?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能的尺寸效應(yīng)研究

梁浩，宋佳雨，劉元珍

（1.廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500；2.太原理工大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引 言

輕質(zhì)保溫材料?；⒅榫哂惺芰π∽冃未蟮奶攸c，加入混凝土中對混凝土的力學(xué)性能有較大的影響。?；⒅楸鼗炷僚c普通混凝土都屬于脆性材料，具有尺寸效應(yīng)，即隨著結(jié)構(gòu)尺寸的變化，其基本力學(xué)性能也隨之發(fā)生改變[1-2]。目前，關(guān)于?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能尺寸效應(yīng)的研究相對于普通混凝土較少，所以需要研究現(xiàn)有規(guī)范中關(guān)于普通混凝土的尺寸效應(yīng)的論述是否適用于玻化微珠保溫混凝土。為了更好地研究玻化微珠保溫混凝土的基本力學(xué)性能的尺寸效應(yīng)，了解試塊尺寸隨著強度等級的變化對混凝土基本力學(xué)性能的影響，完善相關(guān)規(guī)范，與國內(nèi)外科研成果作對比，本文參考關(guān)于混凝土力學(xué)性能的相關(guān)文獻和規(guī)范[3-7]，對C30、C40、C50、C60、C70五種強度等級?；⒅楸鼗炷恋目箟簭姸?、劈裂抗拉強度、靜力受壓彈性模量及抗折強度進行研究，得出強度等級的變化規(guī)律和試塊尺寸對4種?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能的影響。

1 試驗

1.1 試驗材料

?；⒅椋毫?.5~1.5 mm，筒壓強度209 kPa，24 h吸水率40%，河南信陽某公司生產(chǎn)；水泥：太原獅頭牌42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積340 m2/kg，28 d抗折、抗壓強度分別為7.6、42.6 MPa；石子：粒徑 5~20 mm，表觀密度 2680 kg/m3，含泥量0.7%，壓碎指標(biāo)9.5%，太原某廠家；砂：Ⅱ區(qū)中砂，太原某廠家；硅灰：四川某公司產(chǎn)，平均粒徑180 nm，比表面積14 000 m2/kg；減水劑：聚羧酸減水劑；水：自來水。

1.2 試塊設(shè)計

試驗設(shè)計5種強度等級的玻化微珠保溫混凝土，主要配合比如表1所示，強度等級的劃分參考GB 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準》。

表1 玻化微珠保溫混凝土的配合比 kg/m3

制備棱柱體和圓柱體2種不同形狀的?；⒅楸鼗炷猎嚰?，每組3個試件，圓柱體試塊尺寸參考ASTM標(biāo)準均設(shè)計為Φ150 mm×300 mm，立方體和棱柱體試塊尺寸參考GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》，立方體抗壓強度試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，棱柱體軸心抗壓和劈裂抗拉強度試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，棱柱體靜力受壓彈性模量試塊尺寸為150 mm×150 mm×300 mm，棱柱體抗折試塊尺寸為150 mm×150 mm×400 mm。

1.3 試驗方案

按照試驗設(shè)計的配合比依次將?；⒅楸鼗炷恋脑贤度霐嚢铏C進行機械攪拌，然后將混凝土拌合物裝入相應(yīng)尺寸的模具，靜置24 h后編號拆模，之后送至實驗室養(yǎng)護池中養(yǎng)護至28 d，參照GB/T 50081—2016測試?；⒅楸鼗炷恋目箟?、劈裂抗拉、抗折強度和靜力受壓彈性模量。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 抗壓強度

不同強度等級下各個尺寸?；⒅楸鼗炷恋目箟簭姸纫姳?。

由表2可知，在相同強度等級下，保溫混凝土立方體抗壓強度是3種形狀的保溫混凝土抗壓強度中最高的，圓柱體的抗壓強度相對立方體較小，棱柱體的抗壓強度最低。這表明由于保溫混凝土試塊尺寸的不同導(dǎo)致混凝土抗壓強度有所差異，并且在相同強度等級下保溫混凝土的抗壓強度隨著尺寸的增大而降低，即保溫混凝土的抗壓強度具有尺寸效應(yīng)[8]。保溫混凝土的尺寸效應(yīng)可以從細觀結(jié)構(gòu)層面進行分析，保溫混凝土的破壞實質(zhì)上是細觀結(jié)構(gòu)層面的破壞和損傷，即水泥砂漿和骨料過渡區(qū)的破壞開裂。保溫混凝土的尺寸越大，其過渡區(qū)的范圍就越大，形成的裂縫更容易連通，更容易破壞，所以尺寸越大混凝土抗壓強度越低[9]。如果單獨比較圓柱體和立方體的靜力抗壓強度會發(fā)現(xiàn)，C30～C70五種強度等級下圓柱體的抗壓強度比棱柱體分別提高了2.7%、8.3%、21.0%、14.2%、15.8%，這表明強度等級越高，試塊尺寸對靜力抗壓強度的影響越大。

表2 4種尺寸保溫混凝土的抗壓強度

保溫混凝土立方體、棱柱體和圓柱體的抗壓強度fc（d）與基準抗壓強度fcu，150的換算系數(shù)[fc（d）/fcu，150]與強度等級關(guān)系如圖1所示。

