陶粒泡沫混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)探究范文

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［摘要］在前期試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整混凝土配合比以及在陶粒外裹水泥漿，共澆筑84塊陶粒泡沫混凝土試塊;對(duì)試塊進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，采用數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)對(duì)試件表面進(jìn)行觀測(cè)。研究了陶粒泡沫混凝土的破壞形態(tài)，抗壓強(qiáng)度與密度之間的關(guān)系以及減水劑摻量、砂含泥量和陶粒外裹水泥漿對(duì)試件抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:陶粒泡沫混凝土的典型破壞形態(tài)為劈裂破壞;陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度和混凝土密度之間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系;陶粒外裹水泥漿可以提高陶粒混凝土的抗壓強(qiáng)度，并解決陶粒在施工和運(yùn)輸過程中的上浮問題;陶粒泡沫混凝土的泊松比可取0.22。

［關(guān)鍵詞］陶粒泡沫混凝土;配合比;試驗(yàn);強(qiáng)度;破壞形態(tài);泊松比

0引言

輕集料混凝土是指利用輕粗骨料、輕砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干密度≤1950kg/m3的混凝土［1］。陶粒泡沫混凝土是輕集料混凝土的一種，是用陶粒代替普通粗骨料，摻入泡沫配制而成的一種表觀密度＜1950kg/m3的高性能混凝土。由于陶粒內(nèi)部具有獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)，使得配制出的陶粒泡沫混凝土與普通混凝土相比具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、保溫隔熱性能好等特點(diǎn)［2-4］。但陶粒混凝土在施工和運(yùn)輸過程中存在陶粒上浮問題［5-6］，制約著陶粒混凝土的發(fā)展。陶粒是采用工業(yè)廢渣等原材料加工而成，符合國(guó)家關(guān)于綠色節(jié)能建材的要求，是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能的新型建筑材料，是目前高性能混凝土的研究熱點(diǎn)之一。文獻(xiàn)［7-8］研究了泡沫混凝土密度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，但很少有人研究陶粒泡沫混凝土密度和抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系。本研究在前期試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)調(diào)整配合比，得到不同配合比的立方體試件。通過壓縮試驗(yàn)，研究了陶粒泡沫混凝土中減水劑摻量和砂含泥量對(duì)陶粒泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，得到陶粒泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與混凝土密度的關(guān)系。

1試驗(yàn)材料

本文使用的陶粒為貴州某公司生產(chǎn)的黏土陶粒;水泥為市購(gòu)52.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥;緩凝劑為檸檬酸鈉;粉煤灰選用一級(jí)粉煤灰;發(fā)泡劑為市購(gòu)動(dòng)物蛋白類發(fā)泡劑;減水劑為聚羧基減水劑，濃度≥10%;水采用自來水。

2試驗(yàn)方法

2.1物料配合比本試驗(yàn)

基于前期研究及試驗(yàn)時(shí)的情況，為探明砂含泥量、減水劑、陶粒外裹水泥漿對(duì)陶粒泡沫混凝土力學(xué)性能的影響以及陶粒泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與其密度之間的關(guān)系，通過適當(dāng)調(diào)整配合比，得到表1～4所示物料配合比。采用表1～4中的配合比，共澆筑84塊立方體試件，試件設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)為100mm，在自然條件下養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。

