轻骨料吸水返水特性及其对轻骨料混凝土抗裂性能的影响.pdf

2 0 1 0年 第 6 期 (总 第2 4 8 期 ) Nu mbe r 6 i i 1 2 01 0 ( To t a l No 2 4 8) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CL E 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 6 0 1 8 轻骨料吸水返水特性及其对轻骨料混凝土 抗裂性能的影响 季韬 ，庄一舟 ，梁咏宁，林旭健 ，陈 永波 ，朱荣军 ( 福州大学 土木工程学院 ，福建 福州 3 5 0 0 0 2 ) 摘要： 采用 u型管微压测定装置测定页岩陶粒的吸水返水过程， 采用带隔板环形约束收缩装置测定轻骨料混凝土的抗裂性能。研究 表明 ： 未预湿页岩 陶粒在 陶粒混凝土 中的吸水返水过程分为 3个阶段 ： 吸水 、 吸水 返水 、 返 水。陶粒混凝土在龄期 1 0 d左右在隔板处突然 出现贯通性裂缝 ， 而普通混凝土 内部微裂缝在龄期 1 0 d后逐渐发展 ； 2 8 d龄期 时， 陶粒混凝土的裂缝宽度比普通混凝 土的大 。 关键词： 轻骨料 昆 凝土；吸水返水特性；抗裂性能；环形约束收缩装置 中图分类号 ： T U5 2 8 0 41 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 6 1 0 3 Effe c t of wa t er a bs or p t i on an d de sor pt i on p r oper t y o f l i ght we i ght agg r eg at e s ol l t he c r ac k i n g r e s i s t an t be ha vi o r of l i ghtw e i g ht agg r eg at e c o nc r e t e J I T a o ， Z HU AN G 一 z h o u ， L I A NG Yo n g - n i n g ， L I NXu -j i a n ， C HE N Y o n g - b o Z HUR o n g -j u n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， F u z h o u Un i v e r s i t y ， F u z h o u 3 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e wa t e r a bs o r p t i o n a nd d e s o r p t i o n p r o c e s s o f s h a l e c e r a ms i t e wa s o b t a i n e d b y a U- t u b e mi c r o p r e s s u r e me a s u r e me n t d e v i c e T h e c r a c k i n g r e s i s t a n t be h a v i o r o f l i g h t we i g h t a g g r e ga t e c o nc r e t e wa s e v a l u a t e d b y a r i ng r e s t r a i ne d s h r i n k a g e e q u i p m e n t wi t h a c l a p b o a r dTh e s t u d y r e v e a l s t h a t t h e wa t e r a b s o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n p r o c e s s of n o n-p r e we t s h a l e c e r a ms i t e i n c e r a m s i t e c o n c r e t e i n c l u d e s t h r e e s ta g e s ： wa t e r a b s o r p - t i o n， wa t e r a bs o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n