混凝土抗壓強度與其早期熱膨脹系數(shù)相關(guān)性試驗研究

黃 杰 帥映勇 趙 林

(1泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 泰州 225300；2江蘇省江建集團有限公司，江蘇 揚州 225200)

1 引 言

混凝土的抗壓強度是表征混凝土材料力學(xué)性能最直觀和最常規(guī)的參數(shù)，而熱膨脹系數(shù)是混凝土重要的早期熱、力學(xué)計算參數(shù)之一?？箟簭姸鹊挠绊懸蛩剌^多，主要因素是膠凝材料本身和水膠比，粗骨料強度是次要因素；熱膨脹系數(shù)的影響因素中，由試驗可知，粗骨料自身的熱膨脹系數(shù)[1]影響較大；同樣，膠凝材料的熱膨脹系數(shù)影響較大，在經(jīng)歷相同溫度變化時，由于其間的熱膨脹系數(shù)不同，會產(chǎn)生溫度自應(yīng)力，從而影響混凝土的抗壓強度。因此，建立抗壓強度和熱膨脹系數(shù)之間的聯(lián)系，對于深入了解基本概念并從本質(zhì)上掌握兩個重要指標(biāo)具有現(xiàn)實意義。

2 熱變形與抗壓強度試驗

2.1 試驗方案

混凝土材料早期熱變形試驗考慮的因素有粗骨料種類、粉煤灰摻量、外加劑種類及摻量等，澆筑模具和熱變形測量相結(jié)合[2]，試件的尺寸為100mm×100mm×500mm的長方體；在制作熱變形試驗試件時，同時制作抗壓強度試驗所需的邊長為150mm的立方體試塊。粗骨料選擇了7種，分別為2種石灰石（骨料a-6.07和b-4.20）、2種花崗巖（骨料d-4.60和e-6.23）、1種片麻巖（骨料c-5.47）、1種石英石（骨料g-8.34）和1種卵石（骨料f-9.51），括號中的數(shù)字為其熱膨脹系數(shù)，單位×10-6/℃，水灰比均為0.48。粉煤灰摻量選擇了4種，分別為15%、30%、45%和60%，水灰比均為0.48；外加劑種類選取了5種和2個水平摻量，均來源于南京博特新材料有限公司，為2種高效減水劑(JM-A和JM-PCA(Ⅰ))，泵送劑(JM-Ⅷ)、引氣劑(JM-2000C)以及膨脹劑(JM-ⅢC)各1種。綜上，試件共21組，如表1所示。熱變形試驗采用了自主研發(fā)的試驗系統(tǒng)[2]，在混凝土初凝前即可開始試驗，測量混凝土早期熱變形，從而計算熱膨脹系數(shù)αc。抗壓強度試驗在混凝土澆筑后28d進行。

表1 試件基本情況表

2.2 試驗結(jié)果

21組試件抗壓強度試驗后，結(jié)果保留2位小數(shù)，如表2所示?；炷猎缙跓嶙冃卧囼炌瓿珊?，得到了試件內(nèi)部溫度變化值和外部變形值，經(jīng)計算后得到熱膨脹系數(shù)。試驗證明：混凝土早期熱膨脹系數(shù)αc是變化的，而非定值。在影響因素變化時，穩(wěn)定后的αc有規(guī)律性[3]。混凝土早期熱膨脹系數(shù)隨齡期變化的規(guī)律性是相似的，圖1所示是粉煤灰摻量為水泥質(zhì)量30%時即編號為Hnt-13的混凝土αc的變化規(guī)律，初凝前αc快速上升，在初凝至終凝之間，αc快速下降至最小值，而后緩慢上升至相對穩(wěn)定的值。

表2 混凝土28d抗壓強度

圖1 混凝土早期熱膨脹系數(shù)時變曲線

3 相關(guān)性分析

3.1 粗骨料種類

粗骨料不同的7組混凝土試件澆筑時，澆筑溫度在26.0℃與30.6℃之間，自然養(yǎng)護時混凝土試塊的內(nèi)部溫度有小幅升高。已知的是，砂漿基體熱膨脹系數(shù)大于粗骨料的熱膨脹系數(shù)，養(yǎng)護早期砂漿基體的彈性模量遠小于粗骨料的彈性模量，并可認為粗骨料是嵌入在砂漿基體中的。溫度升高時，基體膨脹大于粗骨料，故交結(jié)面上有拉應(yīng)力產(chǎn)生；此后，混凝土溫度降低到室溫20.0℃，而基體的熱膨脹系數(shù)降低且粗骨料的熱膨脹系數(shù)不變，兩者的交結(jié)面上存在自應(yīng)力。當(dāng)基體熱膨脹系數(shù)變化的差值和粗骨料熱膨脹系數(shù)最接近時，交結(jié)面上的自應(yīng)力最小，故整體的抗壓強度最大。在圖2中，當(dāng)粗骨料熱膨脹系數(shù)在5.5×10-6/℃左右時，抗壓強度有最大值。

