀系数与其影响因素之间的相关性。考察的变量包括龄期a 、孔 隙率k 、湿含量h 、温度t 和线性热膨胀系数a 。分析数据如表4 7 所示。 5 1 东南大学硕士学位论文 第四章水泥石热变形机理研究 表4 7 典型相关分析数据源之一 定义变量v = f ( a ) ，变量w - - f ( a ，k ，h ，t ) ，首先分析v 和w 的相关性得到：变量 v 和w 得相关系数o 9 7 7 8 6 7 ，修正值o 9 7 7 5 6 0 ，标准误差o 0 0 3 5 8 6 ，相关系数平方为 o 9 5 6 2 2 4 ，所以变量v 和变量w 是肯定相关的。其次分析a 与v 的相关性以及a ，k ，h ， t 与w 的相关性。得与v 的相关系数为1 0 0 0o ；a ，k ，h ，t 与w 的相关系数分别为 0 7 3 5 8 ，0 8 2 6 9 ，0 2 6 3 5 ，0 5 8 5 1 。 从以上的分析结果可知，龄期、孔隙率、湿含量和温度对水泥石线性热膨胀系数的影响 大小为孔隙率 龄期 温度 湿含量。其中影响因子负值代表a 随空袭率的减小而增大。 东南大学硕士学位论文第四章水泥石热变形机理研究 同时为了了解各种尺寸的孔对热膨胀系数影响大小，分析水泥石线性热膨胀系数与其各 尺寸孔隙之间的相关性。考察的变量包括气孔a 、大毛细孔b 、小毛细孔c 、凝胶孔d 、湿含 量h 、温度t 和线性热膨胀系数口。分析数据如表4 8 所示。 表4 , 8 典型相关分析数据源之二 定义变量v - - f ( a ) ，变量w = f ( a ，b ，c ，d ，h ，t ) ，首先分析v 和w 的相关性得到： 变量v 和w 得相关系数0 9 7 9 4 9 8 ，修正值0 9 7 9 3 4 0 ，标准误差o 0 0 2 4 7 4 ，相关系数平方 为0 9 5 9 4 1 5 ，所以变量v 和变量w 是肯定相关的。其次分析a 与v 的相关性以及a ，b ，c ， d ，h ，t 与w 的相关性。得a 与v 的相关系数为1 0 0 00 ；a ，b ，c ，d ，h ，t 与w 的相关 东南大学硕士学位论文第四章水泥石热变形机理研究 系数分别为- 0 0 9 0 7 ，1 9 3 5 2 ，o 0 0 0 0 ，o 0 0 0 0 ，0 2 6 3 5 ，0 5 8 5 1 。 从以上的分析结果可知，各种尺寸的孔隙中，大毛细孔对热膨胀系数的影响最大，且影 响均比较显著，气孔有一定影响，而小毛细孔和凝胶孔则对水泥石线性热膨胀系数没什么影 响。 在一般情况下，我们希望水泥石的线性热膨胀系数越小越好。以上的研究结果，为我们 寻找减小水泥石线性热膨胀系数的方法提供了参考。 4 6 本章小结 ( 1 ) 水对水泥石热变形性能的影响存在两个方面，一方面水的存在增大了水泥石的热膨胀 系数；另一方面，水泥石受热过程中水分的蒸发引起水泥石干缩。水灰比为0 6 的水泥石， 随着龄期的增长，湿胀干缩系数增大。 ( 2 ) 研究的几种材料的平均线性热膨胀系数大小存在如下关系：c a ( o h h 粉煤灰 水泥 矿渣 水泥石 c s h 。 ( 3 ) 同一水灰比的水泥石的线性热膨胀系数随孔隙率的减小而增大。 ( 4 ) 龄期、孔隙率、湿含量和温度对水泥石线性热膨胀系数的影响大小为：孔隙率 龄期 温度 湿含量。 ( 5 ) 水泥石内部不同尺寸的孔隙中，大毛细孔对热膨胀系数的影响最大，且影响均比较显 著，气孔有一定影响，而小毛细孔和凝胶孔则对水泥石线性热膨胀系数没什么影响。 