多孔混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)研究

楊喆 李鵬 尹鳳杰 李海超 毛鵬超

摘 要

本文采用粒徑范圍為5-10mm的碎石制備多孔混凝土，通過(guò)控制水灰比和目標(biāo)孔隙率來(lái)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，測(cè)試不同水灰比、目標(biāo)孔隙率下多孔混凝土的力學(xué)性能和實(shí)測(cè)孔隙率，分析其變化規(guī)律及作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞

多孔混凝土;水灰比;孔隙率;力學(xué)性能

中圖分類(lèi)號(hào)： TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 55

0 引言

多孔混凝土也稱為大孔混凝土或多孔貧混凝土，采用水泥、粗骨料、水、少部分細(xì)骨料（或無(wú)細(xì)骨料）拌合而成。凝結(jié)硬化后形成的多孔結(jié)構(gòu)有較好的排水性、透氣性，廣泛應(yīng)用于道路、堤壩等場(chǎng)所，還可以為生物提供棲息場(chǎng)所。國(guó)外在20世紀(jì)40年代時(shí)就開(kāi)始進(jìn)行了多孔混凝土的研究，國(guó)內(nèi)雖然對(duì)于多孔混凝土的研究起步較晚，但已經(jīng)獲得了許多研究成果。

1 試驗(yàn)原材料及配比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

水泥：采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通水泥;粗骨料：粒徑為5-10mm的碎石;減水劑：聚羧酸高效減水劑;水：自來(lái)水。

1.2 配合比

本試驗(yàn)通過(guò)控制水灰比來(lái)控制多孔混凝土的孔隙率。經(jīng)過(guò)前期試配試驗(yàn)后將目標(biāo)孔隙率設(shè)定為10%、25%，水灰比分別為0.25、0.3、0.35、0.4，共計(jì)8組試件進(jìn)行多孔混凝土的基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究。各試驗(yàn)組配合比見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 孔隙率對(duì)多孔混凝土基本力學(xué)性能的影響

本試驗(yàn)研究了孔隙率為10%和25%的多孔混凝土的強(qiáng)度，如圖1、圖2所示，孔隙率為10%的多孔混凝土在抗壓、抗折強(qiáng)度上均優(yōu)于25%的多孔混凝土。原因在于多孔混凝土主要依靠水泥和骨料之間的粘合力來(lái)抗壓和抗折，而孔隙率越高，多孔混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越松散，各材料之間的黏結(jié)強(qiáng)度越弱，因此導(dǎo)致其抗壓及抗折強(qiáng)度降低。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)孔隙率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響程度要高于抗折強(qiáng)度，當(dāng)混凝土用作抗壓試件時(shí)更要特別注意孔隙率的影響。

2.2 水灰比對(duì)多孔混凝土基本力學(xué)性能的影響

如圖1、圖2所示，當(dāng)孔隙率一定時(shí)，隨水灰比的增大，多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，由于本試驗(yàn)中未使用細(xì)骨料，全部由粗骨料替代，水膠比增大使各骨料之間的黏結(jié)能力增強(qiáng)，因此其抗壓強(qiáng)度有所提高。而對(duì)于普通混凝土，由于水灰比增大，導(dǎo)致游離水增加，其蒸發(fā)后形成更多的孔隙，從而降低了混凝土的密實(shí)度。所以隨著水灰比的增大，普通混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。這也是多孔混凝土與普通混凝土的不同之處?？紫堵使潭〞r(shí)，隨水灰比的增大，多孔混凝土的抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在水灰比為0.35時(shí)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值，且孔隙率越小，抗折強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)越明顯。由于水灰比為0.4的多孔混凝土試件抗壓強(qiáng)度與水灰比為0.35的試驗(yàn)組的抗壓強(qiáng)度相差不多，所以認(rèn)為水灰比為0.35、孔隙率為10%的試驗(yàn)組為本試驗(yàn)條件下的最優(yōu)配比。

2.3 目標(biāo)孔隙率與實(shí)測(cè)孔隙率的比較

本文通過(guò)質(zhì)量法測(cè)試多孔混凝土試件的孔隙率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。可以看出多孔混凝土的實(shí)測(cè)孔隙率總體來(lái)說(shuō)較為準(zhǔn)確，但與目標(biāo)孔隙率相比均偏大一些，查找相關(guān)文獻(xiàn)后認(rèn)為主要原因是水泥水化硬化會(huì)引起混凝土發(fā)生收縮，形成一些連通的縫隙，因而導(dǎo)致測(cè)得的多孔混凝土孔隙率會(huì)偏大。

3 結(jié)論

（1）多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨孔隙率的增大而降低。

（2）多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，抗折強(qiáng)度在水灰比為0.35時(shí)存在峰值點(diǎn)。在本試驗(yàn)的條件下將水灰比為0.35的試驗(yàn)組定為多孔混凝土的最優(yōu)配比。

（3）通過(guò)控制水灰比可以較好地控制多孔混凝土的孔隙率，但實(shí)測(cè)孔隙率由于混凝土發(fā)生收縮開(kāi)裂而導(dǎo)致偏大。

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