基于灰色关联的骨料界面结构对混凝土耐久性的影响

随着混凝土材料的广泛应用，其耐久性问题日益突出。本项目围绕占混凝土体积70%的骨料，系统研究不同品种、掺量、吸水率、粒径、表面状态的普通骨料、轻骨料与混合骨料对界面区形貌、水化产物、孔结构、显微硬度等微观性能以及混凝土工作性能、力学性能和抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能的影响规律及作用机理。力求构建综合评价骨料对界面区结构及含量影响的数学模型，实现界面的定量研究；并基于模糊聚类法分析骨料技术指标中对混凝土界面结构及耐久性影响的关键因素，建立起骨料对混凝土耐久性影响的评价指标与评价体系；同时应用灰色关联法分析混凝土界面结构与各种耐久性之间的关联度，探讨界面区究竟在多大程度上影响混凝土的耐久性；最终建立高耐久性混凝土合理骨料及界面结构模型，并结合神经网络数值化预测方法，实现骨料对混凝土耐久性影响的有效预测与评价。所取得的成果为推进我国高性能混凝土的研究和应用提供必要的理论基础。

随着混凝土材料的广泛应用，其耐久性问题日益突出。以往关于混凝土耐久性的研究较多的关注水泥石结构，关于骨料对混凝土耐久性影响的研究不够深入也不够系统。本项目围绕占混凝土体积70%的骨料，对应开展了不同骨料对混凝土界面区结构及宏观耐久性能的影响规律及作用机理研究，并应用灰色关联法分析了骨料对混凝土界面及耐久性影响的主要因素，同时结合神经网络模型，实现骨料对混凝土耐久性的有效预测与评价。本项目主要取得以下几点成果：(1) 提出了“界面影响因子”的计算公式，确定了综合、定量评价不同品种、吸水率、粒径的普通骨料及轻骨料对混凝土内部界面过渡区的含量及结构利弊影响的数值化指标。(2) 采用交流阻抗谱法得到了表征混凝土微观结构中反映传输性质的参数RCCP，并通过给出骨料、界面及水泥石基体的并联模型，分别确定了评价普通骨料与轻骨料界面区结构的阻抗表征参数。(3) 通过测定磨成细粉的骨料与水泥溶液反应后滤液中的离子浓度变化，明确了普通骨料及轻骨料与水泥石之间存在的化学反应，并通过热重分析进一步验证了所研究的三种轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒和粉煤灰陶粒）均具有一定的火山灰活性。(4) 研究了不同品种、掺量、粒径的普通骨料及轻骨料对不同水胶比混凝土抗渗、抗冻、抗碳化性能的影响规律及作用机理，并基于灰色关联理论分析了骨料对混凝土界面区及耐久性能的关键影响因素，进而提出了不同环境条件下高耐久性混凝土的骨料选用原则。(5) 基于本项目研究所获得的试验数据，选定水灰比、龄期、骨料平均粒径、吸水率、表观密度和强度6个因素为输入变量，分别以氯离子扩散系数、相对动弹性模量、碳化深度为输出变量，成功建立了6-17-1、6-21-1和6-15-1的混凝土抗渗、抗冻、抗碳化性预测模型，预测样本的平均相对误差均在6%以内，可以满足工程实践中对误差的要求。这些研究成果均可为高性能混凝土及高性能轻骨料和混合骨料混凝土的合理配制及工程应用提供必要的理论支撑和技术支持。