孔結構對浮石混凝土抗壓強度影響的試驗研究

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 水利與土木建筑工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010018)

引言

混凝土是一種應用廣且用量大的建筑材料。主要由水泥膠體和粗細骨料組成，其硬化后內(nèi)部形成的孔是混凝土的組成部分，因此，對于混凝土微觀孔結構的研究十分有必要。很多學者對混凝土孔結構進行研究表明[1-7]，孔結構對混凝土的力學性能和耐久性能有很大的影響。雖然研究中大部分研究僅考慮了孔隙率這一因素，其他因素如比表面積、孔平均弦長、氣孔間距系數(shù)以及孔徑分布并未展開研究，這便導致所得結論比較單一，不具有普遍適用性。同時，當前研究多集中于孔結構對混凝土耐久性的影響，對于抗壓強度的影響并未過多研究，而混凝土孔結構參數(shù)對于抗壓強度的影響是混凝土微觀結構與宏觀性能研究的另一重要方面?？捉Y構參數(shù)與抗壓強度之間的關系面臨許多問題，如試驗數(shù)據(jù)缺乏、影響因素多等，為了解決上述問題此次試驗中引入了灰色理論。灰色理論[8-10]是由鄧聚龍教授首先提出，當研究對象具有不確定性時，通過灰色關聯(lián)系數(shù)來描述各因素之間的緊密程度。具有所需樣本量小、無需考慮分布、計算量小等優(yōu)點[11]。此次試驗將運用灰色關聯(lián)分析法將孔結構參數(shù)與兩種類型的浮石混凝土28 d抗壓強度建立關系，研究孔結構參數(shù)對混凝土抗壓強度的影響。

1 試驗原材料及配合比

1.1 試驗原材料

水泥：由內(nèi)蒙古呼和浩特市冀東水泥生產(chǎn)的P·O 42.5。

砂：河砂，級配良好，細度模數(shù)為2.6，中砂，表觀密度為2 650 kg/m3。

粗骨料：天然浮石，粒徑為5～20 mm，連續(xù)級配，堆積密度為1 530 kg/m3，表觀密度為1 292 kg/m3。

橡膠顆粒：由河北某廠生產(chǎn)，粒徑為2～4 mm左右，表觀密度為1 200 kg/m3。

玄武巖纖維：由上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)，其性能見表1。

表1 玄武巖纖維各項性能

減水劑：萘系高效減水劑。

水：呼和浩特市普通自來水。

1.2 試驗配合比

此次試驗將玄武巖的摻量定為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%；橡膠顆粒摻入方式為等體積取代砂的10%、20%、30%；以3個試件為一組，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，共8組，配合比見表2?；炷恋膹姸仍囼灠碐B/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，抗壓強度測試結果見表3。

表2 混凝土配合比 單位：kg/m3

注：A-0為普通輕骨料混凝土；F-X表示玄武巖纖維摻量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%；R-X表示橡膠顆粒摻量為10%、20%、30%。

表3 單摻纖維和橡膠輕骨料混凝土抗壓強度

2 試驗步驟與方法

2.1 試驗步驟

取養(yǎng)護28 d混凝土試塊，將其切割為15 mm厚的薄片，經(jīng)研磨，涂抹填充孔隙等一系列操作后，運用Rapid Air混凝土氣孔結構分析儀測定混凝土氣孔的比表面積、氣孔平均弦長、孔徑分布和氣孔間距系數(shù)等各參數(shù)，然后運用灰色理論將混凝土抗壓強度與孔結構參數(shù)進行灰色關聯(lián)分析，得出結論。

2.2 試驗方法

采用灰色關聯(lián)度分析法,其具體操作步驟如下[12]：

(1)確定參考序列

將體現(xiàn)系統(tǒng)特征的數(shù)據(jù)序列，設定為參考序列，T=[T(k)|k=1,2,…,m]，將影響系統(tǒng)行為的因素組成的序列，設定為比較數(shù)列，Xi=[Xi(k)|k=1,2,…,m;i=1,2,…,n]。

(2)無量綱處理

由于數(shù)據(jù)之間量綱往往不一致，為了便于分析，采用下列方法處理數(shù)據(jù)。

(k=1,2,…m;i=1,2,…,n)

(1)

