氧化石墨烯對(duì)高性能混凝土收縮徐變的影響研究

馬艷軍 王茜 湯津 周霄

摘 要：工程建設(shè)領(lǐng)域，高性能混凝土為重要施工材料，通過(guò)氧化石墨烯的應(yīng)用將對(duì)其收縮徐變特性帶來(lái)影響，但現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)對(duì)其影響機(jī)制的認(rèn)識(shí)尚未成熟。鑒于此，組織試驗(yàn)，根據(jù)氧化石墨烯的特性，探討該材料對(duì)于高性能混凝土在收縮徐變方面的影響機(jī)制。得知：通過(guò)氧化石墨烯的應(yīng)用，制得的高性能混凝土表現(xiàn)出收縮應(yīng)變特性，隨用量的增加而愈發(fā)顯著;同時(shí)其徐變系數(shù)呈降低的變化趨勢(shì)，隨用量的增加而快速下降。

關(guān)鍵詞：氧化石墨烯;高性能混凝土;收縮徐變

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

0 引言

現(xiàn)階段，以氧化石墨烯水泥凈漿為對(duì)象的研究正大規(guī)模展開(kāi)，已經(jīng)對(duì)其力學(xué)性能形成較準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，但就氧化石墨烯混凝土而言依然處于相對(duì)空白的狀態(tài)，為充分發(fā)揮出氧化石墨烯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，則需要加大在此方面的研究力度?；炷列阅茉u(píng)價(jià)體系中，收縮徐變?yōu)殛P(guān)鍵指標(biāo)，其細(xì)分為兩個(gè)概念：收縮發(fā)生于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下，指的是因游離水散失而出現(xiàn)的體積減小現(xiàn)象，其主要受到時(shí)間的影響;徐變則發(fā)生在混合料受應(yīng)力作用的條件下，指的是游離水被擠出后而出現(xiàn)的膠體體積變化現(xiàn)象（常伴有變形以及應(yīng)變的持續(xù)增加）。收縮徐變現(xiàn)象的出現(xiàn)，將對(duì)混凝土的工程性能帶來(lái)直接影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)其內(nèi)力和變形量均呈現(xiàn)出加大的變化趨勢(shì)，且在超過(guò)某閾值后混凝土將受損，結(jié)構(gòu)截面的抗裂度明顯不足，以混凝土為施工材料建成的結(jié)構(gòu)體系缺乏穩(wěn)定性與耐久性[1-2]。由此表明，收縮徐變效應(yīng)的不良影響程度較深，需在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以合理的方式規(guī)避此問(wèn)題。在現(xiàn)階段的高性能混凝土生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，氧化石墨烯被小規(guī)模地應(yīng)用于其中，但該類(lèi)材料對(duì)混合料收縮徐變特性的具體影響機(jī)制依然未全面揭開(kāi)“面紗”，業(yè)內(nèi)人士尚未深度掌握氧化石墨烯的應(yīng)用特性，因此其適用范圍未得到擴(kuò)寬，應(yīng)用頻率也相對(duì)較低。在此背景下，亟需對(duì)氧化石墨烯的特性展開(kāi)探討，明確其在高性能混凝土中的應(yīng)用效果，且需重點(diǎn)考慮該材料應(yīng)用后對(duì)混凝土收縮徐變所帶來(lái)的影響機(jī)制。對(duì)此，下文圍繞試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果展開(kāi)分析。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

以C50高性能混凝土為分析對(duì)象，取氧化石墨烯，將其摻入后制得3組試件，具體包含軸心抗壓、收縮、徐變?nèi)?lèi)，各自數(shù)量均為3個(gè)，如表1所示。結(jié)合表中內(nèi)容展開(kāi)分析，PSC指的是純凈的高性能混凝土，GOSC-1和GOSC-2兩類(lèi)材料均含氧化石墨烯，具體比例為0.02%、0.08%。試件的制備、養(yǎng)護(hù)及性能測(cè)試等相關(guān)工作的作業(yè)規(guī)范均參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）[3]，組織收縮徐變?cè)囼?yàn)以便探討不同摻量下高性能混凝土的實(shí)際表現(xiàn)，具體方法參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082-2009）[4]。

制得試件后，將其轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，分別給予持續(xù)7d的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，此后取出PSC、GOSC-1、GOSC-2三組試件，分別對(duì)其展開(kāi)7d軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，匯總所得結(jié)果，依次為36.9 MPa、38.0 MPa、42.0 MPa，在此基礎(chǔ)上取其40%，以作為徐變應(yīng)力。

