不同温度作用与冷却方式对玻化微珠保温混凝土弹性模量的影响研究.pdf

全国中文核 心期刊 新 建巍 柑 中 国 科 技 核 心 期 刊 不同温度作用与冷却方式对玻化微珠 保温混凝士弹性摸量的影晌研究 张泽平， 吴迪， 樊亚男 ( 太原理工大学 建筑 与土木工程学院 ， 山西 太原0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ： 经不同温度和不同冷却方式下玻化微珠保温混凝土棱柱体抗压试验， 测得玻化微珠保温混凝土的弹性模量。 采用最小二 乘法建立 了弹性模量和温度的本 构关系 ， 用双因素方差分析法 比较 了温度和冷却方式 2种 因素对弹性模量 的显著性影响。 关键词 ： 玻化微珠； 保温混凝土； 高温作用； 冷却方式； 弹性模量 中图分类号： T U 5 5 + 1 1 ， T U 3 1 1 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 8 8 0 3 S t u d y o n i n flu e n c e o f d i ffe r e n t t e mp e r a t u r e f u n c t i o n a n d c o o l i n g mo d e t o t h e e l a s ti c mo d u l u s o f g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a ti o n c o n c r e t e ZHANG Ze pi n g， Di ， F AN Ya n a n ( S c ho o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l En g i n e e r i n g ， T my u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4， S h a n x i ， Ch i n a ) 多年来， 建筑物保温节能技术的研究， 大多集中在附加到 建筑物结构外表面或内表面的保温建筑材料上， 此做法不仅 增加了建筑施工工序， 提高了建造成本， 延长了建造周期， 而 且不利于建筑物结构受力安全。从系统科学的方法与原理出 发， 研究开发一种既具有一般混凝土的物理力学性能， 同时又 具有保温性能， 符合绿色、 环保的高效益生态建筑材料十分必 要【l 1 。玻化微珠保温混凝土正是在此基础上提出来的。 关于普通混凝土在高温后力学性能的研究表明， 火灾( 高 温) 后混凝土各项力学性能劣化， 混凝土结构安全性降低。造 成高温后混凝土损伤有诸多因素， 包括火灾温度、 冷却方式、 恒温时间等2 1 。弹性模量是进行构件设计和计算结构位移的 重要参数， 所以对高温后混凝土的弹性模量研究具有十分重 要的意义。本文重点试验研究不同温度作用与冷却方式对玻 化微珠保温混凝土弹性模量的影响程度。 1 试验概况 1 1 试验材料 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 2 5 作者简介： 张泽平， 男， 1 9 6 4 年生， 山西原平人， 教授。 通讯作者： 吴迪， 地址： 山西 省太 原市迎泽 西大街 7 9号 太原理工大学西校区 1 2号楼 8 3 5室， E - m a i h e n w o o d y s i n a c o rn。 8 8 新型建筑材料 2 0 1 2 1 0 玻化微珠： 由火山岩碎成矿砂， 经过特殊膨化烧法加工而 成， 具有质轻、 耐高低温、 抗老化、 吸水率小等优良 特性。本试 验所用玻化微珠采用某企业生产的体积密度为 1 2 0 k g m 2 玻 化微珠产品， 。性能指标3 1 为： 粒度0 ： 5 1 5 fi l m、 密度 8 0 1 3 0 k g m 、 导热系数0 0 3 2 0 0 4 5 W ( m K ) 、 漂浮率t9 8 、 表面 玻化率i9 5 。 采用真空抽滤法测定吸水率2 0 5 0 、 1 M P a 压力的体积损失率3 8 4 6 、 耐火度 1 2 8 0 1 3 6 0 、 使用温 度 1 0 0 0 以下。 水泥： 太原狮头水泥厂生产的4 2 5 级普通硅酸盐水泥； 石子： 碎石， 最大粒径2 0 m m ， 堆积密度 1 6 0 0 k g m 。 ； 砂： 堆积密度1 4 6 0 k g m 。 ， 细度模数2 4 ； 外加剂： 自行配锘 0 外加剂； 水： 自 来水。 1 2 试验设计 本试验玻化微珠保温混凝土强度为C 4 5 ，参考C 4 5 普通 混凝土的配合比， 玻化微珠掺量占混凝土体积的6 0 ， 制备 1 5 0 m m x l 5 0 m m x 3 0 0 m m的棱柱体试件。