2.2　试验设计与试验装置

2.2.1　试验材料

利用52.5级符合国家标准的水泥制备水泥净浆（PC），选用的矿物掺和料为粉煤灰（FA）和硅灰（SF），其物理性质与化学组成见表2.2。选用聚合物为苯丙乳液（SA），表2.3列出了它的物理性质。

选用石灰石、玄武岩和卵石3种集料以研究水泥石和不同集料间热膨胀性能的差异，3种集料的化学组成见表2.4。

2.2.2　试验样品制备

表2.5为粉煤灰、硅灰和苯丙乳液这3种外掺物占水泥石的比例，其中聚合物的掺入利用外掺的方法。采用特制的模具振捣成型，模具大小为ϕ8×（50±1）mm。试样在养护室养护28d后取出，室温放置120d。然后再对试样进行相关的测试分析。

3种集料试样的尺寸大小均为4mm×4mm×（50±1）mm，待水泥石养护好之后一起进行相关的热膨胀试验。选石灰石作粗集料用来观察混凝土微观界面热损伤，其粒径大小为10～20mm。混凝土模具大小为10cm×10cm×10cm，混凝土配合比为w水泥：w水：w粗集料＝1：0.35：2，混凝土成型后在养护室养护28d取出，然后进行相关的热疲劳循环试验。另外，取一批上述混凝土试样留作偏光显微镜和扫描电镜来观察其显微结构，大小切割制成40mm×40mm×10mm。

2.2.3　热膨胀性能测试

热膨胀率（即热应变）的测量采用德国NETZSCH公司生产的DIL402C热膨胀仪，如图2.1所示，可以测定室温～1600℃内试样的热膨胀变化。本次试验通过测定不同试样在室温～85℃热膨胀率和热膨胀系数的大小，来达到分析不同试样在环境温度条件下的热膨胀性能。

试样自室温起升温，加热速率为0.1～10℃/min，最高温度设定为85℃。由热膨胀仪内置的控制器自动监测升温的温度变化，由数字位移传感器监测试样长度的变化，精度为0.01μm，程序自动采集数据并进行分析计算，得到试样热膨胀率如式（2.1）所示，并由式（2.2）自动计算得到试样的热膨胀系数（CTE），即

式中：Li、εi和αi分别为i温度时试样的尺寸、热膨胀率和热膨胀系数；L0为试样在20℃时的长度；ΔT为温度的变化。

2.2.4　热疲劳循环试验

热疲劳循环实验用环境养护箱进行，自带的程序可以实现自动升温和降温，如图2.2所示。本次试验设定的热疲劳循环温度范围设定为室温～85℃，升温速率均设定为5℃/min，于85℃保温2h后自动降至室温，如此反复循环。在室温～85℃范围内，对试样进行反复的热疲劳循环处理，再进行相关的性能测试。

混凝土的微裂纹采用偏光显微镜来观察，其型号为Axioskop 40-Pol，如图2.3所示。试验样品经过热疲劳循环试验之后，用偏光显微镜的反射光来观察混凝土内部微裂纹的发展情况。

2.2.5　TG-DSC测试

利用TG-DSC对改性硬化水泥石进行微观测试分析，从而研究外掺物影响硬化水泥石热膨胀性能的微观机理。

利用差示扫描量热仪定量分析水泥石内部Ca（OH）2的含量。图2.4所示为实验用STA 449c差示扫描量热仪。

2.2.6　孔结构测试

使用压汞仪分析不同水泥石试样内部的孔结构。图2.5所示为实验所用AUTOPORE9500压汞仪。

2.2.7　显微结构（SEM）测试

通过SEM微观形貌分析观察混凝土内部微观形貌，图2.6所示为实验用JSM-5610LV扫描电子显微镜。