圖1 保溫混凝土fcu，100/fcu，150、fc（d）/fcu，150與強度等級的關(guān)系

由表2、圖1可知，隨著強度等級的提高，100 mm立方體與150 mm立方體抗壓強度的換算系數(shù)呈增大的趨勢偏離1.0，棱柱體與150 mm立方體抗壓強度的換算系數(shù)呈減小的趨勢偏離1.0。這表明尺寸效應(yīng)隨著強度等級的提高對保溫混凝土立方體和棱柱體抗壓強度的影響更加顯著，這與蘇捷和方志[10]所得出的普通混凝土尺寸效應(yīng)隨強度改變的變化規(guī)律一致。圓柱體與150mm立方體抗壓強度的換算系數(shù)隨著強度等級的提高呈增大的趨勢接近1.0。這表明尺寸效應(yīng)隨著強度等級的提高對保溫混凝土圓柱體抗壓強度的影響逐漸減小。

2.2 劈裂抗拉強度

不同強度等級保溫混凝土標(biāo)準立方體和圓柱體的劈裂抗拉強度及兩者換算系數(shù)見表3。

表3 保溫混凝土標(biāo)準立方體和圓柱體的劈裂抗拉強度及換算系數(shù)

由表3可知，相同強度等級下圓柱體的劈裂抗拉強度均低于標(biāo)準立方體的。這表明?；⒅楸鼗炷恋呐芽估瓘姸群涂箟簭姸纫粯?，都具有尺寸效應(yīng)。這是由于保溫混凝土的劈裂抗拉強度和劈裂面的面積有關(guān)，劈裂面面積越小，劈裂抗拉強度就越大[11]。

保溫混凝土圓柱體劈裂抗拉強度與立方體劈裂抗拉強度的換算系數(shù)（ft，cy/ft，cu）與強度等級關(guān)系如圖 2 所示。

圖2 保溫混凝土ft，cy/ft，cu與強度等級的關(guān)系

由圖2可知，隨著強度等級的提高，保溫混凝土圓柱體和立方體劈裂抗拉強度的換算系數(shù)呈增大趨勢，且在C30到C50階段增幅較大，C50到C70階段增幅相對較緩，但是均小于1.0。這表明隨著強度等級的提高，換算系數(shù)在增大趨勢減緩的同時越來越接近1.0，保溫混凝土的尺寸效應(yīng)也越不明顯。這是由于混凝土強度等級越高，試塊的孔隙和缺陷就會越少，這與文獻[12]所得出關(guān)于劈裂抗拉強度尺寸效應(yīng)的結(jié)論一致。

2.3 靜力受壓彈性模量

為不同強度等級下保溫混凝土棱柱體和圓柱體靜力受壓彈性模量見表4。

表4 保溫混凝土棱柱體和圓柱體的彈性模量

由表4可知，在相同強度等級下，保溫混凝土棱柱體靜力受壓彈性模量均小于圓柱體靜力受壓彈性模量，而且隨著強度等級的提高，保溫混凝土棱柱體和圓柱體的靜力受壓彈性模量也不斷上升。這說明保溫混凝土的靜力受壓彈性模量具有尺寸效應(yīng)。其主要原因是，保溫混凝土的抗壓強度具有尺寸效應(yīng)，并且在相同等級下棱柱體的抗壓強度低于圓柱體。又因為在彈性模量的加載試驗中，所加載的抗壓強度要求達到破壞強度的1/3，所以加載在棱柱體上的壓強就比加載在圓柱體上的小，棱柱體的受壓變形就相對較小，所測得的靜力受壓彈性模量也就相對較小。這與文獻[13]所得出關(guān)于靜力受壓彈性模量尺寸效應(yīng)的結(jié)論一致。

比較5種強度等級下，圓柱體靜力受壓彈性模量比棱柱體的增加幅度發(fā)現(xiàn)，隨著強度等級的提高，圓柱體的靜力受壓彈性模量依次提高了1.2%、1.8%、2.1%、2.4%、2.5%。這表明試塊尺寸對保溫混凝土靜力受壓彈性模量的影響和對靜力抗壓強度的影響相同，但是沒有對靜力抗壓強度的影響明顯。

2.4 抗折強度

折壓比是分析保溫混凝土脆性的一個重要參數(shù)，表5為不同強度等級保溫混凝土棱柱體的抗折強度和折壓比。

表5 保溫混凝土棱柱體的抗折強度和折壓比

由表5可知，隨著混凝土強度等級的提高，保溫混凝土的抗折強度提高，折壓比減小。這表明保溫混凝土與普通混凝土相同，其脆性隨強度等級提高而增大[14-15]。

3 結(jié)論

（1）尺寸效應(yīng)對玻化微珠保溫混凝土的靜力抗壓、劈裂抗拉、抗折強度和靜力受壓彈性模量都有影響，但是相比于靜力抗壓強度，尺寸效應(yīng)對靜力受壓彈性模量的影響較小。

（2）尺寸效應(yīng)隨著強度等級的提高對玻化微珠保溫混凝土棱柱體抗壓強度的影響更加顯著，對圓柱體抗壓強度的影響逐漸減小，對?；⒅楸鼗炷僚芽估瓘姸鹊挠绊懸仓饾u減小。

（3）?；⒅楸鼗炷恋恼蹓罕入S著強度等級的提高而減小。