含气量对浮石轻骨料混凝土抗压性能的影响.pdf

2 0 1 0 年 第 2 期 (总 第 2 4 4 期 ) Nu mb e r 2 i n2 O L O ( T o t a l N o 2 4 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORET J C L RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 2 0 0 6 含气量对浮石轻骨料混凝土抗压性能的影响 李红云，申向东，康文彪邹春霞赵占彪 ( 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 1 8 ) 摘要： 以天然浮石作为粗骨料， 研究了引气剂的加人对混凝土抗压性能的影响。结果表明： 随着含气量的增加， 抗压强度逐渐减小， 且 浮石轻骨料混凝土抗压强度下降的速度比普通混凝土要快。 试验还发现， 轻骨料混凝土的破坏形态与普通混凝土存在着差别， 裂纹的扩展 几乎不受轻骨料阻碍而贯穿轻 骨料 ， 致使轻 骨料混凝土的破坏过程比较 突然 ， 表现出较强的脆性特征。但随着引气剂的加人， 改变了浮石 轻骨料混凝土的破坏形态， 降低了脆性， 有效地提高了轻骨料混凝土的韧性。 关键词： 含气量；浮石；抗压强度； 破坏形态 中图分 类号 ： T U5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： l 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 1 8 0 3 I n f l u en c e o f a i r c on t e n t on c o m p r e s sive p r ope r t i e s o f pumi c e l i gh t wei gh t a ggr ega t e c onc r e t e L! Ho n g - yu n， S HENXi a n g d o n g， KANG We n b i a o， ZOUCh u n x 妇， ZHAOZh a n b i a o ( I n s t i t u t eo f Wa t e r C o n s e r v a n c ya n d Ci l E n g i n e e r i n g ， I n n e r Mo n g o l i a Ag r i c u l t u r e U n i v e r s i t yI n n e r Mo n g o l i a ， Ht th h o t 0 1 0 0 1 8 ， C h in a ) Abs t r a c t ：Th e e x p e r i me n t f o c u s e d o n t h e e ffe c t o f a i r e n t r a i n i n g a g e n t o n c o mp r e s s i v e p r o p e rti e s o f p u mi c e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e wh e n n a t u r a l p u mi c e a s c o a rs e a g g r e g a t e T h e r e s u l t s s h o w t h a t c o mp r e s s i v e s tr e n g t h o f l i g h t we i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e d e c r e a s e s wi t l l t h o i n r e a s e o fa i r c o n t e n t T h e r a t e o fc o mpr e s s i v e s t r e n g t h of l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e de c r e a s e s i s f a s t e r t ha n o r d i n a r y c o n c r e te I t i s a l s o d i s c o v e r e d i n e x pe rime n t s t h a t f a i l u r e f o r m o fl i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e a r e d i ffe r e n t f r o m c o mmo n c o n c r e t e Th o s e c r a c k s r u n t h r o u g h t h e c o a r s e a g g r e g a t e i n ae a d o fb e i n g bl o c k e d， c a u s i n g the b r e a k i n g a b r u p t l y a n d i t s h o ws a s tr o n g e r b r i t t l e n e s s c h a rac t e r i s t i c Bu t t h e a d d i t i o n o fa i r e n t r a ini n g a g e n t c h a n g e s t h e f a i l u r e f o r m o f p u mi c e l i ghtwe i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e ， r e d u c i n g i t s b ri tt l e n e s s a n d i mp r o v i n g i t s t o u g h n e s s e ff e c t i v e l y Ke ywor ds ： air c o n t e n t ； p u mi c e ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； f a i l u r e for m 0 引言 在寒冷地区， 研究混凝土材料的抗 陛问题是解决混凝土 耐久性问题的一个重要方面。