圖2 抗壓強度與粗骨料熱膨脹系數(shù)的關(guān)系

3.2 粉煤灰摻量

在摻加粉煤灰的混凝土中，單位抗壓強度的熱膨脹系數(shù)隨著粉煤灰摻量的增加而線性增加，如圖3所示。這是因為混凝土抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加而減小，是一次函數(shù)；而熱膨脹系數(shù)隨著粉煤灰摻量的增加先增加后減小，是二次函數(shù)。兩者相比，顯示出一次函數(shù)的性質(zhì)，即為線性。

根據(jù)線性關(guān)系較強的摻粉煤灰混凝土的變化規(guī)律，擬合得到的單位抗壓強度的混凝土熱膨脹系數(shù)與粉煤灰摻量的關(guān)系，如式1所示，相關(guān)系數(shù)0.9663。

圖3 單位抗壓強度的熱膨脹系數(shù)與粉煤灰摻量的關(guān)系

3.3 外加劑

從編號Hnt-12至Hnt-21的10組混凝土試件28d抗壓強度的試驗結(jié)果可知，外加劑的摻量和種類對混凝土28d抗壓強度影響較大，如表2所示。10組試件用水灰比、水泥種類、粗骨料種類等均一致，而28d抗壓強度在28.27-45.60MPa之間變化。

圖4 混凝土抗壓強度與熱膨脹系數(shù)關(guān)系圖

穩(wěn)定后熱膨脹系數(shù)αc與同配合比混凝土28d抗壓強度之間的對應(yīng)關(guān)系，得到的關(guān)系圖如圖4所示。由圖4可知，除個別數(shù)據(jù)外，混凝土穩(wěn)定后的熱膨脹系數(shù)隨著28d抗壓強度的增長而呈現(xiàn)下降的趨勢。在摻外加劑混凝土中，混凝土的抗壓強度越高，其熱膨脹系數(shù)有減小的趨勢，即兩者成反比關(guān)系。

4 結(jié) 語

文中試驗研究了21組不同配合比混凝土早期熱膨脹系數(shù)及對應(yīng)的28d抗壓強度，通過比較研究得到以下結(jié)論。

1）相同配合比下，粗骨料熱膨脹系數(shù)對混凝土抗壓強度有影響，當(dāng)粗骨料熱膨脹系數(shù)在5.5×10-6/℃左右時，抗壓強度有最大值。

2）摻加粉煤灰混凝土中，單位抗壓強度的熱膨脹系數(shù)與粉煤灰摻量呈線性關(guān)系。

3）摻加外加劑混凝土中，28d抗壓強度越高，其熱膨脹系數(shù)有減小的趨勢，即兩者成反比關(guān)系。

[1]黃杰,吳勝興,沈德建.不同粗骨料混凝土早期熱膨脹系數(shù)試驗研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2010，26(3):154-158.

[2]河海大學(xué),江蘇順通建設(shè)工程有限公司.水泥基材料早齡期線性變形的測量裝置[P].中國專利:CN201247042,2009.

[3]黃杰,袁學(xué)鋒,帥映勇,徐軼安.不同水灰比混凝土早期熱膨脹系數(shù)試驗研究[J].工業(yè)建筑,2017,47(4):127-129,147.

杭州院中心組學(xué)習(xí)宣傳十九大精神

10月30日，杭州院中心組成員在1019會議室黨委組織理論中心組學(xué)習(xí)。全體黨委委員結(jié)合習(xí)總書記提出的一系列新判斷、新提法、新概念、新要求、新部署，集中學(xué)習(xí)《人民日報》專家解讀新概念。

中心組成員一致認為習(xí)總書記的報告鼓舞人心，振奮精神。特別是能否把政治建設(shè)放在首位和注重增強黨的政治領(lǐng)導(dǎo)力關(guān)系黨的興衰成敗。黨的十八大以來，之所以能夠解決長期想解決而不能解決的問題，辦成了過去想辦而沒有辦成的大事，更是得益于黨的強大的政治導(dǎo)向、政治定力和政治引領(lǐng)。不斷增強黨的政治領(lǐng)導(dǎo)力，是提高黨的建設(shè)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是發(fā)揮黨的政治優(yōu)勢的必然要求，是解決黨內(nèi)存在的突出問題的迫切需要。