膠凝材料對(duì)水泥基材料徐變的影響

鄧 慧

(九江市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法支隊(duì)交通工程質(zhì)量質(zhì)監(jiān)大隊(duì),江西 九江 332000)

0 引 言

混凝土作為主要的建筑材料,在長(zhǎng)期荷載作用下會(huì)產(chǎn)生徐變,徐變的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致混凝土預(yù)應(yīng)力損失,增加混凝土的變形,如何解決混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的徐變問題成為焦點(diǎn)[1-3]。

許多研究學(xué)者從材料的組成入手進(jìn)行研究,其中于俊超等[4-6]通過研究結(jié)果表明可以在混凝土中摻入纖維來(lái)改善混凝土的性能;謝友均等[7]基于室內(nèi)試驗(yàn)研究表明,復(fù)合超細(xì)粉煤灰摻入混凝土能降低混凝土的徐變;趙慶新等[8-10]的研究表明,粉煤灰及磨細(xì)礦渣顆粒的彈性模量對(duì)混凝土的徐變有關(guān)鍵的影響作用?，F(xiàn)有研究已取得一定的成果,但在膠凝材料彈性模量對(duì)水泥基材料徐變性能的影響研究方面還存在不足。

為此結(jié)合現(xiàn)有的研究,通過室內(nèi)試驗(yàn)研究膠凝材料彈性模量對(duì)水泥基材料徐變的影響,以期能對(duì)行業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 原材料

本次試驗(yàn)所用原材料包括水泥、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、骨料、減水劑和水,以下對(duì)原料進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

1.1 水泥

水泥的水化硬化是使混凝土材料具有強(qiáng)度的主要原因,因此水泥的摻量及品種對(duì)水泥基材料的徐變有著重要的影響,因此在選用水泥時(shí)應(yīng)選擇混合材料較少的水泥,在考慮各種水泥的指標(biāo)和組成成份后,試驗(yàn)采用強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥,水泥基本性能如表1所示。

表1 水泥的化學(xué)成分及彈性模量

1.2 粉煤灰

粉煤灰是一種惰性的摻和料,將其添加到混凝土中能利用其自身的“微集料效應(yīng)”,對(duì)混凝土的徐變產(chǎn)生影響,試驗(yàn)所采用的粉煤灰化學(xué)成分和彈性模量如表2所示。

表2 粉煤灰的化學(xué)成分及彈性模量

1.3 礦粉

礦粉在混凝土中能改善混凝土的和易性,對(duì)混凝土的徐變產(chǎn)生影響,試驗(yàn)所采用的粉煤灰化學(xué)成分和彈性模量如表3所示。

表3 礦粉的化學(xué)成分及彈性模量

1.4 骨料

水泥基材料的徐變性能與級(jí)配的良好狀況和砂率的合理性有很大的關(guān)系,采用的細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)為2.8,表觀密度為2 650 kg/m3,其他的物理性能指標(biāo)如表4所示。

表4 細(xì)集料的物理性能指標(biāo)表

1.5 減水劑和水

試驗(yàn)所采用的減水劑為高效聚羧酸減水劑,試驗(yàn)中減水劑的摻量為30%;試驗(yàn)所采用的水為飲用水。

1.6 配合比

通過設(shè)置不同的配合比試驗(yàn)組進(jìn)行試驗(yàn),具體的砂漿配合比及抗壓強(qiáng)度如表5所示。

表5 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)表

2 試驗(yàn)分析

根據(jù)相關(guān)研究[9],水泥砂漿與混凝土徐變曲線具有相似性,徐變的變化規(guī)律也較為接近,因此為節(jié)約成本,降低試驗(yàn)的難度,對(duì)混凝土徐變的研究采用相同配比的砂漿進(jìn)行模擬替換,試驗(yàn)過程中的加載裝置、試件制作及加載如下所述。

2.1 試件制作

試驗(yàn)采用砂漿試件來(lái)代替混凝土試件,因此在制作試件時(shí),按照上述配合比表格進(jìn)行拌制制作40 mm×40 mm×160 mm的棱柱體,一組中一共制作9個(gè)試件,其中6個(gè)用于進(jìn)行抗壓試驗(yàn),3個(gè)用于徐變?cè)囼?yàn),用保鮮膜覆蓋成型的試件,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)24 h后拆模,隨后將試件放入水中再次養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為28 d,當(dāng)養(yǎng)護(hù)完成后將試件取出,進(jìn)行打磨、清洗,粘貼應(yīng)變片、焊接應(yīng)變片和導(dǎo)線并將引線焊于引線端子上、檢查電路、應(yīng)變片涂環(huán)氧樹脂等操作后進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的徐變儀原理進(jìn)行修改,形成小型的徐變儀裝置,裝置中包括4個(gè)立柱,底板、頂板和承壓板及4根彈簧,加載裝置剛好能夠裝載一個(gè)砂漿試件,加載裝置如圖1所示。

