玻化微珠保温混凝土弹性模量计算.pdf

2 0 1 0年第 2期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 201 0 N0 2 Apr i l 玻化微珠保温混凝土弹性模量计算 魏艳萍 ， 师 鹏 ， 张泽平 ， 李 珠 ( 1 山西建筑职业技术学院 ， 太原 0 3 0 0 0 6 ； 2 太原理工大学建筑与土木工程学院， 0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ： 通过试验 测定了玻化微珠保 温混凝土的 弹性模 量 ， 并与经验公式 值进行 了比较 ， 从 而拟合 出了玻化 微珠保温混凝 土 的弹性模量计算公式 ， 为采用该混凝 土进行结构设计提 供了参考。 关键词 ： 玻化微珠保温混凝土 ； 弹性模量 ； 经验公式 中图分类号 ： TU 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 0) 0 2 7 5 0 3 0前 言 保温材料是建筑节能与可持续发展 中不可缺少 的 重要的物质基础 ， 合理地用好保温材料 ， 设 计好保温构 造 ，最重要的就是很好地发挥保温 材料在建筑节 能中 的重要作用 。多年来 ， 建筑物保温节 能技 术 的研究 ， 大 多都集 中在 以研究开发附加到建筑物结构 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 过程 ， 加 大 了建造成本 ， 延 长 了建 造周期 ， 而且不 利 于 建筑物结构受力和安全 。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 筑材料是十分必要的 1】 。 玻 化微珠保 温混凝土正是在此 基础上提出来 的。 弹性模量是混凝 土重要 的力学性 能指标， 它 反映 了混凝土所受应力 与所产生应 变之间 的关 系， 是 计算 钢筋混凝土结构的变形 、裂缝扩展和大体 积混 凝土 的 温度应力所必需的参数 。普通混凝土 的弹性模 量只与 混凝土的强度有关 ，轻集料混凝土 的弹性模量 与混凝 土的强度及容重有关 。掺入轻骨料“ 玻化微珠 ” 的玻化 微珠保温混凝土是一种新型 的混凝土 ，它 既不同于普 通混凝土 ， 也 有别 于一般的轻集料混凝土 ， 因此需 要对 玻化微珠保温混凝土的弹性模量进行测定 ，这对采用 玻化微珠保温混凝土进行结构设计具有一定的指导意 义 。 1 混凝土弹性模量经验公式 ( 1 ) 我 国 混凝 土结 构设 计规 范) ( G B J I O 一 8 9 ) 给 出 了普通混凝 土弹性模量 的计算 公式： 1 0 2 2 + -= ： 式 中， 一 普通 混 凝 土标 准 立 方体 抗 压强 度 标 准 值 ， M P a ； 一 普通混凝土弹性模量 ， MP a 。 ( 2 ) 我 国 轻骨料及轻骨料 混凝土技术规定 和试 验 方法) ( J G J 5 1 7 8 ) 中弹性模量是 以下列公式标定 的闭 ： E = 6 1 4 2 p 、 式 中， 一 轻集料混凝土弹性模量 ， k g f c m ； P一 轻集料混凝土表观密度 ， k g c I n ； R一 轻集 料混凝 土( 2 0 c m x 2 0 c mx 2 0 c m试 件 ) 的 抗压强度 ， k g f c m 。 该公 式的计算值 ， 经调整 ， 与按规定 的试验 方法测 得的实测值相 比， 除膨珠 、 自燃煤 矸石混凝 土较低 外， 其 它都 比较吻合， 其平 均误差约为 1 2 。 为了便于 比较 ，将该式 中抗压强 度换 成标准立方 体抗压强 度 ， 乘 以 系数 1 0 5 ， 并换 算成 国际单位 ， 则上 式变为 ： E= 1 9 9 p ( 2 ) ( 3 ) 我 国 轻 集料混 凝 土技术 规程 ( J G J 5 1 9 0 ) 建 议采用下面的公式： E= 2 0 2 0 以 ( 3 ) 式中 ， 一 轻集料混凝 土弹性模量 ， MP a ； P一 轻集料 混凝 土的表观密度 ， k g m ； 一 轻集料 混凝土标准立 方体抗压强 度标准 值 ， MP a 。 ( 4 ) 美 国混 凝土协会 A C I 3 1 8和 A C I 2 1 3 R委员会 从 1 9 7 9年至 2 0 0 0年也相继 将轻集料混凝 土弹性模量 公式列入有关 标准性 文件 中。归纳起来结构 轻集料混 凝 土的弹性模量可按下式计算： E 。 0 0 4 3 式中 ， 一 轻集料混凝 土弹性模量 ， MP a ； P 一 轻集料混凝 土表观密度 ， k g m 。 ； 一 轻集料 混凝 土( 圆柱体 试 件) 的抗 压强 度 ， MP a。 该式适用于表观密度( p值) 为 1 4 4 0 - 2 4 8 0 k g m 的 一 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 7 2期 优质结构混凝土， 其偏差约在_+ ( 1 5 - 2 0 ) ， 实测值一般 比计算值偏低 。 为了便于 比较 ，将该式 中圆柱体试件换算成标准 立方体强度 ， 换算系数为 1 2 0 ， 则上式变为 ： 0 0 4 3 x 1 2 ( 4 ) 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 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 题颗粒 ， 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 ，是一种环保型高性能无机轻质绝 热材料 。试验选用太原某公司生产的 S K D 一 1 I 产 品， 产 品的物理性能和形状见表 l 和图 1 。 