模型試驗(yàn)中微粒型混凝土和砂漿的選用

姜新佩，郭冬芬，鄭偉濤

(1.河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038;2.河北省邯鄲市質(zhì)量檢測中心，河北邯鄲 056002)

模型試驗(yàn)中微粒型混凝土和砂漿的選用

姜新佩1，郭冬芬1，鄭偉濤2

(1.河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038;2.河北省邯鄲市質(zhì)量檢測中心，河北邯鄲 056002)

為了確定模型試驗(yàn)中的微粒型混凝土和砂漿，進(jìn)行了混凝土和砂漿的試配試驗(yàn)，從中選出最恰當(dāng)?shù)囊唤M配合比進(jìn)行模型的制作施工，最后在完成的模型上進(jìn)行了回彈法試驗(yàn)驗(yàn)證.結(jié)果表明，選用的微粒型混凝土和砂漿符合強(qiáng)度等級(jí)的要求.

微粒型混凝土;砂漿;回彈法;配合比;強(qiáng)度

近20多年來，結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)在國外發(fā)展迅速，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)抗震的研究工作.由于設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程的需要，國內(nèi)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的項(xiàng)目幾乎遍及所有需要采取抗震設(shè)施的構(gòu)件［1］.有一段時(shí)間，國內(nèi)連續(xù)進(jìn)行了若干棟足尺房屋的加載試驗(yàn)，由于耗資很大，對其是否經(jīng)濟(jì)合理，尚有不少爭論.

在研究建筑垃圾再生磚的抗震性能時(shí)，由于經(jīng)費(fèi)、試驗(yàn)場地等的限制，擬采用1/3的模型建筑進(jìn)行試驗(yàn).在試驗(yàn)之前，為了盡可能地滿足相似條件的限制，筆者對模型材料中模型砂漿和模型混凝土進(jìn)行了檢測試驗(yàn).

1 模型材料選取的原則

在模型的相似試驗(yàn)中，模型材料的選取一方面關(guān)系到模型是否能夠正確反映原型特性的問題，另一方面關(guān)系到模型是否能加工制作、試驗(yàn)是否能夠順利完成.當(dāng)這兩個(gè)方面達(dá)成一致時(shí)，試驗(yàn)工作能夠順利進(jìn)行.當(dāng)這兩個(gè)方面發(fā)生矛盾時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段盡可能滿足模型設(shè)計(jì)，以保證試驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行.模型材料的選取是影響模型試驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［2－4］.

在眾多的模型材料中，沒有一種是絕對理想的.所以必須較全面地了解各種模型材料的性能，做出合理的選擇，一般遵循的原則為:①滿足相似條件的要求;②滿足試驗(yàn)?zāi)康牡囊?③滿足試驗(yàn)儀器的測量精度;④滿足易于加工的要求.選擇材料時(shí)需要從材料的彈性模量、泊松比、徐變、導(dǎo)熱性等多個(gè)方面考慮［5］.

2 模型砂漿的選取和試驗(yàn)

在試驗(yàn)中，只考慮微粒型混凝土和砂漿的選用，選用了幾組試驗(yàn)進(jìn)行對比.

以水泥作為基本膠凝材料，外加粒狀或粉狀材料，按適當(dāng)?shù)呐浜媳扰渲贫傻哪Ｐ筒牧希y(tǒng)稱泥砂漿類材料.國外多采用水泥浮石混合料，國內(nèi)多用水泥砂漿.在該試驗(yàn)中，采用水泥和細(xì)沙拌合而成的砂漿.選用標(biāo)號(hào)為32.5級(jí)的太行山普通礦渣水泥和邯鄲附近細(xì)沙.經(jīng)過檢驗(yàn)，沙子的細(xì)度模數(shù)μ=1.079，為特細(xì)沙，最大粒徑D≤5 mm，含水率為2.2%;水泥的細(xì)度為1.3%，經(jīng)過水泥的膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)得出，水泥的強(qiáng)度大于32.5 MPa，基本符合要求，性能也比較穩(wěn)定.

在試驗(yàn)中，砂漿擬采用標(biāo)號(hào)為M2.5的混合砂漿和M5的水泥砂漿兩種.得出的試驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 砂漿的試驗(yàn)強(qiáng)度 MPa

微粒型混凝土選用標(biāo)號(hào)為32.5級(jí)的太行山普通礦渣水泥，邯鄲附近細(xì)沙和米石，石子的最大粒徑≥5 mm，堆積密度為1 346.5 g/L.

3 微混凝土的選取和試驗(yàn)

近年來，為制作混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相似模型，專門發(fā)展了一種微混凝土模型材料.因其所用的混凝土骨料往往比實(shí)際原型混凝土中的要小，為了方便，就稱為微混凝土.微混凝土事實(shí)上是由幾種微細(xì)骨料按一定比例組成的混凝土，與單獨(dú)采用一種砂的砂漿混凝土有著本質(zhì)的區(qū)別.因此，由它可做出與混凝土完全相似的模型結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能與采用同水泥用量的原型結(jié)構(gòu)混凝土極為相近［6－9］.