圖1 徐變?cè)囼?yàn)裝置示意圖

2.3 試驗(yàn)加載

在進(jìn)行加載時(shí)采用液壓伺服試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行加載, 按照荷載控制的標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)行預(yù)加載, 并讀取預(yù)加載的荷載值及觀察應(yīng)變變化,預(yù)加載3～5次,當(dāng)連續(xù)兩次數(shù)據(jù)的平均值差值小于1%后即可正式進(jìn)行加載,直到達(dá)到荷載控制的指標(biāo)后停止加載,荷載的控制指標(biāo)根據(jù)抗壓強(qiáng)度確定,在加載的區(qū)間隨時(shí)觀察試件的變化并計(jì)入加載的荷載及應(yīng)變片應(yīng)變值,為保持溫度變化帶來(lái)的影響,加載的過程應(yīng)控制在1 h作用。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 一種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗(yàn)分析均按第1組為試驗(yàn)基本組進(jìn)行分析,改變一種膠凝材料的彈性模量,具體的試驗(yàn)組分別為第1組、第5組、第6組和第7組,具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 一種膠凝材料彈性模量改變的徐變結(jié)果圖

從圖2(a)中可以看出,不同試驗(yàn)組的徐變變化大致相似,均表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,后趨于平緩;相比于第1組基本組,改變其中一種膠凝材料的彈性模量后,都會(huì)使砂漿的徐變?cè)龃?并且從圖2(b)中可以看出,礦粉作為膠漿材料對(duì)徐變的增大作用最強(qiáng),第二是粉煤灰,最小的是水泥,說明降低其中一種膠凝材料的彈性模量能夠減弱膠凝材料顆粒的“微集料效應(yīng)”,能夠使徐變?cè)龃蟆?/p>

3.2 兩種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗(yàn)分析均按第1組為試驗(yàn)基本組進(jìn)行分析,分析改變其中兩種膠凝材料的彈性模量對(duì)水泥基徐變性能的影響,具體的試驗(yàn)組分別為第1組、第8組、第9組和第10組,具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 兩種膠凝材料彈性模量改變的徐變結(jié)果圖

從圖3(a)中可以看出,不同試驗(yàn)組的徐變變化大致相似,均表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,后趨于平緩;相比于第1組基本組,改變其中兩種膠凝材料的彈性模量后,都會(huì)使砂漿的徐變?cè)龃?并且從圖3(b)中可以看出,第10組大于第9組大于第8組大于第1組,但第8組和第9組在360 d的徐變度與第1組相近,增加的幅度約為7.8%,與單獨(dú)降低一種膠凝材料彈性模量相比,降低兩種膠凝材料的彈性模量對(duì)徐變的影響較差,因此在實(shí)際工程中可進(jìn)行單一因素控制。

3.3 三種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗(yàn)分析均按第1組為試驗(yàn)基本組進(jìn)行對(duì)比分析,改變?nèi)N膠凝材料的彈性模量,具體的試驗(yàn)組分別為第1組和第2組,具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種膠凝材料彈性模量改變的徐變結(jié)果圖

從圖4(a)中可以看出,不同試驗(yàn)組的徐變變化大致相似,均表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,后趨于平緩;從圖4(b)中可以看,相比于第1組基本組,改變?nèi)N膠凝材料的彈性模量后,砂漿的徐變?cè)龃?但此時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度也降低,因此在實(shí)際工程中因綜合考慮是否同時(shí)降低三種膠凝材料的彈性模量。

3.4 膠凝材料摻量的影響分析

本次試驗(yàn)分析均按第1組為試驗(yàn)基本組進(jìn)行對(duì)比分析,改變膠凝材料的摻量對(duì)水泥基徐變性能的影響,具體的試驗(yàn)組分別為第1組、第2組、第3組和第4組,具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 膠凝材料摻量改變的徐變結(jié)果圖

從圖5(a)中可以看出,不同實(shí)驗(yàn)組的徐變變化大致相似,均表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,后趨于平緩;從圖5(b)中可以看,相比于第1組基本組,當(dāng)僅改變膠凝材料的彈性模量時(shí),第二組的徐變度增大約46%;當(dāng)僅改變礦物摻量時(shí),第三組的徐變?cè)龃蠹s10%;當(dāng)摻量和彈性模量同時(shí)改變時(shí),第四組的徐變度增大約18%,說明膠凝材料彈性模量的改性對(duì)徐變的影響遠(yuǎn)大于摻量改變帶來(lái)的影響。

4 結(jié) 論

通過試驗(yàn)對(duì)膠凝材料彈性模量的改性和摻量的改變進(jìn)行研究,結(jié)果表明:當(dāng)單獨(dú)降低一種膠凝材料彈性模量時(shí),砂漿試件的徐變度增加約19%～34%;當(dāng)同時(shí)降低兩種膠凝材料彈性模量時(shí),砂漿試件的徐變度增加約8.0%～41%,但此時(shí)試件的強(qiáng)度及徐變穩(wěn)定性會(huì)降低;當(dāng)同時(shí)降低三種膠凝材料彈性模量時(shí),砂漿試件的徐變度增加約46%,但此時(shí)試件的強(qiáng)度降低明顯;膠凝材料的摻量對(duì)徐變的影響比彈性模量要小。