东南大学硕士学位论文第四章水泥石热变形机理研究 参考文献： 1 刘巽伯，魏金照，孙丽玲胶凝材料 m | 南京：东南大学出版社，2 0 0 4 5 6 7 7 2 郭成举混凝土的物理和化学m 北京：中国铁道出版社，2 0 0 4 3 4 3 3 4 7 3 关振铎，张中太，焦金生无机材料物理性能【m 】北京：清华大学出版社，2 0 0 1 1 1 9 1 3 1 4 申爱琴水泥与水泥混凝土 m 1 北京：人民交通出版社，2 0 0 0 8 7 1 0 5 5 & c e m y , j m a d e t a , j p l d e b r a d s k a , e ta 1 t h ee f f e c to f c o m p r e s s i v es t r e s so nt h e r m a la n dh y g r i c p r o p e r t i e so fp o r t l a n dc e m e n tm o r t a ri nw i d et e m p e r a t u r ea n dm o i s t u r er a n g e s j c e m e n ta n d c o n c r e t er e s e a r c h 2 0 0 0 ( 3 0 ) ：1 2 6 7 - 1 2 7 6 6 甘新平c s h 凝胶结构的探讨阴硅酸盐学报1 9 9 6 ，2 4 ( 6 ) ：6 2 9 6 1 4 7 胡良平现代统计学与s a s 应用 m 】北京：军事医学科学出版社，2 0 0 0 4 2 8 4 3 2 东南大学硕士学位论文 第五章结论与展望 第五章结论与展望 5 1 结论 本文对水泥石的热变形性能进行了研究，首先研究测试水泥石线性热膨胀系数的方法， 通过该方法，系统研究了水泥石线性热膨胀系数的影响因素，包括温度、水灰比、龄期、湿 含量、掺合料、配合比等。最后初步分析了水泥石热变形的机理。 在水泥石线性热膨胀系数测试方法及影响因素研究方面得到以下结论： ( 1 ) 本研究选择千分表式膨胀仪测试水泥石的线性热膨胀系数，测试时的升温速率控制在 4 0s ，6 0 “之间，记录的温度为3 0 c 、4 0 0 、5 0 ( 2 、6 0 c 、7 0 ( 2 、8 0 c 时的试验数据。 研究表明，所采用的测试水泥石线性热膨胀系数的方法是稳定的、可重复的。 ( 2 ) 水泥石线性热膨胀系数随温度升高而增大，这与材料热膨胀系数随温度的变化规律是 一致的。水灰比为0 6 、不同龄期的水泥石，其热膨胀系数与龄期和温度的关系为( x 为龄 期) ： 口= ( 一0 0 0 0 1 x 2 + o 0 0 9 9 x + 0 0 4 4 5 ) ( t - 3 5 ) + 2 0 9 7 2 l n ( x ) + 7 3 4 2 8 龄期为3 天、不同水灰比的水泥石，其热膨胀系数与水灰比和温度的关系为( x 为水灰比) ： 口= ( o 1 2 8 2 x 2 o 1 5 7 3 x + o 1 2 1 1 ) ( t - 3 5 ) - 7 3 1 4 2 x + 1 4 2 3 8 ( 3 ) 水泥石线性热膨胀系数随水灰比增大而减小。这主要是由于随着水灰比的增大，水泥 石内部孔隙增多，使得线性熟膨胀系数减小。 ( 4 ) 水泥石随着龄期增长，水化产物增多，而主要水化产物c s h 的线性热膨胀系数相对较 小，造成水泥石线性热膨胀系数有减小的趋势；同时，随着水化的进行，水泥石内部孔隙被 水化产物所填充，使得孔隙率减小，结构致密，使水泥石线性热膨胀系数有增大的趋势。研 究结果显示，水泥石的线性热膨胀系数随着龄期的增长而增大，说明孔隙率的影响大于水化 产物的影响。 ( 5 ) 掺加粉煤灰和煤矸石可以减小水泥石的线性热膨胀系数，并且掺加粉煤灰比掺加煤矸 石的线性热膨胀系数要小。 ( 6 ) 含有一定水分的水泥石的热膨胀系数比干燥的大。这是由于水分存在时，水吸附在固 体物质表面，而水的热膨胀系数