混凝土抗压强度与微观结构间的相关性试验.pdf

第3 6卷第 1 期 2 0 1 4年 1月 人民黄河 YE L L OW RI VE R Vo 1 3 6， No 1 J a n ， 2 01 4 【 水利水 电工程 】 混凝土抗压强度与微观结构问的相关性试验 赵卓 ， 金巧兰 ， 申 磊 ， 鲁春晓 ( 1 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ； 2 河南建筑职业技术学院， 河南 郑州4 5 0 0 0 7 ) 摘 要： 开展不同强度等级矿物掺和料混凝土的立方体抗压强度试验和微观孔结构指标的气体吸附法分析， 建立了混凝 土立方体抗压强度与微观孔结构指标间的相关关系。试验结果表明： 混凝土内部的微观孔结构分布对其力学性能具有 重要的影响， 混凝土的立方体抗压强度随微观孔结构指标如比表面积、 孔体积、 孔径等的下降而提高。不同龄期混凝土 的立方体抗压强度与5 6 d龄期混凝土的微观孔结构指标呈良好的线性相关或非线性回归关系。 关键词：立方体抗压强度；微观孔结构指标；相关性；矿物掺和料混凝土 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标 志码 ： A d o i ： 】 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 4 0 1 0 3 8 Co r r e l a t i o n Te s t Be t we e n Cu b e Cr u s h i n g S t r e n g t h a n d M i c r o c o s mi c P o r e S t r u c t u r e Z H A O Z h u o ， J I N Q i a o l a n ， S H E N L e i ， L U C h u n - x i a o 。 ( 1 S c h o o l o f C i v il E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h O H U n i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ，C h i n a ； 2 H e n a n T e c h n i c a l C o l l e g e o f C o n s t r u c t io n ， Z h e n g z h o n 4 5 0 0 0 7， C h i n a ) Ab s t r a c t ：C u b e c rus h i n g s t r e n g t h t e s t and g a s a d s o r p t i o n a n a l y s i s o f d i ffe r e n t g r a d e mi n e r al a d mi x t u r e c o n c r e t e wa s c a r r i e d o u t t o a n aly z e t h e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p b e t we e n c u b e c rus h i n g s t r e n g t h a n d mi c r o c o s mi c p o r e s t ruc t u reT e s t r e s u l t s s h o w t h a t the mi c r o c o s mi c p o r e s t ru c t u r e d i s t r i b u - t io n h a s i mp o r t a n t e ff e c t o n c o n c r e t e me c h a n i c al p r o p e i e s C o n c r e t e c u b e c rus h i n g s e n g t h i n c r e a s e s wi t h the d e c r e a s e o f mi c r o c o s mi c p o r e s t r u c t u r e i n d e x s u c h as s u r f a c e a r e a ，p o re v o l u me a n d p o r e r a d i u s C u b e c rus h i n g s t r e n g t h i n d i ff e ren t a g e s all h a v e a g o o d l in e a r c o r r e l a t i o n r e l a t i o n s h i p o r n o n l i n e a r re g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p wi t h mi c r o c o s mi c p o r e s t r u c t u r e i n de x Ke y wo r d s：c u b e c rus h i n g s t r e ngth；mi c r o c o s mi c p o r e s t r u c t u re i n d e x；c o r r e l a t i o n；mi n e r al a d mix t u r e c o n c ret e 混凝土是一种典型的多孔介质材料， 其内部孔结构的分布 对混凝土的重要力学性能指标即立方体抗压强度具有较大影 响。