玻化微珠保温混凝土轴心抗压强度的试验研究.pdf

2 0 1 1年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT P RODUCT S 2 01 1 N0 1 J a n u a r y 玻化微珠保温混凝土轴心抗压强度的试验研究 孙继红 ， 张泽平 ， 李 珠 ( 1 山西经 贸职业学 院 ， 太原 0 3 0 0 2 4 ； 2 太 原理工 大学建筑 与土木 工程学 院 ， 0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ：通过对玻化微珠保 温混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的测定，分析 了棱柱体的破 坏特征及应 力一 应 变全 曲线 ， 并 回 归 了玻 化 微 珠保 温混 凝 土 的轴 心 抗 压 强度 与 立 方体 抗 压 强 度 的 关 系式和 峰 值 应 变公 式 ， 为进 一 步研 究玻化微珠保 温混凝土以及采用该混凝土进行结构设计提供 了理论和参 考依据。 关 键词 ： 玻化 微 珠 保 温 混凝 土 ； 轴 心 抗 压 强度 ； 峰 值 应 变 Ab s t r a c t ：T h r o I g h d e t e r mi n i n g t h e a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f t h e rm a l i n s u l a t i o n gl a z e d h o 1 l o w b e a d c o n c r e t e ， d a ma g e c h a r a c t e r i s t i c s a n d s t r e s s - s t r a i n c u r v e s o f p ri s m a r e a n a l y z e d ， a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e a x i a l c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f t he r ma l i n s ul a t i o n g l a z e d h o l l o w be ad c o n c r e t e a n d c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d t h e f o r mu l a o f p e a k s t r e s s a r e r e t u r n e d w h i c h p r o v i d e s t h e t h e o r y a n d r e f e r e n c e f o r t h e f u r t h e r s t u d y o f t l l e rm a l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e a n d s t r u e t u r a l d e s i g n u s i n g t h i s c o n c r e t e Ke y wo r ：T h e rm a l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e ； A x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n gth； P e a l【s t r e s s 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 1 - 5 6 - 0 3 0前 言 玻 化微珠 保温混 凝土 是在 常规混 凝土 中加 入一 种 轻 质绝 热 保 温 材料 玻 化 微 珠 及 一些 掺 合 料 和 添加剂 ， 使得 混凝 土在 浇筑 成建 筑物 外 围护结 构 构 件 时 ， 既可 以承受 建 筑 物荷 载 ， 又能 解 决建 筑 物 保 温节能 问题 ， 同时 还可 以避 免建筑 物 采取 其它 保 温 措施 中难 以解 决 的热 桥 、 冷 桥 问题 _ 】 】 ， 是 一 种 绿 色、 环保的高效生态建筑材料。 