a nd wa t e r d e s o r pt i o n； a c r a c k t hr o u g h o u t t h e wh o l e s e c t i o n o fc e r a m s i t e c o n c r e t e wa s a p p e a r e d a t t h e a g e o f a pp r o x i m a t e 1 0 d a y s， wh i l e t h e mi c r o- c r a c k s of n o r m a l c o n c r e t e d e v e l o p e d g r a d u a l l y a fte r 1 0 d a y c u rin g； a t t h e a g e o f2 8 d a y s ， t h e c r a c k wi d t h o f l i g t l t w e i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e wa s l a r g e r than t h a t o f n o r ma l c o n c r e t e Ke y wor ds ： 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 ； wa t e r a bs o r pt i o n and d e s o r p t i o n p r o p e r t y； c r a c kin g r e s i s t a n t b e h a vior ； r i n g r e s t r a i n e d s h r i n k a g e e q u i p me n t 0 引言 由于具有表观密度小、 强度高、 保温、 隔热 、 耐火、 耐腐蚀、 环 保、 抗震性能好等优点， 轻骨料混凝土现在已成为仅次于传统混凝 土用量最大的一种混凝土， 在高层建筑、 大跨度桥梁及处于严酷环 境下的海洋结构物等大型工程中得到应用口 - 2 1 。 与普通石子相比， 轻 骨料具有吸水和返水特眭目 ， 这使轻骨料混凝土具有更好的界面结 构 、 较低的 自收缩 。 轻骨料混凝土结构开裂会加快钢筋锈蚀和混 凝土劣化 ， 缩短结构寿命。 然而 ， 轻骨料混凝土抗裂性研究很少 ， 基 于轻骨料吸水返水特性的抗裂机理还有待于进一步揭示。 1 试验 方案 1 1 试验 材料 水 泥 ： 福建 台泥水泥厂生产 的 P O 4 2 5级水 泥 ， 表 观密度 3 0 0 0k g r n 。 砂 ： 闽江 中砂 ， 细度模数 2 3 9 ， 表观密度 2 6 0 0 k g m3 。 普通石子 ： 最大粒径 1 6 mm， 表观 密度 2 6 0 0 k g m 。 级配见 表 1 。 页 岩 陶粒 ： 圆球 型 ； 堆 积 密 度 为 8 2 1 k g m ； 表 观 密 度为 1 3 9 7 k g m ； 筒压强度为 5 2 0 MP a ； 1 h吸水 率为 9 2 6 ； 2 4 h吸 水率为 l 1 5 4 。自然状态含水率为 2 2 8 。级配见表 l 。 减水剂 ： 厦 门宏 发先 科化 工建 材有 限公 司生产的聚羧酸减 水剂 ， 减水率为 4 0 。 水 ： 自来水 。 表 1 粗骨料级配 1 2 试验配合 比及 变化参数 表 2中 ， L WAC ( 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 ) 是指轻骨料 混 凝 土 ， N WA C( No r ma l w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ) 是指 采用 普 通石子的混凝土。 在这两种混凝土中， 粗骨料的含量均为 0 4 m， ， 收稿 日期 ：2 0 1 O _ o 3 一 l 4 基金项 目：福建省科技厅重点项 目( 2 0 0 7 H0 0 2 4 ) ； 福建省 自然科 学基 金( 2 0 0 8 J 0 3 3 1 ) 6l 水灰比均为 0 4 。为了使这两组混凝土试验结果具有可比性， 通 过筛选 ， 让页岩陶粒和普通石子的级 配曲线尽可能一致 ， 见表 1 。 页岩陶粒为未预湿， 即搅拌时其含水率为自然状态含水率。 