取收縮徐變?cè)嚰瑴?zhǔn)備經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的千分表并將其置于試件的兩個(gè)側(cè)面，在確保安裝無(wú)誤后獲得初始數(shù)據(jù);將試件轉(zhuǎn)入徐變儀下壓板中心區(qū)域，讀取該條件下的數(shù)值;施加20%的徐變應(yīng)力，觀察兩側(cè)的變形量，若該值達(dá)到兩者均值的10%以上，則卸載并按照相同的方法再次加載作業(yè)（控制標(biāo)準(zhǔn)依然取徐變應(yīng)力的20%），經(jīng)過(guò)對(duì)變形值的校核后，進(jìn)一步加載直至完全與徐變應(yīng)力等值為止。期間讀取數(shù)據(jù)并記錄，明確各階段的變形值，以便后續(xù)展開(kāi)對(duì)比分析。

2 氧化石墨烯對(duì)高性能混凝土收縮徐變的影響

3組試樣的收縮應(yīng)變情況如圖1所示，結(jié)合圖中內(nèi)容展開(kāi)分析：隨時(shí)間的推移，混凝土收縮應(yīng)變均呈增加的變化趨勢(shì)，且集中在前28d，此后雖有收縮應(yīng)變但變化幅度較小;相比于PSC組而言，在摻入氧化石墨烯后，所得的混凝土具有更明顯的收縮應(yīng)變特征，且不同摻量下所帶來(lái)的應(yīng)變狀態(tài)也有所差異。結(jié)合圖2的收縮應(yīng)變?cè)黾勇士梢缘弥?，低摻量的氧化石墨烯混凝土?2d前的收縮應(yīng)變更為顯著，隨后該規(guī)律發(fā)生變化，以0.08%高摻量的組別更為顯著。但從總體變化趨勢(shì)來(lái)看，無(wú)論氧化石墨烯的摻量如何變化，制得的高性能混凝土在收縮應(yīng)變方面均無(wú)顯著的差異。

結(jié)合圖2內(nèi)容展開(kāi)分析：對(duì)于摻量為0.02%的組別，14d為明顯的分界點(diǎn)，該時(shí)間點(diǎn)之前收縮應(yīng)變具有大幅度提高的變化趨勢(shì)，14d的增加率達(dá)到最大狀態(tài)，即8.75%;隨后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)該值逐步降低。對(duì)于摻量為0.08%的組別，則以28d為明顯的分界點(diǎn)，該時(shí)間點(diǎn)之前收縮應(yīng)變具有大幅度提高的變化趨勢(shì)，28d的增加率達(dá)到最大狀態(tài)，即7.9%;隨后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)該值逐步降低。因此，在摻入氧化石墨烯后，其主要影響的是早期收縮特性，雖然會(huì)帶來(lái)后期影響但程度較為微弱。

3組試樣的徐變系數(shù)變化情況如圖3所示，結(jié)合圖中內(nèi)容展開(kāi)分析：各組別的徐變系數(shù)隨時(shí)間推移而具有的變化趨勢(shì)總體一致，以14d為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在此之前的徐變系數(shù)具有大幅度提高的特點(diǎn)，變化率較大;14d后曲線(xiàn)雖然提升但幅度較小，呈平緩變化特性，斜率較前期略有降低。經(jīng)對(duì)比分析后可以得知，在摻入氧化石墨烯后，其樣品的徐變系數(shù)明顯偏低，相比之下則以未摻入氧化石墨烯的試樣更高。由此表明，在氧化石墨烯的作用下，可以達(dá)到降低徐變系數(shù)的效果。此外，在相同時(shí)間點(diǎn)的條件下，含量大的組分所帶來(lái)的徐變系數(shù)降幅更大，其作用更加明顯。

3 結(jié)論

綜上所述，文章圍繞試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果展開(kāi)分析，現(xiàn)就全文內(nèi)容作如下總結(jié)：

（1）通過(guò)氧化石墨烯的應(yīng)用，制得的混凝土收縮應(yīng)變有所提高;在齡期逐步延長(zhǎng)之下，因摻入量的增加，收縮應(yīng)變也具有加大的變化趨勢(shì)。

（2）通過(guò)氧化石墨烯的應(yīng)用，有助于降低混合料的徐變系數(shù)，且在含量增加時(shí)其應(yīng)用效果更為顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]李昊陽(yáng).活性粉末混凝土收縮徐變效應(yīng)試驗(yàn)研究[D].北京交通大學(xué)，2016.

[2]林波.混凝土收縮徐變及其效應(yīng)的計(jì)算分析和試驗(yàn)研究[D].東南大學(xué)，2006.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB/T50081-2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].2003.

[4]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB/T50082-2009，普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].2009.