·606 工程科学学报，第38卷，第5期 逐渐被消耗，转变成结合水.水固质量比2.0的富水 充填材料原材料配比中水的质量分数为66.7%，其中 28d龄期时非结合水质量分数为53.2%，即原材料配 比中大约有80%的水未参与反应，填充在材料内部的 空隙中. …未蠕变 -0.50MP 表4非结合水的初始质量分数 -·-1.00MPa Table 4 Initial mass fraction of unbound water 1.50 MPa -..1961Pa 水固 非结合水的初始质量分数/% 质量比2h1d7d28d56d90d 200 400 600 800 1000 1200 温度℃ 2.0 56.8 54.553.553.252.5 48.8 图6水周质量比为2.0的富水充填材料蠕变前后差热曲线 Fig.6 DTA curves of waler-rich filling materials with a 2.0 water-to- 为排除周围环境对试块非结合水含量损失造成的 solid mass ratio before and after creep 影响，在蠕变试验开始时，取同批成型的试块置于蠕变 试验块旁边，即对比块，保证两者在同样的环境条件 100 下.蠕变试验结束后，将蠕变后的试块进行烘干称重 95 处理，计算出其非结合水含量.同时，称量对比块的质 4,未蠕变 ---0.50MPa 量损失，并对其进行烘干称重处理，计算出对比块的非 --L0MPa 85 -1.50MPa 结合水含量.对比块与试验块的非结合水含量之差， 一··1.96MPa 即为蠕变导致的非结合水含量的损失值.该非结合水 80 含量损失值与28d初始非结合水含量的比值，即为非 75 结合水含量损失相对值.水固质量比为20的富水充 填材料28d龄期蠕变后试验块及对比块的非结合水 含量见表5 0 200 40060080010001200 温度℃ 表5不同应力水平下蠕变后非结合水的质量分数 图7水周质量比为2.0的富水充填材料蠕变前后热重曲线 Table 5 Mass fraction of unbound water after creep under differen Fig.7 TG curves of water-rich filling materials with a 2.0 water-to- stress levels solid mass ratio before and after creep 非结合水的质量分数/% 水固质量比 应力水平/MPa 表3结合水的质量分数 试验块 对比块 Table 3 Mass fraction of combined water 0.5 43.6 44.2 70~220℃220~285℃380℃左右与结合水的 1.0 40.2 41.4 应力水平/ 2.0 失重量/ 失重量/ 750℃左右 总质量 MPa 1.5 42.8 44.5 % % 失重量/%分数/% 1.96 44.4 46.4 未蠕变 23.42 3.88 4.89 32.20 0.5 21.41 3.19 5.87 30.48 对非结合水含量损失相对值与其对应的应力水平 1.0 22.04 3.34 6.07 31.46 之间的关系进行拟合，结果如图8所示.水固质量比 1.5 23.86 3.40 4.83 32.10 为2.0的富水充填材料线性拟合方程为y=0.0437x, 1.96 25.08 3.81 4.46 33.36 相关系数R2=0.9828.由拟合结果可以看出，非结合 水含量损失相对值与所受荷载水平呈线性正相关 材料迅速产生较大变形而最终失稳，但是材料结构内 关系 部并没有发生结合水的流失.试块在破坏过程中渗出 2.5富水充填材料失稳破坏原因分析 的水应当为非结合水迁移所致，故非结合水的流失是 由上述微观实验可知富水充填材料失稳破坏的内 导致富水材料充填体失稳的重要原因. 部原因如下.富水充填材料硬化体主要由钙矾石晶体 2.4富水充填材料蠕变前后非结合水含量的变化 组成，由差热热重实验结果可知，蠕变不会对钙矾石 富水充填材料标养至一定龄期时，将试块放入烘 晶体中的结合水含量造成影响，而钙矾石晶体所形成 箱烘干至恒重，可测出其初始非结合水含量，见表4. 的网状结构存在大量空隙，这些空隙中填充了大量的 由表4可以看出，随着龄期的增长，其非结合水含量逐 非结合水.非结合水是以中性水分子形式存在于富水 步降低，这是因为随着水化的进行，非结合水参加反应 充填材料中的，因此结合力弱，容易失去.