表 2 混凝土配合比及抗压强度 拳 珏 ! I 水泥 砂粗 料 水 减水剂抗压强度 ( k g ) ( k d m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) a 1 3 吸水返 水试验 方法 采用 U型管微压测定装置 ， U型管 的外径为 8 m m， 内径 为 4 n 1 I I l ， 精度为 0 2 mL 。 测试原理及试验方法见文献 3 。 将轻骨料混 凝土拌合物倒人 1 5 0 n l n 1 ) ( 1 5 O mI T l 1 5 O mm的试模中， 将带有 u型 管页岩陶粒埋 轻骨料混凝土拌合物中， 测试其吸水和返水过程。 1 4 抗 裂性测试 方法 ( 1 ) 采用带隔板的环形约束收缩试验装置， 此装置包括内 钢环、 外钢环 、 底板及隔板 。 采用隔板的 目的是为了增大环向拉 应力 ， 引起应力集 中， 加快混凝土开裂 。 在与隔板对应的 内钢环 内侧 1 2高处粘贴应变片( 测点 1 ) ， 并在测点 l 的对面( 1 8 0 。 处) 粘贴另一应变片( 测点 2 ) ， 应变数据每 2 0 mi n采集一次。装置 形状及尺寸见图 1 和文献 6 】 。 螺 栓 1 = r 选 圈 ( a ) 平面图 匣 量 应变片 鱼 幽 测点 1 测点2 内钢 环 外钢环 ( 带肋 半圆) 木 底板 ( b ) 剖 面图 图 1 带隔板环形约束收缩试验装置图 ( 2 ) 试验环境温度控制为 2 0 、 湿度控制为 4 0 。试件环 浇筑 1 d 后拆除外环， 试件环上下表面用石蜡密封处理， 环侧面 曝露在环境中， 只允许从环四周干燥蒸发。 2 试验 结果及分析 2 1 抗压 强度 试验 2 8 d 抗压强度试验结果见表2 。由表 2 可知， 当采用页岩陶粒 等体积取代普通石子时， 其 2 8 d 抗压强度为原混凝土的6 2 3 。 2 2吸水返水 试验 页岩了陶粒的吸水返水过程见 图 2 。t 为时间 ， A V为吸水 量或返水量， 为u型管液面高度变化量和 u型管内截面面积的 62 1 0 E 一1 司 - 2 _ I ( b ) L WAC 图 3 环 向拉应力与龄期的关系 龄期 2 8 d时NWAC和 L WAC开裂情况如图4 所示。由图3 和图 4 可知 ： ( 1 ) 测点 I 处的应力值大于测点 2处的， 这说 明隔板起到 增 大隔板处试件 环应 力的作用 ， 也说 明试件环 与内钢环之间磨 擦力 的存在 。 ( 2 ) 测点 l 处的应力极大值点早于测点 2处的， 说明隔板 能在试件环中产生应力集中， 促使试件环提早开裂。 ( 3 ) L WA C测点 1 和测点 2处的应力极大值点分别早于 N WAC的 ， 说明 L WAC内部微裂缝和损伤的产生时间早于 NWAC的。 ( 4 ) L WA C测点 1和测点 2处达到应力极大值后， 产生很 大的突变 ，突变后 的应力值接近于 0 ，说 明已产生 的贯通性 裂 缝。NWAC测点 l 和测点 2处达到应力极大值后， 环向拉应力 缓慢下降， 说明混凝土内部微裂缝缓慢发展。 ( 5 ) 由图 4可知 ， L WAC在 2 8 d龄期的裂缝 宽度( 0 8 0m l n ) 大于 NWA C的( 0 2 l IT l n 1 ) 。 ( a ) NWAC ( b ) LWAC 图 4 2 8 d裂缝开展情况 3 分析及讨论 与文献【 3 】 相 比， 本试验结果 ( 见 图 2 ) 体现 出不完 全相同的 吸水返水过程 ， 主要是 由于本试验是将页岩 陶粒埋置 于页岩 陶 粒混凝土中， 而文献 3 是将页岩陶粒埋置于水泥浆中。页岩陶 粒混凝土和水泥浆的孔隙分布有较大不同。 陶粒内部为微孑 L 结构 ， 与普通石子相比， 其吸水率大， 强度 低。陶粒特殊结构及吸水返水性能 ， 使水泥浆渗入陶粒内部并 在轻骨 料内部进行水 化 、 凝 胶生长 、 硬 化 ， 最终形成相 互嵌入 、 致密的界面区域结构， 提高了陶粒混凝土的界面强度l4 - - 。由于 陶粒强度较低， 界面强度较高 ， 陶粒混凝土没有明显的薄弱环 节 。当裂缝产生时 ， 裂缝能贯穿陶粒 ， 裂缝 出现具 有突然性 ， 呈 现 出明显的脆性性 质 ； 而对于普 通混凝土 ， 微 裂缝沿着石 子周 边产生和发展， 脆性性质不明显( 见图5 ) 。 由于陶粒强度比普通 石子的低 ， 其对水泥石收缩的约束作用也较弱。因此 ， 当贯通性 裂缝产生时 ， 呈现出较大的裂缝 宽度 。 