而引气已成为提高混凝土抗冻性 的一项主要措施被广泛应用于各种混凝土工程中。因此， 通过 试验了解和掌握引气后混凝土的性能具有非常重要的意义。 一 般认为强度是混凝土最重要的性能， 因为强度与硬化水 泥石、骨料和水泥的界面区以及孔隙的微观结构直接相关， 基 本上反映了混凝土的质量。由于在实际设计中使用的都是混凝 土较强的抗压强度，故抗压强度是混凝土最重要的强度指标。 为此 ， 本研究针对锡林郭勒盟的天然浮石轻骨料， 对不同引气 剂掺量的浮石轻骨料混凝土试件进行了立方体抗压强度 、 轴心 抗压强度的试验， 着重研究含气量对浮石轻骨料混凝土抗压性 能的影响效果和影响程度， 为充分开发利用引气轻骨料混凝土 提供一些试验依据。 1 试 验 1 1 试验原材料 水泥： 内蒙古蒙西股份有限公司生产的蒙西P O 4 2 5 级水泥。 粗骨料： 内蒙古锡林郭勒盟浮石轻骨料， 该浮石的物理性 能及化学成分分别见表 1 、 2 。 表 1 浮石物理性能 S iO 2 F e 2 O 3 A l 2 0 3 C a O ! 兰 竺 6 1 0 2I2 0 O 1 5 1 。 5 8 2 9 8 1 8 2 4 8 8 8 1 4 0 0 l 2 9 O 8 ， 7 0 细骨料： 细骨料采用天然河砂， 细度模数为 2 5 6 ， 含泥量为 1 9 。 减水剂： 萘磺酸甲醛缩合物 ， 掺量为胶凝材料的 2 ， 该减 水剂按胶凝材料的 1 掺人时， 减水率为 1 0 。 引气剂： 松香热聚物引气剂， 掺量分别为胶凝材料的0 0 1 、 0 O 2 、 0 0 3 。 粉煤灰 ： 呼和浩特市化肥厂 I 级粉煤灰。 水 ： 采用 自来水 。 1 2 试验 内容 与方 法 本试验选择了 L C 3 0 混凝土， 水灰比为 0 4 ， 基准配合比见 表3 。在此基准配合比下， 分别掺入胶凝材料 0 0 1 、 0 0 2 、 0 0 3 的引气剂， 共配制了A、 B、 C、 D四种不同含气量的浮石轻骨料 混凝土。 在试件制作时， 采用预湿处理的轻粗骨料成型工艺。 试 收稿 日期 ：2 0 0 9 - 0 9 - 2 9 基金项 目：国家 自然科学基金项 目资助( 1 0 7 6 2 0 0 2 ) ； 内蒙古 自治区 自然科学基金项 目资助( 2 0 0 7 1 1 0 2 0 7 0 8 ) 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 件规格 为 1 5 0 m m l 5 O mmx l 5 0 ram 的立方 体试 件和 1 5 0 mmx 1 5 0 mmx 3 0 0 mm棱柱体试件， 在标准养护 2 8 d后进行立方体抗 压强度的测试和轴心抗压强度的测试。 表 3 L C3 0浮 石轻骨料混凝 土基准配合比 k g m 2 试验 结果与分析 表 4为本试验 4组浮石 轻骨料混 凝土拌 合物工作 性及 干 表观密度的试验结果。 表 4混凝土拌合物工作性及干表观密度 2 1 抗压试验现象与破坏形态分析 1 为本试 验立方体试件破坏形态 。 I b ) 圈 1 立方体试件破坏形态 从图 1中可以看到 ， 试件破坏时出现倾斜的剪切裂缝 ， 中 部的变形较两端 大 ， 有 明 显向外鼓 出的趋势 。 这是 由于在立方 体抗压试 验 中 ， 试件 顶部 和底部 与加 载垫 板产 生 的摩 擦 力约 束了试件顶部与底部的横向变形， 变形较小 ， 而试件中部横向 变形的约束较小， 嘭胀变形较大 ， 随着荷载的增加 ， 中部混凝 土向外膨胀 、 剥落 ， 产生 图 1所示 的两 个正倒 相接 四角 的破坏 形态。 图 1 ( b ) 为剥离压碎层 以后 的破坏形态 。 从 图中可 以看到 ， 轻骨料混凝土的受压破坏面比较平整 ， 而且在图的左上角处可 以清楚地看到浮石被劈开， 断裂面穿过粗骨料， 呈纵向劈裂状 破坏 ， 很少发现轻 骨料从 界面处剥 离状破坏 ， 这 与普通 混凝土 的破坏 面绕开粗 骨料而在 水泥砂浆 和粗骨料 的黏结面上 展开 明显不 同。 图 2分别为试件 A、 B、 C、 D轴心受压破坏形态。 试件A 试件B 试件C 试 件 D 图 2轴心受压破坏形态 从 图 2中可 以看出， A、 B、 C、 D试件的破坏形态有所不 同。 A、 B试件在轴向压缩的情况下， 产生了平行于荷载方向的 裂纹 ， 并快速扩 展开来 ， 互 相贯通 ， 导致整个试 件破 坏。这一过 程非 常短暂 ， 表现 出明显 的脆性 破坏 ， 破坏 时伴随有 明显 的爆 裂声。而加入引气剂且掺量较大的 C、 D试件在轴向压缩的情 况下 ， 试件 产生 了对 角线方 向的裂纹 ， 并逐 渐变宽直至完 全破 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 坏。 整个过程表现出明显的塑性破坏， 在试件完全破坏之前有 较大的塑性变形。 一般来讲， 当试件所承受的荷载超过峰值应 力时， 由初始裂缝发展起来的可见裂缝发生， 并不断被新的贯 穿裂缝分割直至形成主要贯通裂缝 ， 贯通裂缝形成过程市应力 集中使得混凝土破坏速度加快。