飽和狀態(tài)下泡沫混凝土力學(xué)特性試驗(yàn)研究

花 全 劉孝江 邵成健

(1.鹽城市交通運(yùn)輸局，江蘇 鹽城 224000； 2.上海交通大學(xué)，上海 200240)

飽和狀態(tài)下泡沫混凝土力學(xué)特性試驗(yàn)研究

花 全1劉孝江1邵成健2

(1.鹽城市交通運(yùn)輸局，江蘇 鹽城 224000； 2.上海交通大學(xué)，上海 200240)

以水膠比為0.5的泡沫混凝土為研究對象，采用試驗(yàn)方法，對比了其在自然和飽和狀態(tài)下28 d齡期的力學(xué)性能，分析了其應(yīng)力—應(yīng)變曲線的變化規(guī)律，得到了抗壓強(qiáng)度、彈性模量與氣泡率的關(guān)系。

泡沫混凝土，飽和狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度，彈性模量

0 引言

泡沫混凝土是一種在水泥等其他膠凝材料漿體混合均勻后加入一定量的泡沫而制得的，因其具有質(zhì)輕，強(qiáng)度高，保溫隔熱性能和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在工程中得到廣泛應(yīng)用[1-5]。

泡沫混凝土因其含有大量氣泡，容易吸水，因此研究其在飽和狀態(tài)下力學(xué)特性尤為重要。本文研究了水膠比為0.5的泡沫混凝土在飽和和自然養(yǎng)護(hù)條件下其28 d齡期力學(xué)特性，分析了其應(yīng)力—應(yīng)變曲線變化規(guī)律，探討了飽和條件對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量與氣泡率之間關(guān)系表達(dá)式中參數(shù)大小的影響，為全面了解泡沫混凝土的力學(xué)性能提供了指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

1)水泥。

選用上海海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥的技術(shù)性能指標(biāo)

2)粉煤灰。

選用符合ASTM C618—1989的F級(jí)粉煤灰，其主要化學(xué)組成如表2所示。

表2 粉煤灰化學(xué)成分和含量 %

3)礦粉。

選用由上海寶鋼集團(tuán)公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，其化學(xué)成分如表3所示。

表3 礦粉化學(xué)成分和含量 %

4)發(fā)泡劑。

本試驗(yàn)采用的是一種植物類蛋白發(fā)泡劑，為淡黃色油狀液體，有刺激性氣味，如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)利用水泥發(fā)泡一體機(jī)進(jìn)行制備泡沫混凝土，如圖2a)所示。泡沫混凝土的單軸壓縮試驗(yàn)在液壓伺服試驗(yàn)機(jī)(如圖2b)所示)上進(jìn)行，其最大量程為300 kN。

1.3 試驗(yàn)方法

1)試樣制作。將水泥、粉煤灰、礦粉按照質(zhì)量比16∶3∶1稱取后混合均勻，與水按照水膠比0.5制成水泥漿后，利用水泥發(fā)泡一體機(jī)，將不同量的泡沫加入到漿體中，混合攪拌均勻后倒入邊長為100 mm的立方體試模中，第2天拆模。

2)養(yǎng)護(hù)方法。拆模后的試樣在自然條件中養(yǎng)護(hù)至14 d后，對于不同氣泡率的泡沫混凝土，分別取3個(gè)試塊在烘箱中烘干至恒重后，放入水中養(yǎng)護(hù)至28 d，如圖3所示。

3)強(qiáng)度試驗(yàn)。對自然和水中養(yǎng)護(hù)的28 d齡期泡沫混凝土分別進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。加載速率為1 mm/min，液壓伺服試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)采集荷載和位移。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線

如圖4所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其應(yīng)力—應(yīng)變曲線變化特征。從圖4中可以看出，對于兩種不同養(yǎng)護(hù)條件下，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線變化規(guī)律基本一致，均可以用四個(gè)階段來表示：