采用棱柱体测得的轴心抗压强度 比立方体抗 压 强 度 能更 好 地反 映 混凝 土 受 压构 件 的实 际抗 压 能 力 ， 所 以 ， 在钢筋 混凝 土结 构设计 中 ， 计算 轴 心受 压 构件 时 ， 应 以混凝 土 的轴心 抗压 强度 作 为设计 依 据 。 因此 ， 本 文对玻 化微 珠保 温混 凝土 轴心 抗压 强 度进行 了研究 。 1 混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度关系 因棱柱 体试件 的高宽 比较 大 ， 试 验 机压 板与 试 件之 间摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束 影 响较 小 ， 故 棱柱 体试件 的轴心抗 压 强度 比立 方 体 试件 的抗压 强 度值 ， ： 小 ， 但 两 者 之 间存 在 一定 的关 系 。对 于普通 混凝 土 ， 根 据我 国所 做 的混 凝土 棱柱体与立方体抗压强度对比试验的结果 ， 试验值 和 的统计平 均值 大致 成一 条直 线 ， 它们 的 比值 大致 在 0 7 0 - 0 9 2的范 围 内变化 ，强 度 大 的 比值 大 些 。当标 准立方体抗 压强度 在 1 0 5 0 MP a 范 围 内 时 ， 轴 心抗压强 度与立 方体抗压 强度 的关 系式12 为 ： = 0 7 ( 1 ) 一 5 6一 在文 献【 3 中 ， 对 不 同品种 轻 骨料 混凝 土 的 4 7 1 组 试件进 行试验 ， 经统计 得出 了经验公式 ： = 0 8 0 5 f c + 3 7 ( 2 ) 通过 坐标原点 的近似公 式为 ： f c = O 9 ( 3 ) 式 中， ， ： 为 2 0 0 mmx 2 O O m mx 2 O O m m立方体抗压强 度 i 为 l O O m mx l O O m mx 3 O O m m棱柱体抗压强度。 将上式 中的棱柱体和立方体非标准试件的抗 压 强度 分 别 按 0 9 5和 1 O 5的换 算 系 数换 算 成 1 5 0 m m x l 5 O m m 3 0 0 m m 的 棱 柱 体 标 准 试 件 和 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx 1 5 0 m m的立方体标准试件 的抗压 强度 。 则 ：( 1 ) 式 变为 = 0 7 2 + 3 5 ( 4 ) ( 2 ) 式 变为 = O 8 ( 5 ) 因此 ， 轻骨料混凝土的轴心抗压强度高于同强 度 等级 的普 通混凝 土 ， 但其 离散 性 略大 。考 虑到 轻 骨 料 混凝 土 本 身 的均 匀 性较 差 以及试 验 误 差 等 因 素 ，及其 对结 构构 件性 能可 能带 来 的不利 影 响 ， 轻 骨料混凝土的轴心抗压强度取值适当降低 ， 并建议 按普通混凝土来取值。我国J G J 1 2 9 9 轻骨料混凝 土结构设计规程 对轴心抗压强度的取值和普通混 凝 土相 同。 2试 验 2 1 原 材料 水 泥 ： 4 2 5 级 普通硅 酸盐水 泥 。 玻 化 微 珠 ： 是 一 种 无机 玻 璃 质 矿物 材 料 ， 由火 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙继 红 ， 张泽平 ， 李 珠 玻 化微珠 保 温混凝 土轴 心抗 压强 度 的试 验研究 山岩 粉碎 成 矿砂 ，经过 特 殊膨 化烧 法 加 工 而成 ， 产 品呈 不 规 则 球 状 颗 粒 ， 内部 为 空 腔 结 构 ， 表 面玻 化 封 闭 ， 理化 性 能 稳 定 ， 具 有质 轻 、 隔 热 防 火 、 耐 高 低 温 、 抗老 化 、 吸水率 小等 优 良特征 。试 验选 用太 原某 公 司生 产 的 S K D l I 产 品 ，产 品 的物 理性 能 和形 状 见表 1 和 图 1 。 石 ： 碎 石 ， 粒 径 5 2 0 ram， 堆积密 度 1 6 3 0 k g m。 。 表 1 玻 化 微 珠 的物 理 性 能 项 目 性 能 粒 度 mm 容重 ( k g m ) 导热 系数 ( W m K) 漂 浮率 表 面玻 化 率 吸水率 ( 真空抽 滤法测定 ) 1 MP a压力 的体 积损 失 率 耐 火 度 0 5 1 5 8 0-1 3 0 0032 004 5 98 95 2 0- 50 3 8- 46 l 28 0-l 3 60 图 1 显 微 镜 F玻 化 微 珠 的 形 状 砂 ： 普 通河 砂 ， 含 泥量 小 于 2 ， 中砂 ， 堆 积 密度 1 5 0 0k g m 。 