(3)計算兩種序列的絕對差

Δi(k)=|t(k)-xi(k)|

(2)

(4)找絕對差中最大值與最小值

(3)

(4)

(5)計算關聯(lián)度系數(shù)

(5)

式中，ρ——分辨系數(shù)，ρ的取值范圍是(0,1)，通常取0.5。

(6)計算關聯(lián)度

對關聯(lián)度系數(shù)取平均值，得到ri即為關聯(lián)度。

(6)

3 試驗結果分析

試驗將混凝土28 d抗壓強度值作為參考序列T，將孔結構的各參數(shù)作為比較序列X，試驗分為兩組：A組為摻纖維的輕骨料混凝土；B組為摻橡膠的輕骨料混凝土。表4和表5分別為兩組混凝土的孔結構參數(shù)和抗壓強度情況。

表4 A組混凝土的孔結構參數(shù)與抗壓強度

表5B組混凝土的孔結構參數(shù)與抗壓強度表

參數(shù)A-0R-10R-20R-30含氣量/%17.048.4314.515.48比表面積/(/mm)18.5337.2833.4947.87氣孔平均弦長/mm0.2160.1070.1190.084氣孔間距系數(shù)/mm0.0920.0920.0620.039孔徑分布/%<100μm42.3269.4168.1479.62100～200μm25.215.2615.6610.92200～300μm12.956.846.844.21300～400μm6.453.543.541.89>400μm13.15.835.833.71抗壓強度/MPa45.736.633.531.3

(1)無量綱化操作，確定初像值見表6和表7。

表6 A組混凝土的初像值

表7 B組混凝土的初像值

(2)計算兩種序列的絕對差值，計算結果見表8和表9。

表8A組序列絕對差值

絕對差值Δi(k)00.00180.00900.48130.405900.14000.65141.03070.276800.41300.44680.61530.469700.32840.46330.30490.251100.41070.47790.64400.212500.47840.36990.57210.356600.38550.39380.66050.490800.48820.47550.57970.365000.54930.50200.71040.59007

表9 B組序列絕對差值

(3)求絕對差值中的最大值與最小值，見表10。

表10最大值與最小值

組別A組B組Max1.03071.8980Min00

(4)確定關聯(lián)系數(shù)，見表11和表12。

表11A組關聯(lián)度系數(shù)

關聯(lián)度系數(shù)ξi(k)10.99660.98310.51710.559410.78640.44170.33330.651010.55510.53560.45580.523210.61080.52660.62830.672410.55650.51890.44450.708010.51860.58210.47390.591010.57210.56680.78020.512210.51350.52010.47060.585410.48410.50660.42040.4662

表12 B組關聯(lián)度系數(shù)

(5)確定關聯(lián)度，見表13。

表13 兩組關聯(lián)度

從表13中兩組情況的關聯(lián)度，通過分析可得出：

A組中隨著纖維摻量的增加影響混凝土抗壓強度的孔結構參數(shù)排序為：氣孔平均弦長<比表面積<氣孔間距系數(shù)<含氣量。孔徑分布影響排序為：(>400 μm)<(300～400 μm)<(100～200 μm)<(<100 μm)<(200～300 μm)。

B組中隨著橡膠摻量的增加影響混凝土抗壓強度的孔結構參數(shù)排序為：比表面積<氣孔間距系數(shù)<含氣量<氣孔間距系數(shù)?？讖椒植加绊懪判驗椋?<100 μm)<(>400 μm)<(200～300 μm)<(300～400 μm)<(100～200 μm)。

4 結論

經(jīng)過孔結構試驗分析,得到以下結論：

4.1 隨著纖維摻量的增加，孔結構中含氣量對浮石混凝土28 d的抗壓強度影響最大，氣孔平均弦長影響最小?？讖椒植加绊懼校讖綖?00～300 μm的孔對浮石混凝土28 d的抗壓強度影響最大，而孔徑>400 μm的孔影響最小。

4.2 隨著橡膠摻量的增加，在孔結構特征中，氣孔間距系數(shù)對混凝土28 d的抗壓強度影響最大，比表面積影響最小。而在孔徑分布影響中，孔徑為100～200 μm的孔對混凝土28 d的抗壓強度影響最大，孔徑<100 μm的孔影響最小。