但在浮石轻骨料混凝土中加 入足够量的引气剂后，引气混凝士内部的微孔从几何形状上 来看不易产生这种现象， 其消能作用起到缓和作用， 改善了混 凝土的脆性性能， 使试件受压破坏裂纹无法贯通， 保持了试件 的完整性 。 2 2 抗 压试验 结果 表 5 为 4 组浮石轻骨料混凝土抗压强度试验结果， 表中轴 压比是混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值。 图 3 为 轴心抗压强度、 立方体抗压强度随含气量变化的比较。 表 5浮石轻骨料混凝土抗压强度 含 气量 图 3 轴心抗压、 立方体抗压强度损失随含气量变化的比较 从表 5中可以看出， 随着引气剂掺量的提高 ， 浮石轻骨料 混凝土的抗压强度呈明显的下降趋势。由图3可以看出， 轴心 抗压强度随含气量变化的趋势与立方体抗压强度大致相同。 一 般来说 ， 掺有引气剂的普通混凝土， 在水灰比不变和水 泥用量不变的情况下， 含气量每增加 l ， 强度要降低 4 6 。 在水泥用量不变， 但减小水灰比而保证坍落度不变的条件下， 强度降低 2 3 。而从本次试验结果来看， 对于浮石轻骨料 混凝土， 含气量每增加 1 ， 强度要降低 8 l 1 ， 当引气剂 掺量提高到胶凝材料的 0 0 3 时， 抗压强度降低了近 3 0 。由 此看出， 随着含气量的增加 ， 浮石轻骨料混凝土立方体抗压 强度下降的速度比普通混凝土要快 ， 这是浮石轻骨料混凝土 与普通混凝土的不同之处， 也是在浮石轻骨料混凝土中掺入 引气剂时要 注意的问题 ， 不 能 由于加入过大 比例的引气 剂 ， 使 浮石轻骨料混凝土立方体抗压强度降低过大， 从而达不到设 计 标准 。 由表5中还可以看出， 本次试验中非引气及引气轻骨料混凝 土的轴心抗压强度与立方体抗压强度比值的平均值为 0 9 0 6 5 ， 总体上来讲， 加入引气剂对浮石轻骨料混凝土轴压比影响不是 很大。 2 3 轴心抗压荷载一 位移曲线 图4为 4 组浮石轻骨料混凝土轴心抗压荷载一 位移曲线。 从图4中可以看出， 引气混凝土B、 C、 D荷载一 位移曲线的 上升段和非引气混凝土A的上升段差别不大， 而下降段曲线形 2 0 位 移 ram 图 4 轴心抗压试验的荷载一 位移曲线 状受含气量影响较大， 有明显差别。对于非引气混凝土试件 A， 下降阶段曲线最陡， 强度跌落最快， 出现明显的脆断现象； 而引 气混凝土试件 B C D下降段曲线较非引气混凝土的平缓， 说 明引气后混凝土的延性要好些。 而对于B、 c、 D三组引气试件， 随着含气量的增加， 曲线的下降段越来越缓。可见， 浮石轻骨料 混凝土适量引气后， 由于浆体中存在大量细小的气泡， 有效减 少了试件的应力集中，并增加了试件中裂纹扩展的曲折度， 混 凝土的韧性得到提高， 从而有效地缓解了混凝土破坏过程中的 脆断现象。 3结 论 ( 1 ) 浮石轻骨料混凝土的受力破坏与普通混凝土不同， 因轻骨料 自身强度较低 ， 断裂面扩展几乎不受轻骨料阻碍， 所 以轻骨料混凝土在受力破坏时产生的断裂面往往贯穿骨料， 致使轻骨料混凝土的破坏过程比较突然 ， 表现出较强的脆性 特 征。 ( 2 ) 从轴心受压试件的破坏形态及轴心抗压荷载一 位移曲 线可以看出， 随着引气剂掺量的增加， 含气量的增大， 改善了混 凝土的脆性性能， 使试件在完全破坏之前有较大的塑性变形。 ( 3 ) 在水灰 比和水 泥用 量不 变的情况下 ， 随着 浮石轻骨料 混凝土含气量的增加， 其抗压强度会有一定程度下降， 而且立 方体抗压强度和轴心抗压强度随含气量变化的趋势大致相同。 对于本试验浮石轻骨料混凝土， 含气量每增加 l ， 抗压强度降 低 8 1 1 ， 这要比普通混凝土抗压强度下降的幅度偏大。 参考文献 ： 1 尤启俊， 丁修祥， 李锦柱 引气剂对混凝土强度影响的认识误区叨 混 凝土 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 2 8 2 9 【 2 杨全兵， 朱蓓蓉， 黄士元 对混凝土引气剂的新认识册黑龙江交通科 技 ， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 2 7 2 9 3 AI T C I N P C C e me n t s o f y e s t e r d a y a n d t o d a y c o n c r e t e o f t o m o r r o w J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ( 3 0 ) ： 1 3 4 9 1 3 5 9 4 】聂鹏 混凝土含气量对其力学性能的影响叨 东北公路 ， 2 0 0 0 ， 1 2 3 ( 2 ) ： 3 0 3 2 5 刘春生， 米涵， 李志国， 等 橡胶细集料水泥砂浆基本性能研究册 混 凝土 ， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 3 9 4 2 6 李书英， 周文华 引气剂在混凝土中的应用 J 】 河北水利水电技术 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 3 1 3 2 ， 作者简介： 李红云( 1 9 6 9 一 ) ， 女， 副教授， 博士， 主要从事混凝土结构的 研究。 单位地址： 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院工程力学学科部 ( 0 1 0 0 1 8 ) 联系电话 ： 1 3 6 9 4 7 1 4 4 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m