针对混凝土立方体抗压强度影响因素的研究较多集中于 各类原材料组成 、 新型材料应用 以及养护方式等 J ， 而针对 混凝土立方体抗压强度与内部孔结构间相互关系的研究， 则较 多集中于孔 隙率、 孑 L 径分 布与立 方 体抗压 强度 间相 互关 系 ， 较少考虑 比表面积、 孔体积、 孔径等微观结构指标的 影响。 笔者针对不同强度等级的矿物掺和料混凝土， 开展立方体 抗压强度试验和微观孔结构指标的气体吸附法分析， 建立了内 部微观孔结构指标如 比表面积、 孔体积、 孔径等指标与立方体 抗压强度间的相关关系。 1 试验方案 1 1 试验原材料 水泥为 P0 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 比表面积为 3 6 7 m k g 。天然砂细度模数 2 9 ， 表观密度为2 6 9 1 k sm ； 机制砂 细度模数 2 8 ， 表观密度为 2 6 8 0 k s m ， 石粉含量 1 2 。粗骨 料采用粒径 52 5 m m的连续级配碎石和米石， 表观密度为 2 7 0 8 k #m 。粉煤灰采用 F类 级粉煤灰， 细度 1 8 。矿渣 粉为 $ 9 5级， 比表面积为 4 0 9 m k g 。外加剂采用脂肪族系高 效减水剂， 减水率 1 8 。水采用 自来水。 1 2 试验配合 比 依据 普通混凝土配合 比设计规程 ， 不同强度等级混 凝土的配合比见表 】 c 表 1混凝土配合 比 k g m 罂 襄水水 泥 粉 煤 灰 矿 渣 粉减 水 剂 2 5 0 2 5 0 2 5 0 1 5 0 5 46 5 l a 4 8 4 5 4 0 1 3 试验 内容 依据强度等级和养护龄期的不同制作混凝土试件， 试验所 需试件组数及检测内容见表2 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 4 - 0 3 基金项目： 国家自然科学基金资助项目( 5 1 0 7 8 3 3 4 ) ； 河南省教育厅科学技术研 究重点项 目( 1 2 A 5 6 0 0 1 4 ) 作者简介： 赵卓( 1 9 7 0 一) ， 男， 河南郑州人， 教授 ， 博士， 主要从事工程结构与材 料 耐久性方面的研究工作。 E ma i l ：z Mmo 9 9 1 6 3 c o rn 11 5 O O 5 5 5 7 8 9 一 一 啪 一 啪 一 一 一 O O 5 5 5 5 5 5 O O O O 人 民 黄 河2 0 1 4年第 1 期 表 2 混凝土试验项 目及检测内容 试 验 项 目 每 螽 曩 级 试 件 尺 寸 检 测 内 容 混凝土抗压强度试验依据 普通混凝土力学性能试验方法 标准 叫开展。 依据 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙 度， 检测不同强度等级和养护龄期的混凝土微观孔结构指标 的变化。试样从测试过抗压强度的试件 中选取 ， 再加工成所要 求的尺寸。 2 试验结果 不同强度等级和养护龄期的混凝土抗压强度试验结果见 表 3 。 表 3混凝土立方体抗压强度 MP a 从不同强度等级 5 6 d龄期的混凝土试块中取样进行气体 吸附法测试 ， 测试结果见表 4 。 表 4 5 6 d龄期混凝土微观 孔结构指标试验结果 凄 B J H g - 1 ) ( 舶 mL g - 1 ) B J H I 3 结果分析 ( 1 ) 立方体抗压强度与多点 B E T比表面积间的相关关系。 不同龄期混凝土立方体抗压强度与多点 B E T比表面积间的回 归关系见图 1 。 由图 1 可知， 5 6 d多点 B E T比表面积随立方体抗压强度的 提高而下降， 并呈显著的非线性回归关系。 ( 2 ) 立方体抗压强度与 B J H吸附累计 比表面积间的相关 关系。不同龄期混凝土立方体抗压强度与 B J H吸附累计 比表 面积间的 回归关 系见图 2 。 由图 2可知， B J H( 5 6 d ) 吸附累计比表面积均随不同龄期 混凝土的立方体抗压强度的提高而下降， 并呈显著的非线性回 归关系。 ( 3 ) 立方体抗压强度与总孔体积问的相关关系O不同龄期 混凝土立方体抗压强度与总孔体积间的回归关系见图3 。 由图3可知， 5 6 d总孔体积均随不同龄期混凝土立方体抗 压强度的提高而下降， 并呈显著的线性相关关系。 ( 4 ) 立方体抗压强度与 H K累计孔体积间的相关关系。不 同龄期混凝土立方体抗压强度与 H K累计孔体积间的回归关 系见图 4 。 11 6 2 0 2 5 3 0 3 5 4 O 4 5 5 0 5 5 立方体 抗压强 度I M P a f e ) 2 8 d 龄期 l 亘 羞 曲 i f b ) 1 4 d 龄期 3 0 3 5 4 0 4 5 5 O 5 5 6 0 立方 体抗压强度 M P a ( d ) 5 6 d 龄期 立方体抗压强度I M P a f a ) 7 d 龄期 - -,3 6 番28 悄 茎2 4 嘣 菠 2 0 宦s - r 1 6 3 2 蓄2 8 萋2 4 磷 善2 0 詈16 立方体抗压强度 MP a (e ) 8 4 d 龄期 图 2 不 同龄期立方体抗压强度与 B J H 吸附累计 比表面积 回归关 系 由图4可知， H K( 5 6 d ) 累计孔体积均随不同龄期混凝土 立方体抗压强度的提高而下降， 并呈显著的非线性回归关系。 ( 5 ) 立方体抗压强度与 B J H吸附孔径间的相关关系。