考虑界面过渡区非均质性的混凝土弹性模量预测

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(1.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)

1 研究背景

在细观尺度上，混凝土通常被认为是一种非均质复合材料[1]，骨料、水泥浆体、界面过渡区(Interfacial Transition Zone，ITZ)、孔隙等各组成相的物理组成、力学性能和体积分数都会对混凝土性能产生影响[2]。作为表征混凝土宏观力学性能的重要参数，弹性模量在材料设计、结构分析与工程评估等方面起着重要作用，对弹性模量的研究已成为混凝土基本性能研究的重要课题。ITZ是骨料与水泥浆体之间的过渡区，厚度一般在100 μm以内，是混凝土内部的薄弱环节。相关研究[3-6]表明，ITZ对混凝土弹性模量影响显著。

Scrivener等[7]研究人员借助扫描电镜(SEM)、背散射电子(BSE)等技术手段研究了 ITZ的微观结构和物质组成，指出骨料表面附近水泥浆体的孔隙率很高，距离骨料越远，孔隙率越小，ITZ微观结构表现出明显的非均质性。由图1也可看出，界面过渡区与水泥浆本体间并无明显界限，物质组成也基本相同，但孔隙率及固相水化产物填充程度差异较大，界面过渡区结构组成存在梯度变化[8]。现代测试技术分析也发现，与水泥浆本体相比，ITZ中晶体更大，晶粒间初始微裂纹更大，孔隙更多，各组份间的耦合力更小。 Edward等[9]对 ITZ弹性性能进行分析，指出其体积模量和剪切模量具有渐变性。Simeonov等[6]指出，沿骨料外法线方向，ITZ微观结构和弹性性能按一定梯度渐变。Lutz等[4]认为从骨料中心向外扩展，ITZ弹性模量按幂函数递减。……