1)密實(shí)階段。

這一階段試樣在外力作用下，由于含有較多氣泡，試樣呈現(xiàn)逐漸被密實(shí)的狀態(tài)。

2)線彈性階段。

此階段應(yīng)力與應(yīng)變基本呈線性關(guān)系，其斜率即為試樣的彈性模量。

3)屈服階段。

此階段泡沫混凝土應(yīng)力變化較小，曲線斜率逐漸減小，隨著應(yīng)變增大，應(yīng)力緩慢增大至最大值。

4)破壞階段。

當(dāng)應(yīng)力達(dá)到最大值后，試樣發(fā)生破壞，繼續(xù)加載，應(yīng)變不斷增加而應(yīng)力逐漸減小，泡沫混凝土失去承載能力，發(fā)生破壞。

2.2 抗壓強(qiáng)度

如圖5所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其抗壓強(qiáng)度與氣泡率的關(guān)系。通過對縱坐標(biāo)取對數(shù)刻度，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.95，所以28 d齡期情況下，飽和和自然養(yǎng)護(hù)條件下泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與氣泡率呈指數(shù)關(guān)系，可表示為：

σ=σc,0e-k1Va

(1)

式中：σ——泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；σc,0——?dú)馀萋蕿?時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；k1——常數(shù)；Va——?dú)馀萋省?/p>

自然養(yǎng)護(hù)條件下σc,0值為39.314，k1值為5.089，而飽和狀態(tài)下σc,0值為26.563，對應(yīng)的k1值為4.512?？梢姡陲柡蜖顟B(tài)下的σc,0和k1比自然養(yǎng)護(hù)條件下的要小。

2.3 彈性模量

如圖6所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其彈性模量與氣泡率的關(guān)系。通過對縱坐標(biāo)取對數(shù)刻度并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，得到泡沫混凝土彈性模量與氣泡率之間的關(guān)系，可表示為：

E=Ec,0e-k2Va

(2)

式中：E——泡沫混凝土彈性模量，MPa；Ec,0——?dú)馀萋蕿?時(shí)的混凝土彈性模量，MPa；k2——常數(shù)。

自然養(yǎng)護(hù)條件下Ec,0值為2 041.2，k2值為3.759，而飽和狀態(tài)下Ec,0值為1 776.7，對應(yīng)的k2值為3.44。可見，在飽和狀態(tài)下的Ec,0和k2比自然養(yǎng)護(hù)條件下的要小。

3 結(jié)語

1)在單軸受壓作用下，飽和和自然養(yǎng)護(hù)的泡沫混凝土其應(yīng)力—應(yīng)變曲線變化規(guī)律基本一致，均經(jīng)歷密實(shí)、線彈性、屈服和破壞四個(gè)階段。

2)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度與氣泡率呈指數(shù)關(guān)系，飽和狀態(tài)下其σc,0和k1值要比自然狀態(tài)下的小。

3)泡沫混凝土的彈性模量與氣泡率呈指數(shù)關(guān)系，飽和狀態(tài)下其Ec,0和k2值要比自然狀態(tài)下的小。

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Experimental study on mechanical properties of foamed concrete under saturated condition

Hua Quan1Liu Xiaojiang1Shao Chengjian2

(1.TransportationBureauofYancheng,Yancheng224000,China; 2.ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)

Taking the foam concrete with 0.5 of water-binder ratio as the research target, the paper compares the mechanical performance of foam concrete with the age of 28 d under natural saturated condition by applying experimental method, analyzes its stress strain curve changing law, and finally obtains the relationship among compressive strength, elastic modulus and bubble rate.

foam concrete, saturated condition, compressive strength, elastic modulus

1009-6825(2017)03-0107-02

2016-11-19

花 全(1971- )，男，高級(jí)工程師； 劉孝江(1974- )，男，工程師； 邵成健(1991- )，男，在讀碩士

TU528

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