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摘 要

减水剂是混凝土工程中最常用的外加剂，根据建设工程种类的不同，对于新拌混凝土的性能指标和要求也不尽相同，这就需要对掺入的减水剂的作用进行相应的筛选，因此了解减水剂在水泥浆体中如何发生作用，其作用机理和作用效应具有重要的研究意义。

目前探究减水剂效应的文献大多是从宏观和微观尺度上进行观测。减水剂宏观效果明显，通过测量试块的力学性质即可有效表征减水剂作用效应；微观尺度上，通过观察水化产物的结构与分布也可对减水剂作用效应进行有效表征；但在细观尺度上对减水剂效应的研究则比较少，因此在细观层面上减水剂的作用效应尚还不够明确。

本文利用高分辨X-CT对掺入减水剂的硬化水泥浆体进行扫描和分析研究，探究了改变分析参数对于REV计算结果的影响以及不同的制样方式对样品均匀性的影响，确定了最大分析体素尺寸为200x200x200像素，分析窗口间隔为2像素的最佳分析参数和抽真空30min并配合使用旋转台的最佳成型方法；通过分析和计算不同减水剂掺量下未水化水泥颗粒占比和CT图像平均灰度值的REV值的大小和变化，发现随着减水剂掺量的增加，未水化水泥颗粒占比和CT图像平均灰度值的REV均呈现先减小后增大的趋势，根据图像得到了未水化水泥颗粒占比和CT图像平均灰度值的减水剂最佳掺量在0.10%和0.05%左右。

关键词：减水剂，X射线计算机断层扫描，表证单元体，未水化水泥颗粒，平均灰度值

Abstract

Water-reducing admixture is the most commonly used admixture in concrete. According to different types of construction engineering, the performance index and requirements of water-reducing admixture are also different. So it is necessary to choose which water-reducing admixture to use. In summary, understanding how water-reducing admixture acts in the cement paste has important research significance.

Most of the literatures that explore the effects of water-reducing admixture are currently observed at macro and micro scales. The macroscopic effect of the water-reducing admixture is obvious. The mechanical properties of the test can be used to effectively characterize the effect of the water-reducing admixture. On the microscopic scale, the effect of the water-reducing admixture can be effectively characterized by observing the structure and distribution of the hydration product. At the mesoscale level, the researches of the water-reducing admixture effect are relatively less, so the effect of the water-reducing admixture on the mesoscopic level is still not clear enough

In this paper, high-resolution X-CT was used to scan and analyze the hardened cement paste mixed with water-reducing admixture. The influence of changing analytical parameters on REV calculation results and the influence of different sample preparation methods on sample uniformity were investigated. the optimal analysis parameters of the maximum analytical voxel size and the window spacing was determined to be 200x200x200 pixels and 2 pixels, respectively. The optimal molding method was vacuuming 30 min and using the rotary table. On this basis, by analyzing and calculating the REV value of the proportion of unhydrated cement particles and the average gray value of CT image under different water reducing admixture amount, it is found that with the increase of water reducing admixture amount, the REV of the proportion of unhydrated cement particles and the average gray value of CT image show the trend of decreasing first and then increasing. According to the image, The optimum amount of water-reducing admixture of the proportion of unhydrated cement particles and average gray value of CT image is about 0.10% and 0.05%, respectively.

KEY WORDS: Water-reducing admixture, X-ray computed tomography, Representative Elementary Volume, Unhydrated Cement Particles, Average gray value

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2减水剂概述 1

1.2.1减水剂的分类 1

1.2.2减水剂的发展与现状 1

1.2.3普通减水剂 2

1.2.4高效减水剂 2

1.2.5高性能减水剂 2

1.2.6减水剂作用机理 3

1.3水泥微结构研究方法的选用 4

1.4 X射线断层扫描技术 4

1.4.1 CT设备的构成 4

1.4.2 CT的原理 4

1.5表征单元体 5

1.5.1 表征单元体简介 5

1.5.2 表征单元体研究现状 6

1.6本文研究内容 6

第二章 原材料及实验方案 8

2.1实验原料与设备 8

2.1.1实验原料 8

2.2实验设计 9

2.3显著性检验 10

第三章 分析参数和样品制备方法 12

3.1分析参数的确定 12

3.1.1分析窗口增长间隔的影响 12

3.1.2样品均匀性及内部孔洞的影响 12

3.1.3最大分析体素尺寸的影响 13

3.1.4小结 13

3.2样品制备方法的确定 14

3.2.1试样抽真空的影响 15

3.2.2养护室养护的影响 15

3.2.3旋转试样的影响 15

3.2.4抽真空时长的影响 15

3.2.5小节 15

3.3本章小结 15

第四章 减水剂掺量对硬化水泥浆体REV的影响 16

4.1REV随减水剂掺量变化趋势 17

4.2 REV变化趋势分析 17

4.3本章小结 17

第五章 结论与展望 19

5.1实验结论 19

5.2展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

在实际建筑工程中，为了使新拌混凝土满足生产建设中的要求，会使用各种各种的外加剂，减水剂就是建筑工程中最常见的一种外加剂。在水泥中加入减水剂，可以在不改变混合体系的组成下，改善新拌混凝土的工作性；或者是在保持混凝土拌合物工作性良好的同时，减少拌合用水量，提高混凝土的强度和耐久性；还可以改善因水泥水化作用导致的收缩、热变形等^[1]。

在实际生产中，由于工程种类的差异，新拌混凝土通常都具有一定的性能要求，使用优质的减水剂产品可以给混凝土施工和后期性能带来诸多益处，比如通过使用减水剂减少用水量降低水化热以防膨胀开裂、提高新拌混凝土早期强度、提高拌合物流动度便于灌注施工等。但是实际情况是多种多样的，胶凝材料组成复杂多变，没有哪一种减水剂能够适应所有情况，这就导致生产中所使用的减水剂无法达到实际生产所需要的效果，或是满足了相应的需求的同时却又带来了其他的缺陷和隐患。因此研究减水剂掺入水泥后所带来的效应及作用机理，对了解、改良减水剂并更好地应用到实际工程上是具有重要意义的。

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