非结合水被工程科学学报，第 38 卷，第 5 期 图 6 水固质量比为 2. 0 的富水充填材料蠕变前后差热曲线 Fig． 6 DTA curves of water-rich filling materials with a 2. 0 water-to￾solid mass ratio before and after creep 图 7 水固质量比为 2. 0 的富水充填材料蠕变前后热重曲线 Fig． 7 TG curves of water-rich filling materials with a 2. 0 water-to￾solid mass ratio before and after creep 表 3 结合水的质量分数 Table 3 Mass fraction of combined water 应力水平/ MPa 70 ～ 220 ℃ 失重量/ % 220 ～ 285 ℃ 失重量/ % 380 ℃左右与 750 ℃左右 失重量/% 结合水的 总质量 分数/% 未蠕变 23. 42 3. 88 4. 89 32. 20 0. 5 21. 41 3. 19 5. 87 30. 48 1. 0 22. 04 3. 34 6. 07 31. 46 1. 5 23. 86 3. 40 4. 83 32. 10 1. 96 25. 08 3. 81 4. 46 33. 36 材料迅速产生较大变形而最终失稳，但是材料结构内 部并没有发生结合水的流失． 试块在破坏过程中渗出 的水应当为非结合水迁移所致，故非结合水的流失是 导致富水材料充填体失稳的重要原因． 2. 4 富水充填材料蠕变前后非结合水含量的变化 富水充填材料标养至一定龄期时，将试块放入烘 箱烘干至恒重，可测出其初始非结合水含量，见表 4． 由表 4 可以看出，随着龄期的增长，其非结合水含量逐 步降低，这是因为随着水化的进行，非结合水参加反应 逐渐被消耗，转变成结合水． 水固质量比 2. 0 的富水 充填材料原材料配比中水的质量分数为 66. 7% ，其中 28 d 龄期时非结合水质量分数为 53. 2% ，即原材料配 比中大约有 80% 的水未参与反应，填充在材料内部的 空隙中． 表 4 非结合水的初始质量分数 Table 4 Initial mass fraction of unbound water % 水固 质量比 非结合水的初始质量分数/% 2 h 1 d 7 d 28 d 56 d 90 d 2. 0 56. 8 54. 5 53. 5 53. 2 52. 5 48. 8 为排除周围环境对试块非结合水含量损失造成的 影响，在蠕变试验开始时，取同批成型的试块置于蠕变 试验块旁边，即对比块，保证两者在同样的环境条件 下． 蠕变试验结束后，将蠕变后的试块进行烘干称重 处理，计算出其非结合水含量． 同时，称量对比块的质 量损失，并对其进行烘干称重处理，计算出对比块的非 结合水含量． 对比块与试验块的非结合水含量之差， 即为蠕变导致的非结合水含量的损失值． 该非结合水 含量损失值与 28 d 初始非结合水含量的比值，即为非 结合水含量损失相对值． 水固质量比为 2. 0 的富水充 填材料 28 d 龄期蠕变后试验块及对比块的非结合水 含量见表 5． 表 5 不同应力水平下蠕变后非结合水的质量分数 Table 5 Mass fraction of unbound water after creep under different stress levels 水固质量比 应力水平/MPa 非结合水的质量分数/% 试验块 对比块 2. 0 0. 5 43. 6 44. 2 1. 0 40. 2 41. 4 1. 5 42. 8 44. 5 1. 96 44. 4 46. 4 对非结合水含量损失相对值与其对应的应力水平 之间的关系进行拟合，结果如图 8 所示． 水固质量比 为 2. 0 的富水充填材料线性拟合方程为 y = 0. 0437x， 相关系数 Ｒ2 = 0. 9828． 由拟合结果可以看出，非结合 水含量损失相对值与所受荷载水平呈线性正相关 关系． 2. 5 富水充填材料失稳破坏原因分析 由上述微观实验可知富水充填材料失稳破坏的内 部原因如下． 富水充填材料硬化体主要由钙矾石晶体 组成，由差热--热重实验结果可知，蠕变不会对钙矾石 晶体中的结合水含量造成影响，而钙矾石晶体所形成 的网状结构存在大量空隙，这些空隙中填充了大量的 非结合水． 非结合水是以中性水分子形式存在于富水 充填材料中的，因此结合力弱，容易失去． 非结合水被 · 606 ·