自密实环氧树脂混凝土力学性能研究.pdf

2 0 1 2年 第 1 1期 (总 第 2 7 7 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RE S EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 0 5 自密实环氧树脂混凝土力学性能研究 仲朝明 ，于鸣 ，杨晓光 ，仲晓林 ( 1 中冶建筑研究总院有 限公 司，北京 1 0 0 0 8 8 ；2 亨斯迈 ( 中国)化工 贸易公司 ，上海 2 0 0 2 4 5 ) 摘要： 试验主要研究了以常温固化环氧树脂为胶凝材料的自 密实混凝土， 测定了其基本力学性能， 包括抗压强度 、 抗折强度 、 轴心抗 压强度和静压弹 陛模量 ， 并研究 了碎石和钢纤维对环氧树脂混凝土力学性 能的影 响。 关键词： 自密实；环氧树脂混凝土；轴心抗压强度；静压弹性模量 中图分类号 ： T U5 2 8 5 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 1 - 0 0 1 6 0 2 St u dy on t he mec h ani c a l p r ope r t y of s el f - c ompac t i ng e po xy r es i n c on cr e t e Z HONG Ch a o - mi n g ， YU M i n g ， Y ANG Xi a o - g u a n g ， ZHONG Xi a o 一 ( 1 C e n t r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o f B u i l d i n g a n d Co n s t r u c t i o n C o ， L t d ， MC C G r o u p ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 8 ， C h i n a ； 2 H u n t s ma n( C h i n a ) C h e mi c a l T r a d i n g C o mp a n y ， S h ang h a i 2 0 0 2 4 5 ， C h i n a ) Ab s t r act： S t u d y h a v e b e e n g i v e n o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o ft h e s p e c i a l s e l f - c o mp a c t i ng c o n c r e t e ， wh i c h e mp l o y e d r o o m t e mpe r a t u r e c u r a b l e e p o x y r e s i n a s b i n d e r ma t e r i a l ， i n c l u d i n g c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， fl e x u r a l s t r e n g t h， a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n gth ， a n d s t oi c mo d u l u s o f e l a s t i c it y F u r t h e r m o r e， t h e i nfl u e n c e s o fg r a v el a n d s t e e l fi be r o n th e me c h a ni c a l pr o p e r t i e s o fe p o x y r e s i n c o n c r e t e we r e a l s o r e p o r t e d Ke yw o r ds ：s e l f c o mp a c t i n g； e po x y r e s i n c o n c r e t e ； a x i fl c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； s t a t i cmo d u l u so fe l a s t i c i t y 0 引言 从胶凝材料的种类上来说， 目前的混凝土可以分为无机和 有机两大类。 无机混凝土又可以细分为石膏混凝土、 水泥混凝土、 碱激发矿渣粉煤灰类混凝土等 ， 聚合物改性水泥混凝土因为本 质上的胶凝材料没有发生变化 ， 因此只是从属于水泥混凝土下 的一类无机混凝土； 有机混凝土按照是否发生聚合反应可以分 为聚合和非聚合两类 ， 沥青混凝土、 硫磺混凝土等属于非聚合 类有机混凝土， 而呋喃树脂混凝土 、 环氧树脂混凝土、 聚氨酯混 凝土等都属于聚合类有机混凝土。 受到成本、 性能等各种因素影响 ， 水泥 昆 凝土是 目前世界 上使用量最大的混凝土材料， 世界各国对混凝土的研究也主要 集中在水泥混凝土以及聚合物改性水泥? 昆 凝土上。 与水泥混凝 土相比， 环氧树脂混凝土的成本非常高， 但是因为其具有强度 高、 韧性好、 耐酸碱腐蚀以及黏接性能好等优点， 在一些特殊环 境下是水泥混凝土的理想替代品， 目前环氧树脂混凝土主要应 用部位有建筑物加固、 钢结构桥梁面板、 桥梁伸缩缝 、 耐磨地 坪、 设备机床抢修、 高精度机床等。 