图 1 玻化微珠 显微镜 下的形状 石： 碎石， 粒径 5 - 2 0 m m， 堆积密度 1 6 3 0 k m 。 砂 ： 普通 河砂 ， 含泥 量 小 于 2 ， 中砂 ， 堆 积密 度 1 5 0 0 k g m 。掺合料和外加剂 ： 课题组 自行研制的 I 型 表 1 玻化微珠 的物理性能 和 型外加剂 以及复合矿物超细粉。 2 2 配合 比 试验共分 5组 ， 每组 的配合 比见表 2 。 在每组试 验中掺入适量 的外加剂和复合矿物超细 粉 。 2 3 试验过程 表 2 玻 化微珠保温混凝土配合 比 试 验 中成 型 1 5 0 m mx l 5 0 mm 1 5 0 m m 的立 方体 试 块测定抗压强度 ， 成 型 1 0 0 m mx 1 0 0 m m x 3 O O mm的试件 测定弹性模 量 ，且每组试验中测定抗 压强度和弹性模 量的试件各做 3 块 。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 。抗 压强度与弹性模量 采用 WA W一 1 0 0 0 K N微机控制 电液 伺服万能试验机和引伸仪进行测定，表观密度由电子 秤称得质量后计算可得 。弹性模量测 定时先将试件 表 面与上下承压板面擦干净 ，然后将引伸仪安装在试件 两侧的中间上并对称于试件的两端 。仔 细调 整试件 在 压力试验机上 的位置 ， 使 其轴心 与下压板 的中心对准 。 加荷 的初始 荷载值 为 5 0 k N 。并应 连续匀速 地加载 至 2 0 0 k N ， 保 持恒载 6 0 s 并在 后 3 0 s 内记 录变形数 ， 然后 以同样 的速度卸载到 5 o k N， 如次重复加 、 卸 5次 ， 测定 一 7 6一 并计算 出试件的弹性模量值 。 3试验结果与分析 3 1 弹性模量 的实测曲线 由于弹性 模量实测 曲线具有相 似的形状及 特征 ， 本文仅给出 I、 组试验 中某典型试件 的实测 曲线 ， 见 图 2和图 3 嘲 。 3 2 试验结果与原 经验公式 比较 试验 所测得 的玻化微珠保温混凝土密度 ，抗压强 度 、 及弹性模 量 如表 3所列 ， 利 用经 验公 式 ( 1 ) 、 公 式 ( 2 ) 、 公式 ( 3 ) 、 公式 ( 4 ) 计算 的 弹性 模量 值见 表 3 。其 中， 各公式 中抗压强度值均为标准值 = 一 J 6 4 5 0 - ， 取 5 0 MP a 。 由表 3可以看出 ，采用现有经验公式计 算出的弹 性模 量值均 比实测值高 ， 且相对误差较 大。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 魏艳萍， 师鹏 ， 张泽平 ， 等 玻化微珠保温混凝土弹性模量计算 2 l 7 5 1 7 4 0 z 1 3 0 5 龌 8 7 0 4 3 5 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 6 0 0 9 0 1 2 0 1 5 变形 r n m 图 2 I组试验 中某试件 弹性模量 实测 曲线 3 3 由试验数据 回归 的计算 公式 由于玻化微珠保温混凝土具有轻骨料混凝 土的许 多特征 ， 可 以看作一种特殊 的轻骨料混凝 土 ， 且弹性模 量较 普通混凝土更 接近 于按 轻骨料 混凝 土的公式 值 ， 考虑到与现有公式相 比较 ， 以公式 ( 3 ) 为基础确 定 回归 2 1 7 5 1 7 4 0 1 3 0 5 Z 挺8 7 0 4 3 5 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 8 0 1 2 0 1 6 O 2 0 变形 ra m 图 3 组试验 中某试件弹性模量实测 曲线 模型。回归模型为E= 3 o p ， 其中 为回归系数。 由试验数据可得 为 1 8 2 ， 则拟合出玻化微珠保 温混凝土弹性模量计算公式为 ： E c = 8 2 J D ( 5 ) 利 用公式 ( 5 ) 计 算出的弹性模 量值 见表 3 ， 其平 均 表 3 弹性模量实测值与经验公式计算值 相对误差较小 ， 且 每个值 的相对误差小 于 6 。 4结论 ( 1 ) 采用普 通混凝 土或轻 骨料混凝 土经验 公式计 算玻化微珠保温混凝土 的弹性模量误 差较大 ，其计算 值 均大于实测值 。 ( 2 ) 根据试 验拟合 出 了玻化 微珠保 温混凝 土的弹 性 模量 计算 公式 为 E = 8 2 P ，相 对误 差小 于 6 ， 为利用玻化微珠保 温混凝土进行结构设 计提供 了 参 考 。 参考文献 ： 1 】张泽乎， 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 龚洛书， 丁威 重新标定 轻集 料混凝土 弹性模 量 J 混凝 土， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 1 3 一l 5 【 3 宋小软， 张燕 坤， 侣建 粉煤 灰陶粒混凝 土的 弹性模 量计算【 J J 工业 建筑，2 0 0 6 ( 2 ) ： 6 1 6 3 【 4 J D B J 1 0 4 2 5 0 - 2 0 0 7 ， 玻化 微珠保 温砂 浆应用 技术 规程【 S 山西： 山 西科学技术出版社， 2 0 0 7 5 J 李建宇 玻化 微珠保温混凝 土单轴受压试 验研究 DI 太原： 太原理 工大学， 2 0 0 9 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 1 1 作者 简介 ： 魏艳 萍( 1 9 6 3 一) 女 ， 工学硕士 、 副教授 。 通讯地址 ： 太原 市学府 街 5 O号 联 系电话 ： 1 3 7 5 3 1 3 1 3 2 0 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m