由于試驗(yàn)條件的限制，只考慮混凝土的強(qiáng)度相似，不考慮混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變相似.因?yàn)殇摻罨炷翉?qiáng)度模型的成功與否在很大程度上取決于模型材料與原型結(jié)構(gòu)材料間的相似程度，所以對微混凝土的配比十分重視.

這里做了以下幾組試驗(yàn)來驗(yàn)證混凝土的強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

混凝土擬采用C20的混凝土，由上述的一些數(shù)據(jù)，可選擇 C 組的配合比(1.00∶2.69∶0.70∶1.81)作為模型微?；炷恋呐浜媳?

4 回彈法檢測

模型房屋中使用的模型砂漿和微混凝土，由于采用的是人工拌合，其均勻性不能完全保證.因此，模型制作成功之后，需用回彈法對模型的各個(gè)部分進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn).

回彈法是目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度無損檢測的首選方法，具有無損傷、可復(fù)測、儀器輕便、使用方便、操作簡單、測試速度快、可做較多數(shù)量、代表性高、測試費(fèi)用低、可以基本反映構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的規(guī)律等優(yōu)點(diǎn).但該方法只能反映表面強(qiáng)度.回彈法適用于工程結(jié)構(gòu)中普通混凝土的抗壓強(qiáng)度的檢測.本試驗(yàn)對標(biāo)號(hào)為M2.5，M5的砂漿和混凝土進(jìn)行回彈法抗壓強(qiáng)度檢測，結(jié)果見表3和表4.

表3 回彈法檢測的水泥砂漿抗壓強(qiáng)度 MPa

表4 回彈法檢測的混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

由于檢測時(shí)回彈儀為非水平方向，且測試面為非混凝土的澆筑側(cè)面，故應(yīng)先對表3和表4中的回彈值進(jìn)行角度修正，然后再進(jìn)行澆筑面修正，最后利用碳化深度修正系數(shù)進(jìn)行修正.

將表3的回彈儀檢測結(jié)果修正后，用剔除方法減小其標(biāo)準(zhǔn)差.即將12組修正值去掉最大值和最小值，然后求剩余10個(gè)修正值的平均值，即得水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度推定值.經(jīng)計(jì)算，由試驗(yàn)結(jié)果推定的M2.5砂漿的抗壓強(qiáng)度為2.90 MPa;M5砂漿的抗壓強(qiáng)度為 5.25 MPa.

對于混凝土，表4的回彈儀檢測結(jié)果修正后，根據(jù)《回彈法測強(qiáng)規(guī)程》(JGJ/T 23—2001)，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中測區(qū)數(shù)不少于10個(gè)或按批量檢測時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為

5 結(jié)語

1)經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證和回彈儀檢測，兩者的結(jié)果相差不大.選用的砂漿配合比和混凝土的配合比相差不大，基本適用.

2)雖然砂漿和混凝土的強(qiáng)度都適用，但是該試驗(yàn)沒有經(jīng)過應(yīng)力、應(yīng)變檢測.建議在條件允許的情況下，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變檢測，增強(qiáng)模型混凝土與原型混凝土的相似性.

［1］朱伯龍.結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)［M］.北京:地震出版社，1989.

［2］李宗森，余萍，胡孝平.相似理論在混凝土結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.國外建材科技，2008，29(1):55－57.

［3］哈里斯H G.混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型［M］.朱世杰，譯.北京:地震出版社，1987.

［4］楊俊杰.相似理論與結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2005.

［5］亢景富，張鏡劍，馮乃謙.結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中模型混凝土配合比研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，1998，31(4):53 －58.

［6］吳瑞宏，方詩圣.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)微混凝土試驗(yàn)研究和非線性分析［J］.華東公路，1991(1):21－29.

［7］方詩圣，胡成，吳文清，等.微混凝土模型材料基本性能試驗(yàn)研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1999，22(5):76－79.

［8］胡成.微混凝土模型板的試驗(yàn)研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1998，21(5):82 －87.

［9］薩布尼斯G M，哈里斯H G，懷特R N，等.結(jié)構(gòu)模型和試驗(yàn)技術(shù)［M］.朱世杰，何?？担X國芳，等，譯，北京:中國鐵道出版社，1989.

Selection of Particulate Concrete and Mortar in the Model Test

JIANG Xin-pei1，GUO Dong-fen1，ZHENG Wei-tao2
(1.Hebei Engineering University，Handan 056038，China;2.Handan Quality Testing Center，Handan 056002，China)

In order to determine the particulate concrete and mortar in the model test，the paper conducts the test match experiment on the concrete and mortar，and chooses the best mix proportion to build the model.After constructing the model，the rebound method is used to test the model.The result reveals that the particulate concrete and mortar is the most appropriate match to select to meet the strength grade requirement.

particulate concrete;mortar;the rebound method;mix proportion;strength

1002－5634(2012)02－0068－03

2012－01－15

河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E2010001034).

姜新佩(1961—)，男，河北邯鄲人，教授，博士，主要從事水工鋼筋混凝土試驗(yàn)及理論計(jì)算方面的研究.

(責(zé)任編輯:陳海濤)