本试验的高温试件 在太原理工大学实验中心的S R J X型电阻炉中经过煅烧。加 热温度为1 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 、 6 0 0 、 7 0 0 ， 加热时间为2 h ， 养 护时间为2 8 d o 在进行弹性模量测试时， 应选取表面平整的试 件进行测量，使用微机控制电液伺服万能试验机 S T Y E - 3 0 0 0 C ( 见图1 ) 。加热2 h以后， 立即打开电炉取出试件置于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张泽平， 等： 不同温度作用与冷却方式对玻化微珠保温混凝土弹性模量的影响研究 地面上静止， 即为自然冷却的试件； 浇水冷却的试件取出后 立即予以浇水冷却。每种温度下各取3 组试块， 均取其平均 值作为该组试验值。如果试验结果出现离散， 应及时增加试 件数量， 以求数据的准确完整， 各项数据均由计算机动态采 集 。 图 1 弹性模量测试示意 2 试验现象 经过高温处理后的试件， 其表面发黄， 无裂缝和断面的出 现。 经过3 0 0 及以下温度处理的试件， 在加载初期不会出现 明显裂纹， 而经过4 0 0 o C 及以上温度处理的试件， 在加载初期 会出现明显的裂纹。 当达到极限压力时， 试件突然失去承载力 而破坏。 破坏面沿试件上下表面的中心线展开， 将试件一分为 二， 且处理温度越高， 破坏越快， 破坏面也越平整。 3 试验数据及分析 3 1 自然冷却后的弹性模量 根据前述试验方法，测得经过不同温度处理后自然冷却 试件的弹性模量见表1 。 表 1 自然冷却后试件的弹性模量( E o T ) 用2 0 下玻化微珠保温混凝土弹性模量E 除表 1 中各 弹性模量平均值， 采用最小二乘法， 得到弹性模量与温度的关 系式( 1 ) 为： lr _ _ 0 0 0 1 1 T + 0 9 5 1 5 ( 1 ) 图2 给出了弹性模量与温度的曲线， 可见， 玻化微珠保温 混凝土的弹性模量随着温度的升高， 基本呈线性下降的趋势。 从1 0 0 o C 开始， 弹性模量急剧下降。由式( 1 ) 的计算结果与试 验值符合较好。 图2 自然冷却后弹性模量与温度的关系曲线 3 2 浇水冷却后的弹性模量 根据前述试验方法，测得经过不同 温度处理后浇水冷却 试件的极限弹性模量见表2 。 表 2 浇水冷却后试件的弹性模量 ( 1 ) 用2 0 。 C 下玻化微珠保温混凝土弹性模量E除表2中各 弹性 模量平均值， 采用最小二乘法， 得到弹性模量与 温度的 关 系式( 2 ) 为： E E 一0 0 0 1 2 T + 0 9 4 9 5( 图3 给出了弹性模量与温度的曲线， 可见， 玻化微珠保温 混凝土的弹性模量随着温度的升高， 基本呈线性下降的趋势。 从1 0 0 开始， 弹性模量急剧下降。由式( 2 ) 的计算结果与试 验值符合较好。 图 3浇水冷却后弹性模量与温度 的关系 曲线 3 _ 3 双因素方差分析 采用统计学软件S P S S ， 对双因素方差分析法进行冷却方 式和温度对弹性模量的显著性影响分析。 设温度为因素A ， 冷 却方式为因素B 。 因素A为2 0 、 1 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 、 6 0 0 、 7 0 0 7 个水平( r =- I ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ) ， 因素B 有自 然冷却和浇水冷却 2 个水平 = l ， 2 ) ， 相关计算数据见表3 。 将表3 数据代入相关公式， 计算得到检验因素 显著 性的 F 分部值分别为F A = 4 1 5 4 5 ， F B = 6 4 5 ； 又可知R ( 6 ， 6 ) = 8 4 7 ， R n 1 ( 1 ， 6 ) = 1 3 7 ； NE W BUI L DI NG M ATE RI AL S 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张泽平， 等： 不同温度作用与冷却方式对玻化微殊保温混凝土弹性模量的影响研究 表 3 双因素方差分析 的相关计算结果 因为 F n 0 l ( 6 ， 6 ) ， 1 ( 1 ， 6 ) 所以 温度不同和冷却方式不同条件下均对弹性模量有显 著影响嘲 。 4 结论 ( 1 ) 在自 然冷却方式下， 随着温度的 升高， 棱柱体玻化微 珠保温混凝土试件的弹性模量逐渐减小， 从 1 0 0 。 C 开始， 弹性 模量的损失逐渐增大。 在温度达到7 0 0 时， 弹性模量只能达 到常温下的3 0 。 ( 2 ) 在浇水冷却方式下， 随着温度的升高， 棱柱体玻化微 珠保温混凝土试件的弹性模量逐渐减小， 从 1 0 0 开始， 弹性 模量的损失逐渐增大。 在温度达到7 0 0 时， 弹性模量只能达 到常温下的2 2 。 ( 3 ) 建立了玻化微珠保温混凝土的温度和弹性模量在不 同冷却方式下的本构关系。 ( 4 ) 通过双因素方差分析发现， 不同的温度和冷却方式均 对玻 化微珠保 温混 凝土试件的弹 性模量有显 著影响。 参考文献： 1 张泽平， 董彦莉， 李珠 玻化微珠保温混凝土正交试验研究 J 】 混 凝土 与水泥制品， 2 0 0 7( 6 ) ： 5 5 5 7 【 2 】 项凯 ， 余江滔， 陆洲导 多因素 影响下高温后 混凝 土劈裂抗 拉强 度试验叨 武汉理工大学学报， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 5 1 5 5 3 张泽平玻化微珠保温混凝土及其结构的基本性 能试验与理论分 析研究【 D 】 太原： 太原理工大学， 2 0 0 9 f 4 】 覃丽坤， 宋玉普 ， 王玉杰， 等 高温对 混凝土力学性能影响 的试验 研究 J 混凝土 ， 2 0 o 4 ( 5 ) ： 9 一l 1 5 】 安然 高温作用后新老混凝土粘结的劈拉强度试验研翘 D 】 成都： 四川大学 ， 2 0 0 6 A ( 上接第 8 7页) 9 8 5 7 坛， C A L ME V最小为6 5 8 9 坛，该结果也是 3 种多孔 颗粒材料对P C M吸附量大小不同的反映。 3 结论 ( 1 ) 以月桂酸一 癸酸复合二元酸( C L A L ) 作为P C M ， 以膨 胀珍珠岩( E P ) 、 膨胀蛭石 V ) 和膨胀石墨 G ) 3 种多孔颗粒作 为封装载体， 用真空吸附法和熔融浸渍法制备了C A L A E P 、 C A I A E V和 C A I A E G 3 种相变储能颗粒材料，其最大 P C M吸附量分别达到7 0 、 5 0 和9 5 。 ( 2 ) S E M观测发现， E P内部为孔隙连通性好的蜂窝状泡 沫结构； E V内孔隙的连通性则较差； 膨胀石墨的 蠕虫状结构 及内部大量不规则开放性孔隙结构， 为其吸附P C M提供了充 足的 空间。 ( 3 ) D S C 测试分析表明， 3 种相变储能颗粒材料的相变温 度均在人体舒适温度范围内；相变潜热的大小与多孔颗粒对 二元酸的吸附量直接相关。 ( 4 ) 二元酸， 多孔相变储能颗粒材料在经历 1 5 0 次冷热循 9 0 新型建筑材料 2 0 1 2 1 0 环后， 其相变潜热及相变温度均相对比较稳定。 参考文献： 1 张仁元 相变 材料与相变储能技术f M j E 京 ： 科 学出版社 ， 2 0 0 9 【 2 胡小芳， 林丽莹， 胡大为 石膏基陶粒吸附石蜡复合储能材料制 备及 性能f J 天津工业大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 6 3 6 6 3 】L u i s a F ， C a b e z a Us e o f m i c r o e n c a p s u l a t e d P C M i n c o n c r e t e w a l l s f o r e n e r g y s a v i n g s J E n e r g y a n d B u i l d i n g s ， 2 0 0 7 ， 3 9( 2 ) ： 1 1 3 -1 1 9 4 席 国喜， 杨文洁 硬脂酸， 改性硅藻士复合相变储能材料的制备及 性能研究们 材料 导报 ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 8 ) ： 4 5 5 0 【 5 刘燕 ， 蒋 晓曙 ， 李书进 ， 等 相变储能建筑材料封装方法的研究进 展 J 材料导报 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 3 0 9 3 1 1 ， 3 2 1 6 6 K o n d o T， I b a m o t o T R e s e a r c h 0 n t h e r mal s t o r a g e u s i n g r o c k w o o l p h a s e c h a n g e ma t e ri al c e i l i n g b o ard C A S HR A E T r a n s a c 一 t i o n s ， 2 0 0 6， 1 1 2： 5 2 6 5 3 1 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m