本试验以常温固化的环氧树 脂为胶凝材料 ， 配制了多组高强 自 密实环氧树脂混凝土， 测定 了其基本力学性能， 并与超高强水泥混凝土进行了对比， 为环 氧树脂混凝土的设计及工程应用提供一些参考。 1 原材料及 试验 方法 1 1 原材料 低黏度双酚A型环氧树脂， 环氧当量 1 8 0 - 1 9 5 g e q ， 2 5 时黏 度 1 2 0 0 MP a s ； 改幽 旨 环胺固化剂， 胺当量 5 9 6 3 e q ， 2 5 时黏 收稿 日期 ：2 0 1 2 - -0 5 - 0 9 1 6 度 2 3 MP a s ； 有机硅类消泡剂， 2 5 时密度0 8 8 g c m ， 闪点 2 7 ； 镀铜钢纤维， 直径 0 2 m 1 1 1 ， 长度 6 m l T l ， 抗拉强度 2 8 5 0 MP a ： 粉煤灰， I 级， 元宝山电厂； 硅砂， 2 0 , - -4 0目； 碎石， 5 - 1 5 n l r n 。 1 2试 验 方 法 试验在干燥环境下进行， 试验温度 2 0。 试验时先将钢纤 维、 粉煤灰、 硅砂和碎石等粉料称量好倒入 3 0 L混凝土强制搅 拌机内， 搅拌 1 mi n ； 再将环氧树脂和固化剂用手电钻搅拌均匀； 开动搅拌机， 边搅拌粉料边倒入搅拌均匀的液料， 液料全部倒 入搅拌机后再搅拌 3 mi n出料。 试件成型时将环氧树脂混凝土 一 次性倒入试模， 人工进行轻微振动。 试件于 2 0干燥环境下 养护至规定龄期进行各种试验。 抗压强度、 抗折强度 、 轴心抗压强度和静压弹性模量试验 按照 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 进行 ， 抗压强度试件为 1 0 0 m mx l O 0 mmx l 0 0 IT I l l l 立方体， 抗折 强度试件为 1 0 0 m mx l O 0 mmx 4 0 0 n l i n棱柱体 ， 轴心抗压强度和 静压弹性模量试件为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 3 0 0 l n r n 棱柱体。 2 试验 配合 比及结果 2 1 试验 配合 比 试验配合比见表 1 ， 实际每组试验量为2 O L 。 固化剂的理论 计算用量为环氧树脂质量的 3 2 5 ， 实际使用量为 3 3 3 。 消泡 剂提前与环氧树脂混合均匀， 用量为环氧树脂质量的0 3 ， 钢纤 维按照近似体积掺量约 1 、 2 、 4 掺入。 2 2 试 验 结果 坍落扩展度、 抗压强度、 抗折强度 、 轴心抗压强度和静压弹 表 1 自密 实环 氧树脂混凝试验配合比k 咖 性模量试验结果见表 2 ， 所有数据均为直接测量结果， 未进行折 算。 初始坍落扩展度在搅拌完成后立刻进行测量， 测量完毕后将 2 0 L试验料全部装入带盖的铁桶中， 静置 3 0 mi n后重新搅拌并 测量坍落扩展度。 3 试验 结果 分析 3 1 抗 压 强度 与普通水泥混凝土相比， 此次试验所配制的环氧树脂混凝 土的强度发展要快很多， 6 组试验中 3 d抗压强度与 2 8 d抗压 强度的比值最低 8 8 0 、 最高 9 0 5 ， 平均 8 9 2 。 碎石的掺入 对环氧树脂混凝土的抗压强度有一定负面影响， 但不明显。 当 碎石掺量分别为 5 0 0 、 l 0 0 0 k g m 时， 3 d强度降低 O 5 、 3 4 ， 2 8 d 抗压强度降低 1 4 、 4 6 。 钢纤维掺量对环氧树脂混凝土 3 、 2 8 d抗压强度的影响如 图 1 所示 ， 从图中可知， 与不掺钢纤维的第 3组试验相比， 不同 掺量的钢纤维对环氧树脂混凝土 3 、 2 8 d的抗压强度均有提高 作用 ， 其中以 1 体积掺量增强作用最为明显 ， 3 、 2 8 d 分别提高 了 5 1 、 4 8 。 随着钢纤维掺量的增加， 这种增强作用反而降低， 这是因为随着钢纤维掺量的增加 ， 混凝土的流动性降低 ， 而本 次试验采用手工振动成型， 流动性降低导致了材料密实性降低， 从而引起抗压强度的降低。 3 2抗折 强度 碎石的掺入对环氧树脂混凝土的抗折强度有显著的负面 影响， 当碎石掺量分别为 5 0 0 、 1 0 0 0 k g m3 时， 环氧树脂混凝土 2 8 d 抗折强度分别降低了 1 2 2 、 1 5 8 。 环氧树脂混凝土的抗 折强度主要来源于环氧树脂固化时形成的三维网络结构， 而试 验所用的碎石断裂强度比固化的环氧树脂低 ， 随着碎石掺量的 增加， 其断裂面上的有效网络结构逐渐减少， 从而导致了抗折 强度的降低。 表 2 自密实环氧树脂混凝土试 验结果 目 、 憩 出 钢纤维 掺量 ， 图 1 钢 纤维掺 量对环 氧树脂混凝土抗压强度的影响 钢纤维的掺入对环氧树脂混凝土抗折强度的影响如图 2 ， 从图中可以看出， 不同掺量的钢纤维对环氧树脂混凝土 2 8 d的 抗折强度均有提高作用， 1 、 2 、 4 体积掺量时， 2 8 d抗折强 度分别提高 1 1 8 、 7 5 、 5 3 。 钢纤维掺量增加而抗折强度提 高量反而降低的原因同样是因为流动性下降造成密实性降低。 钢 纤维 掺量 ， 图 2 钢纤维掺量对环氧树脂混凝土抗折 强度 的影响 从试验结果还可以看出环氧树脂混凝土的抗折强度要明 显高于相同等级的水泥混凝土。 利用水泥、 硅粉等胶凝材料配制 的2 8 d抗压强度为 1 1 4 5 MP a 水泥基超高强混凝土， 其 2 8 d抗 折强度仅 9 2 MP a t ” ， 压折比为 1 2 5 。 