基于水泥砂漿抗拉強(qiáng)度及彈性模量的研究

蔣春霞 （廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526020）

0 前言

有著“基建狂魔”稱號(hào)的中國(guó)這幾年在基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，類型不斷增多。水泥砂漿作為一種重要的膠凝材料，它的應(yīng)用也越來(lái)也廣泛。水泥砂漿抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性模量是水泥砂漿的重要力學(xué)性能參數(shù)，它的大小關(guān)系著砌體的抗開(kāi)裂能力的大小，因此，對(duì)于水泥砂漿的力學(xué)性能研究具有十分重要的意義。就目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于以水泥為基礎(chǔ)的材料有很多學(xué)者做了大量的研究，他們得出的結(jié)論對(duì)于工程實(shí)踐有很大的幫助。本文也是在前人的基礎(chǔ)上在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得水泥砂漿材料在不同齡期不同摻加劑情況下的拉荷載變形行為，從而得到水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度和彈性模量的變化規(guī)律，為研究水泥基材料的力學(xué)性能發(fā)展和抗開(kāi)裂能力提供一些幫助。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 原材料

本次實(shí)驗(yàn)用的水泥為海螺水泥公司生產(chǎn)的P·O42.5的普通硅酸鹽水泥，礦粉為嘉洋牌S95級(jí)，粉煤灰為山東順科建材科技有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，其中比表面積為380m/kg，燒蝕量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，砂為肇慶西江河邊的細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂，其含泥量為2.0%，天然密度為1565kg/m，實(shí)驗(yàn)用砂漿中的膠凝材料總量為730kg/m，水灰比為0.40，材料的其他性能如表1～表3。

硅酸鹽水泥的化學(xué)組成（質(zhì)量比ω%） 表1

粉煤灰化學(xué)組成（質(zhì)量比ω%） 表2

礦粉化學(xué)組成 表3

實(shí)驗(yàn)室中配制了ABCD4中水泥砂漿，其配合比見(jiàn)表4。

水泥砂漿配合比 表4

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

澆筑4個(gè)水泥砂漿，把它們養(yǎng)護(hù)至10小時(shí)，12小時(shí)，14小時(shí)，然后把它們分別置于測(cè)試試驗(yàn)機(jī)上，并讓試件處于軸心受拉狀態(tài)，然后每隔0.3s采集一次試件在拉伸過(guò)程中的表面狀態(tài)圖像。荷載的加載速度為10～15g/s，直到水泥砂漿試件被拉斷，把整個(gè)過(guò)程中的荷載大小和砂漿表面圖像記錄下來(lái)，得到如下幾個(gè)圖：其中圖1為水泥砂漿表面圖像，圖2為把圖1數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后得到的表面應(yīng)變?cè)茍D，圖3為數(shù)據(jù)再利用入matlab軟件計(jì)算后得到的單軸拉應(yīng)力方向?qū)?yīng)的應(yīng)變圖。

圖1 水泥砂漿表面圖像

圖2 表面應(yīng)變?cè)茍D

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 荷載對(duì)砂漿抗拉強(qiáng)度及抗拉彈性模量的影響

本文論述的對(duì)象主要是試件A，其他試件C、B、D跟A的規(guī)律大概一致就不再累贅。A砂漿試件在養(yǎng)護(hù)10小時(shí)、12小時(shí)、14小時(shí)后，選取應(yīng)力σ為0到0.090MPa時(shí)做出的表面應(yīng)變?cè)茍D見(jiàn)圖3，由圖可知：①若σ=0，則砂漿表面的應(yīng)變值不變也為0；②隨著σ的越來(lái)越大，砂漿試件的應(yīng)變也出現(xiàn)了變化，且在截面最小處出現(xiàn)了應(yīng)變集中現(xiàn)象。根據(jù)如下公式：

圖3 單軸拉應(yīng)力方向?qū)?yīng)的應(yīng)變圖

把數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得到砂漿的拉應(yīng)力，并根據(jù)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線和彈性模量圖。這些數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋混凝土算量的一個(gè)非常重要的參數(shù)。

2.2 礦物摻和料對(duì)砂漿抗拉強(qiáng)度及抗拉彈性模量的影響

試件A、B、C、D是摻加了不同摻和料砂漿試件，圖7、圖8和圖9分別是試件B、C、D的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，比較圖5、圖7、圖8和圖9可以得出砂漿的抗拉強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加呈增大的趨勢(shì)。A試件沒(méi)有摻加外加劑，它的抗拉強(qiáng)度是增長(zhǎng)最快的，說(shuō)明粉煤灰和礦粉等外加劑對(duì)砂漿的抗拉強(qiáng)度有影響，而水泥的水化速度是最快的。

圖4 不同齡期和不同σ的表面應(yīng)變?cè)茍D

圖5 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 彈性模量圖

圖7 B試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖8 C試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖9 D試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

而礦物摻和料對(duì)砂漿的彈性模量的影響與前面相同，4種試件的彈性模量圖如圖10所示。

圖10 不同砂漿的彈性模量

3 結(jié)論與分析

通過(guò)前面的試驗(yàn)及數(shù)據(jù)和圖像可以得出如下結(jié)論：①隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性模量都變大，且呈線性關(guān)系；②摻加了外加劑的水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性模量比純水泥砂漿都要小，且與外加劑的種類和數(shù)量有關(guān)系。

分析其原因有以下幾點(diǎn)：①由于在早期砂漿的強(qiáng)度還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，隨著時(shí)間變長(zhǎng)強(qiáng)度越來(lái)越大，其抵抗變形和應(yīng)變的能力越來(lái)越強(qiáng)，所以抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性模量都變大；②常見(jiàn)的外加劑如粉煤灰和礦粉會(huì)降低砂漿的抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性模量。