掺合料和外加剂 ： 自行研制的 I 型外加剂 以及 复 合矿物超 细 粉 。 2 2 试 验配合 比 分 别 配 制 C 2 5、 C 3 0 、 C 3 5强 度 等 级 的玻 化 微 珠 保温 混凝 土 ， 其 材料 用量见 表 2 。 表 2 玻化微珠保温混凝土配合 比 在 各配 合 比中 ， 玻 化 微珠 掺 量 为 预拌 混 凝 土体 积 的 1 0 0 ，并掺入适量的 I型 lq J H 剂和复合矿物 超 细粉 。 2 3试验过 程 试验 共分 9组 ， 每个 配 合 比为 三 组试 验 。试 验 中成 型 1 5 0 minx 1 5 0 m mx 1 5 0 m m 的 立 方体 试 块 测 定 抗 压 强度 ， 成型 1 5 0 m m 1 5 0 m m 3 0 0 m m 的试 件测 定 轴 心抗 压强度 。试验 过程 中混 凝土拌 合物采 用 机械 搅 拌 ， 振动 台振 捣密 实 ， 并在 养护 箱 中养护 2 8 d 。立 方 体 抗 压 强 度 与 轴 心 抗 压 强 度 均 采 用 WA W l O 0 0 k N微机 控制 电液伺 服万 能试验 机进行 测定 。 测 定 轴心 抗压 强 度 时 ， 加 载 按设 定 的等 位 移 0 0 3 m m s 的速 度加 载 ， 实现应 力一 应变 全 曲线的量 测 。立方体 抗压 强 度加 载 按试 验 力控 制 ，以 0 4 k N s的速 度加 载 ， 试 样 采 用 自动 侦 测 试 验破 坏 ， 当负 荷 瞬 时 下掉 1 0 最 大负 荷 时认 为试 样 破坏 ， 记 录破 坏 时荷 载 P ， 并将其换算成该试块的抗压强度。 3试 验结果 分析 3 1 棱 柱体破 坏特 征 棱柱体 试件 受压 破坏见 图 2 。 图 2棱 柱 体试 件 受 压 破 坏 情 况 试 验过 程 中 随着荷 载 增 加 ， 试 件首 先 出现 微 裂 缝 ， 此 裂缝 短而 细 ， 平 行 于 受 力 方 向 ， 而 后 微 裂 缝数 量 增加 并继 续 缓慢 扩 展 ， 在试 件 表 面形 成贯 通 的裂 缝 ， 有 的试件 还有 劈 裂声 响。贯 通 裂缝 形 成后 ， 试件 靠 肢体 和缝 问摩 擦力 支撑 ，有 的 出现 了纵 向或 略斜 的分 支裂缝 ， 承载 力趋 于稳定 。 试 件的基 本破坏 形态 为纵 向劈裂 破 坏， 在 剪切 破坏 面未发 现 有 骨料 破坏 ， 这 与普通 混凝 土 比较 一致 ， 但 是 破坏 面与荷 载 垂线 的夹 角明显 大 于普通 混凝 土 。通过 比较 三种配 合 比 方案下试件 的破坏过程 ， 可 以看 出， 破坏 随强度等 级 的提高 ， 峰值 应力提 高 ， 峰值处延缓 时间越来越 短 ， 破 坏后 破损 程度 越来 越 彻底 。这 些结 果表 明， 玻 化 微珠 保温 混凝土 的材 质较脆 ， 塑性 变形较 差 。 3 2应力一 应 变全 曲线 图 3为某 试件 的应 力一 应变 全 曲线 。 不 同配合 比配制的玻化微珠保温混凝土 ， 在单 轴 受 压作 用 下 ， 应 力 应 变 曲线 形状 为 一偏 态 的单 峰 曲线 ， 发展 趋 势类 似 于 普 通 混 凝 土 ， 可 以分 为 弹 一 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 1 期 混凝 土与水 泥制 品 总第 1 7 7期 图 3栗 试件 的应 力一应 变全 曲 线 性 阶段 、 裂 缝产 生和 开展 阶段 以及 破坏 阶段 。随着 玻化微珠保温混凝土强度的提高 ， 棱柱体受压试件 应 力应 变 曲线初 始段 变 陡 ，曲线 的斜 率增 加 ， 表 明试件的刚度增加 。玻化微珠保温混凝土与同强度 等级的普通混凝土相 比初始段 曲线的斜率小且极 限屈 服平 缓 段 短 ，有 少 数 试件 峰 值 应 力处 变 形 更 短 ， 曲线呈现 出脆 性 材料的性 质 。 3 3 轴 心抗 压强度 与立方体 抗压 强度 的关 系 试 验 对 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5三 种 强 度 等 级 下 9组 试 验 中的试 件 测得 棱 柱 体抗 压 强 度 ， ： 和立 方 体抗 压 强度 见表 3 。 