不 同龄期混凝土立方体抗压强度与 B J H吸附孔径间的回归关系 一 一、 氍恒 丑 幽 n ( 1 一 、 娶旧 丑 一 一 、 氍嚏 酶莲 墨 ， 曲 人 民 黄 河2 0 1 4年第 1 期 见 图 5 。 f 蛙 ： 呻 、 Y = 0l D 5 3 0 0 o l 2 4 X 、 、曰=一 0 9 0 1 4 7 00 91 00 8 4 00 7 7 垂0 0 7 0 翥0 0 6 3 0 0 5 6 0 0 4 9 0 o 9 1 0 0 8 4 0 【 l 7 7 垂0 0 7 0 藩0 0 6 3 =0 0 5 6 5 o 0 4 9 1 立 方 吾 瓣瑚 立 方 籀 螽 ，- 0 1 1 1 8 7 9 ：0 1 3 5 x 1 ( 、R =一 0 8 2 6 2 5 立方 体 ( e 抗 ) 8 4 压 d l 强 度 M P a 图 3 不同龄期立方体抗压强度与 5 6 d总孔体 积的回归关系 0 墨 0 C 瓷 宦s Z 立 方 譬 勰 d 黎 霭 棚 e 斗 酹 朋 图 5不同龄期立方体 抗压强度与 B J H 吸附孔径 的回归关 系 ( 2 ) 不同龄期混凝土的立方体抗压强度与 5 6 d微观孔结 构指标( 如多点 B E T比表面积、 B J H吸附累计比表面积、 总孔体 积、 H K累计孔体积和 B J H吸附孔径等) 均呈 良好的线性相关 或非线性回归关系。 ( 3 ) 混凝土微观结构的复杂性及原材料、 养护方式等因素 的不同， 将会影响到内部孔结构的分布 ， 其对混凝土力学性能 的影响有待进一步研究。 参考文献： 1 刘丹， 杜应吉 大掺量粉煤灰混凝土力学性能试验研究 J 2 0 1 1 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 8 8 9 0 2 徐强 ， 杜进生， 张劲泉 活性粉末混凝土受压力学性能试验 J 技， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 7 ) ： 9 1 3 3 4 5 6 7 图 4 不同龄期立方体抗压强度与 HK 累计孔体 积的回归关 系 由图 5可知， B J H( 5 6 d ) 吸附孑 L 径均随不同龄期混凝土立 方体抗压强度的提高而下降， 并呈显著的非线性回归关系。 4 结论 ( 1 ) 5 6 d 微观孔结构指标均随不同龄期混凝土立方体抗压 强度的提高而下降， 表明混凝土微观孔结构分布对其力学性能 影响较大。 9 1 0 人 民黄 河 公路交通科 张波志， 王社良， 张博 ， 等 再生混凝土基本力学性能试验研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 7) ： 46 蒋思晨， 李晓丽， 张鹏远 不同粉煤灰掺量高强混合骨料混凝土力学性能及 本构关系试验研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 5 ) ： 8 9 9 9 9 4 罗季英， 田冠飞 混凝土抗压强度的多重影响因素试验研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 1 1 )： 6 56 8 金南国， 金贤玉， 郭剑飞 混凝土孔结构与强度关系模型研究 J 浙江大学 学报 ： 工学版 ， 2 o o 5 ， 3 9 ( I I ) ： 1 6 8 0 1 6 8 4 T a n g L u p i n g A S tu d y o f t h e Q u ant i t a t i v e R e l a t io n s h i p B e tw e e n S t r e n g t h and P o r e S i z e D i s tr i b u ti o n of P o r o u s M a t e r i a ls 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 ， 1 9 8 6 ，1 6( 1 )： 8 79 6 K u m a r R， B h a t t a c h a r j e e B P o r o s i t y ， P o r e S i z e D i s tr i b u t i o n a n d in S i t u S t r e n g t h o f C o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c re t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 2 ) ： 1 5 5 1 6 4 中国建筑科学研究院 J G J 5 5 -2 0 1 1普通混凝土配合比设计规程 s 北 京 ： 中国建筑工业出版社 2 0 1 1 中国建筑科学研究院 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2普通混凝土力学性能试验方法 标准 S 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 【 责任编辑张华岩】 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 一 蔓曼 、 商跏期 、 、 蕊 0 一a 毗 前 D 2 、 n 、 、 、 、 R、 I 挠 、 、 、 、 、 、 育 f ，I旦 、鞋 蛙 rI n