2.2　試驗設計與試驗裝置

2.2.1　試驗材料

利用52.5級符合國家標準的水泥制備水泥凈漿（PC），選用的礦物摻和料為粉煤灰（FA）和硅灰（SF），其物理性質與化學組成見表2.2。選用聚合物為苯丙乳液（SA），表2.3列出了它的物理性質。

選用石灰石、玄武巖和卵石3種集料以研究水泥石和不同集料間熱膨脹性能的差異，3種集料的化學組成見表2.4。

2.2.2　試驗樣品制備

表2.5為粉煤灰、硅灰和苯丙乳液這3種外摻物占水泥石的比例，其中聚合物的摻入利用外摻的方法。采用特制的模具振搗成型，模具大小為?8×（50±1）mm。試樣在養護室養護28d后取出，室溫放置120d。然后再對試樣進行相關的測試分析。

3種集料試樣的尺寸大小均為4mm×4mm×（50±1）mm，待水泥石養護好之后一起進行相關的熱膨脹試驗。選石灰石作粗集料用來觀察混凝土微觀界面熱損傷，其粒徑大小為10～20mm?；炷聊＞叽笮?0cm×10cm×10cm，混凝土配合比為w水泥：w水：w粗集料＝1：0.35：2，混凝土成型后在養護室養護28d取出，然后進行相關的熱疲勞循環試驗。另外，取一批上述混凝土試樣留作偏光顯微鏡和掃描電鏡來觀察其顯微結構，大小切割制成40mm×40mm×10mm。

2.2.3　熱膨脹性能測試

熱膨脹率（即熱應變）的測量采用德國NETZSCH公司生產的DIL402C熱膨脹儀，如圖2.1所示，可以測定室溫～1600℃內試樣的熱膨脹變化。本次試驗通過測定不同試樣在室溫～85℃熱膨脹率和熱膨脹系數的大小，來達到分析不同試樣在環境溫度條件下的熱膨脹性能。

試樣自室溫起升溫，加熱速率為0.1～10℃/min，最高溫度設定為85℃。由熱膨脹儀內置的控制器自動監測升溫的溫度變化，由數字位移傳感器監測試樣長度的變化，精度為0.01μm，程序自動采集數據并進行分析計算，得到試樣熱膨脹率如式（2.1）所示，并由式（2.2）自動計算得到試樣的熱膨脹系數（CTE），即

式中：Li、εi和αi分別為i溫度時試樣的尺寸、熱膨脹率和熱膨脹系數；L0為試樣在20℃時的長度；ΔT為溫度的變化。

2.2.4　熱疲勞循環試驗

熱疲勞循環實驗用環境養護箱進行，自帶的程序可以實現自動升溫和降溫，如圖2.2所示。本次試驗設定的熱疲勞循環溫度范圍設定為室溫～85℃，升溫速率均設定為5℃/min，于85℃保溫2h后自動降至室溫，如此反復循環。在室溫～85℃范圍內，對試樣進行反復的熱疲勞循環處理，再進行相關的性能測試。

混凝土的微裂紋采用偏光顯微鏡來觀察，其型號為Axioskop 40-Pol，如圖2.3所示。試驗樣品經過熱疲勞循環試驗之后，用偏光顯微鏡的反射光來觀察混凝土內部微裂紋的發展情況。

2.2.5　TG-DSC測試

利用TG-DSC對改性硬化水泥石進行微觀測試分析，從而研究外摻物影響硬化水泥石熱膨脹性能的微觀機理。

利用差示掃描量熱儀定量分析水泥石內部Ca（OH）2的含量。圖2.4所示為實驗用STA 449c差示掃描量熱儀。

2.2.6　孔結構測試

使用壓汞儀分析不同水泥石試樣內部的孔結構。圖2.5所示為實驗所用AUTOPORE9500壓汞儀。

2.2.7　顯微結構（SEM）測試

通過SEM微觀形貌分析觀察混凝土內部微觀形貌，圖2.6所示為實驗用JSM-5610LV掃描電子顯微鏡。