表 3 立方体抗压强度与轴心抗压强度实测值及 棱柱体试件 的峰值应 变 从 表 3可 以看 出 ， 玻化 微珠 保 温混 凝 土轴 心抗 压强度 随着 立方 体抗 压强 度 的增 加 而提 高 ， 轴心 抗 压强 度 与 立 方 体抗 压 强 度 的 比值 在 0 8 3 -0 9 1之 间， 较 普通混凝 土 ( 0 7 6 ) 高 ， 这 主要是 因 为玻化微 珠 混 凝土 材疏 质脆， 在轴 向荷载 的作 用下， 立 方 体试 件 横 向约束作 用较 普通混 凝土 弱，导致立 方体抗 压 强 度 与轴心抗 压强 度相 比增加 不多，表 现为玻化 微珠 保温 混凝 土的， ： 值较 普通 混凝土 大 。并且 随着 玻化微珠 保温混 凝土强 度等级 的提高 ， = 值 呈下 降趋势。 依据表 3中数据 ， 对 。 与 关 系的 回归直线 为 ： 一 58一 =0 5 +1 2 0 7 ( 6 ) 按 f , 的平均值为斜率经过原点的直线为： =0 8 ( 7 ) 式 ( 7 ) 的值较 ( 5 ) 偏高 ， 表明玻化微珠保温混凝土 棱 柱体 抗 压 强度 与 立 方 体抗 压 强度 的 比值较 一 般 的轻 骨料混凝 土高 。同时 ， 本试验 的结果也证 明 了， 玻化微珠保温混凝土轴心抗压强采用 J G J 1 2 9 9 ( 轻 骨料混凝土结构设计规程 的规定 ， 即： 轻骨料混凝 土的轴心抗压强度按普通混凝土公式( 1 ) 来取值是 偏 于安 全的 。 3 4 峰值应 变 与峰 值 应力 相 对 应 的应 变 为 玻化 微 珠 保 温混 凝土 的峰值应变 ，表 3给出了峰值应变 的试验结 果 。从 表 3中可 以看 出 ， 玻 化微 珠保 温混 凝 土的峰 值 应 变 随 着 抗 压 强 度 的 增 加 而增 加 ，其 值 在 0 0 0 4 8 0 0 0 6 0之 间 ， 大 于 普 通 混 凝 土 0 0 0 1 5 0 0 0 2 5 ，这是 由于玻 化微珠 保温混 凝土 的弹性 模量 较低 ， 其 本身 变形较 大 所致 。若按 照 现行 混凝 土结 构设 计规范 中采用的混凝土的峰值应变公式 ： ： ( 7 0 0 + 1 7 2 、 ) x l 0 ， 将会过低估计玻化微珠保温 混凝 土 的峰值 应变 。根据 表 3中试 验数 据 ， 对玻 化 微珠保 温混 凝土 的峰值 应变公 式 回归可得 ： = 6 ( 8 3 2 + 7 3 4 、 ， =1 1 0 。 4结语 玻化微珠保温混凝土 的棱柱体破坏呈现脆性 特征 ， 其应力一 应变全曲线类似于普通混凝土 ； 轴心 抗 压强 度大 于 同强度 等级 的轻骨 料混 凝 土 ， 且 与立 方体抗压强度的关系式为； = 0 5 + 1 2 0 7 ；与普通 混凝土相 比，峰值应变较 大，其拟合公式为 ： ： 一 一 ( 8 3 2 + 7 3 4 、 ) 1 0 。 参 考 文献 ： f 1 】 张泽平， 樊丽军， 李珠 玻化微珠保 温混凝土初探 J 】 混凝 土 ， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 4 6 - 4 8 f 2 】 混凝土结构设计规范( G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ) S 】 【 3 】 龚洛书 ， 施杏生 ， 苏曼青 ， 等 轻骨料混凝土的几个基本力 学性能的研究【 J 1 混凝土及建筑构件 ， 1 9 7 9 4 】 玻化微珠保温砂浆应用技术规程( D B J 1 0 4 - 2 5 0 - 2 0 0 7 ) 【 S 】 山西 ： 山西 科 学技 术 出 版社 。 2 0 0 7 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 0 8 2 8 作 者 简 介 ： 孙 继 红 ( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 硕 士 、 助 教 。 通讯地址 ： 山西太原南内环西街 1 号 联 系 电话 ： 1 5 1 3 5 1 5 0 0 7 7 E ma i l ： s u n j i h o n g 2 0 0 2 1 2 0 1 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m