图 5 裂缝面对 比 然 而， 文献【 8 研究表明 ， 在钢环部分约束试验时 ， 普通混凝 土在 成型 1 7 7 d时已经 开裂 ， 而轻骨料混凝土在 成型 2 1 5 d时 开裂 ； 但轻骨料 混凝土一旦 开裂后 ， 其裂缝宽 度 比普通 昆 凝 土 的宽 ； 其呈现出的轻骨料混凝土抗裂特 性与本试验结果有所出入。 这主要由于两者轻骨料的类型不同和预湿程度不同： 文献【 8 】 丽 岩 陶粒 的筒 压强度为 1 0 - 3 MP a ， 约是本试验 页岩陶粒的 2倍 。 因此， 轻骨料混凝土的抗裂机理有待于进一步研究。 4结 论 基于本试 验研 究 ， 可得到如下结论 ： ( 1 ) 未预湿页岩 陶粒在 陶粒混凝 土中的吸水返 水过程分为 3个阶段 ： 吸水 、 吸水返水 、 返水 。 ( 2 ) 采用带隔板环形约束收缩装置能在试件环中产生应力 集 中， 促使试 件环提早开 裂 ， 能较好地对混凝 土抗 裂性 能进 行 评价。 ( 3 ) 页岩陶粒 的吸水返水特性 使界面结构致 密 ， 陶粒混 凝 土没有 明显 的薄弱环节 。在 1 0d龄期 当裂缝产 生时 ， 贯通性裂 缝突然产生 ， 而普通混凝土内部微裂缝在龄期 1 0 d后逐渐发展。 2 8 d龄期时 ， 陶粒? 昆 凝土的裂缝宽度比普通混凝土大。 然 而 ， 由于本试验 数量有 限， 影响轻 骨料混凝 土抗 裂性 能 的因素较多 ( 如轻骨料类型和预湿程度等 ) ， 轻骨料混凝土抗裂 机理有待于进一步研 究。 参考文献 ： f 1 】王晴， 李琳， 王宇， 等 高强页岩轻集料混凝土的力学性能I J 1 _ 沈阳建 筑大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 5 1 7 5 2 0 2 】王军涛 页岩陶粒轻骨料混凝土在桥梁中的应用 国防交通工程与 技术 ， 2 0 0 9 ， 7 ( 3 )： 6 1 6 3 【 3 郑秀华 ， 张宝生， 李惠 ， 等 陶粒的吸水返水特性研究【 J - 氐 温建筑技 术 ， 2 0 0 9， 3 1 ( 3 ) ： 4 - 7 4 关 B 秀华 ， 张宝生 预湿程度对页岩陶粒混凝土显微结构及强度的影 响 J 1 材 料工程 ， 2 0 0 5 ( 1 0 ) ： 3 - 6， 3 0 5 】AK C A Y B， T A S D E MI R M O p t i mi s a t i o n o f u s i n g l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s i n mi t i g a t i n g a u t o g e n o u s d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e J _ C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 1 ) ： 3 5 3 3 6 3 6 】 黄丹青 混凝土新型环形约束收缩试验装置的研发和抗裂评价指标 研究 D 福州： 福州大学土木工程学院， 2 0 0 8 ， 7 】B E NT Z D I n fl u e n c e o f i n t e r n a l c u r i n g u s i n g l i g h t we i g h t a g g r e g a t e s o n i n t e r f a c i a J t r a n s i t i o n z o n e p e r c o l a t i o n a n d c h l o r i d e i n gre s s i n mo r t a r s 叨 C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 5 ) ： 2 8 5 2 8 9 8 】曾新霞轻骨料混凝土抗裂性能研究 D C 京： 北京市市政工程研究 院 ， 2 0 0 6 作者简介： 季( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 博士， 教授， 结构工程专业。 单位地址： 福建省福州市福州大学土木工程学院( 旗山校区) ( 3 5 0 0 0 2 ) 联 系电话 ： 1 3 6 0 9 5 9 7 7 5 2 6 3