2.2試驗(yàn)方法及裝置壓縮試驗(yàn)加載裝置

采用RMT-301數(shù)顯壓力試驗(yàn)機(jī)(1500kN)，通過位移加載，持續(xù)加載至試件破壞。同時(shí)采用數(shù)字圖像相關(guān)(digitalimagecorrelation，DIC)技術(shù)，利用相機(jī)進(jìn)行連續(xù)圖像采集，可以實(shí)時(shí)測(cè)出試件表面變形［9］。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1試塊的破壞形態(tài)陶粒泡沫混凝土試塊的典型破壞狀態(tài)一般為劈裂破壞且劈裂破壞面大都為垂直面，如圖2a所示。圖2b為破壞試件的水平位移云圖，通過位移云圖中的不連續(xù)可以判斷裂縫的發(fā)展?fàn)顩r。壓縮試驗(yàn)中試塊的裂縫發(fā)展過程大致如下。1)當(dāng)軸向壓應(yīng)力增加到30%～50%的抗壓強(qiáng)度時(shí)，試件中的壓應(yīng)力較小，裂縫尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，但只有少許微裂縫延伸，裂縫擴(kuò)展穩(wěn)定，砂漿并未開裂。2)當(dāng)應(yīng)力達(dá)到50%～75%抗壓強(qiáng)度時(shí)，粗骨料界面處裂縫緩慢延伸，少量微裂縫也出現(xiàn)在水泥砂漿中。因?yàn)樵嚰辛芽p擴(kuò)展持續(xù)，試件內(nèi)部的裂縫狀態(tài)變得不再穩(wěn)定。3)當(dāng)應(yīng)力＞75%抗壓強(qiáng)度后，粗骨料界面裂縫和砂漿中的原有裂縫擴(kuò)展加速，而后貫通直至試件完全破壞。從試件受壓和裂縫發(fā)展的過程看，微裂縫常出現(xiàn)在骨料附近處。隨著應(yīng)力增大，骨料附近的裂縫逐漸擴(kuò)展與砂漿中裂縫交錯(cuò)貫通形成貫穿裂縫直到試件破壞。

3.2抗壓強(qiáng)度與密度關(guān)系由于部分試件在澆筑、脫模和運(yùn)輸過程中損壞嚴(yán)重而未加載，剩下的67個(gè)立方體試件的密度及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。每個(gè)試塊的密度與抗壓強(qiáng)度的散點(diǎn)圖如圖3所示，通過回歸分析可以得到陶粒泡沫混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度f與其密度ρ的關(guān)系式f=0.1939e0.00264ρ，通過判定系數(shù)R2=0.7824，關(guān)系式擬合比較好(R=0.88，接近1)。通過這個(gè)關(guān)系式，預(yù)測(cè)陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，可以找到強(qiáng)度與密度的最佳組合，為裝配式建筑提供指導(dǎo)。

4結(jié)語

1)陶粒泡沫混凝土的典型破壞形態(tài)為劈裂破壞，劈裂破壞面主要為垂直面。2)陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著混凝土密度的增加呈指數(shù)形式(f=0.1939e0.00264ρ)提高。利用該公式，可以預(yù)測(cè)特定密度陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，為裝配式建筑提供指導(dǎo)。3)砂的含泥量和減水劑摻量對(duì)陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大。4)陶粒外裹水泥漿可以增大陶粒的質(zhì)量和界面強(qiáng)度，從而提高陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，還可解決陶粒混凝土在施工和運(yùn)輸過程中陶粒上浮問題。5)陶粒泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)泊松比并無明顯影響，泊松比可取0.22。

參考文獻(xiàn):

［1］胡曙光，王發(fā)洲．輕集料混凝土［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［2］楊秋玲，馬可栓．輕骨料混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．鐵道建筑，2006(6):104-106．

［3］李強(qiáng)．淺析輕骨料混凝土的發(fā)展［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009(7):213-214．

［4］扈士凱，李應(yīng)權(quán)，陳志純，等．輕骨料混凝土行業(yè)發(fā)展報(bào)告［J］．混凝土世界，2015(4):18-22．

［5］楊飛，楊曉華，楊博，等．陶粒混凝土在工程中的泵送和施工應(yīng)用技術(shù)［J］．混凝土，2011(12):106-109．

［6］盧水良，侯志遠(yuǎn)，王芳利，等．泵送陶粒混凝土在工程中的應(yīng)用研究［J］．混凝土，2015(4):148-150，158．

［7］王武祥．泡沫混凝土絕干密度與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性研究［J］．混凝土世界，2010(6):50-53．

［8］劉殿忠，潘帥，李滋仡．密度對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響［J］．建材世界，2016，37(2):25-27．

［9］中國(guó)建筑科學(xué)研究院．普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn):GB/T50081—2002［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

作者：易秋；陳紅鳥；曾洲；王青原；黃興震 單位：貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心