而此次试验所配制的 3组 不含钢纤维 的环氧树脂混凝土 ， 2 8 d压折比分别为 5 6 、 6 - 3 、 6 4 ， 平均值为 6 1 ， 压折比仅为水泥基超高强混凝土的 4 8 8 ， 显示出环氧树脂混凝土良好的韧性。 3 _ 3 轴 心抗 压 强度 与抗压强度类似， 碎石的掺入使轴心抗压强度略有降低， 当碎石掺量分别为 5 0 0 、 1 0 0 0 k g m 时， 2 8 d轴心抗压强度分别 降低 1 3 和 4 7 。 钢纤维的掺入可以明显提高环氧树脂混凝 土的轴心抗压强度， 与未掺钢纤维的第 3组试验相比， 钢纤维 体积掺量 1 、 2 、 4 时，环氧树脂混凝土 2 8 d 轴心抗压强度分 另 0 提 高 9 7 、 8 1 、 5 2 。 试验所配制的 6 组环氧树脂混凝土， 2 8 d轴心抗压强度与立 方体抗压强度的比值( 轴压比) ， 未掺钢纤维的3 组分别为 0 9 3 6 、 0 9 3 7 、 0 9 3 5 ， 平均值 0 9 3 6 ； 掺人钢纤维的 3 组分别为 0 9 7 8 、 0 9 6 9 、 0 9 7 7 ， 平均值 0 9 7 5 。 由此可以看出， 钢纤维的掺人可以明显提 高环氧树脂混凝土的轴压比。 此外， 2 8 d抗压强度为 1 1 4 5 MP a 水泥基超高强混凝土， 2 8 d轴压比为 0 8 5 E” ， 明显低于此次试验 所配制的环氧树脂混凝土。 3 4 静 压 弹性模 量 碎石的掺入可以显著提高环氧树脂混凝土的静压弹性模量， 不含碎石的环氧树脂混凝土 2 8 d 静压弹性模量为2 5 4 GP a ， 当 碎石掺量分别为 5 0 0 、 1 0 0 0 k g m 3 时， 2 8 d 静压弹性模量分别提 高 1 0 6 和 2 3 6 。 钢纤维对环氧树脂混凝土静压弹性模量的 影响很小 ， 与未掺钢纤维的第 3组试验相比， 钢纤维体积掺量 下转第2 0页 1 7 如 加 = 2 m 2 】B E Z D E K J C P a t t e r n r e c o g n i t i o n w i t h f u z z y o b j e c t i v e f u n c t i o n a l g o r i t h ms M N e w Y o r k ： P l e n u m P r e s s ， 1 9 8 1 ： 6 5 7 0 【 3 O L I V E I R A J ， P E D R YC Z WAd v a n c e s i n f u z z y c l u s t e ri n g a n d i t s a p p l i c a t i o n s J C o m p u t i n g R e v i e w s ， 2 0 0 8 ( 8 ) 4 】壬秋萍， 张道宏 从 Wa r s h a l l 算法到求模糊矩阵传递闭包的一个简 捷算法 J J _ 西安理工大学学报， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 7 4 2 7 7 【 5 夏宁， 任青文 基于模糊聚类分析法的构件耐久性评估叫 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 1 3 1 6 6 周双喜 辅助胶凝材料合理代用的模糊聚类分析【 J J 硅酸盐通报 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 1 8 4 1 1 8 8 7 】田华。 尚建丽， 孟宏睿 模糊聚类分析理论的新应用对预拌混凝 土高性能化质量控制的研究 J 陕西工学院学报， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 1 9 2 3 【 8 李敏， 考宏涛， 钱春香高强混凝土受火后损伤的模糊综合评价 J 混 凝土与水泥制品， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 8 - l O ， 3 8 【 9 】 赵运德 ， 施炯林 模糊多级模型在混凝土工程质量评价中的应用I J 】 甘肃农业大学学报， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 7 3 7 8 【 1 0 C HE N X i a o - z h e n ， Z HU H o n g - p i n g 。 C HE N S t r u c t u r a l d a m a g e i d e n t i fi - c a t i o n u s i n g t e s t s t a t i c d a t a b a s e d O i l g r e y s y s t e m t h e o r y J J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y S c i e n c e ， 2 0 0 5 ， 6 A( 8 ) 1 1 D A V I D K W， N g G r e y s y s t e m a n d gre y r e l a t i o n a l mo d e l J A C M S I G I C E B u l l e t i n ， 1 9 9 4 。 2 0 ( 2 ) ： 2 9 1 2 梁本亮， 刘建新 基于 久性影响因子分析啪 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 7 5 8 O 【 1 3 】 冯庆革， 卢凌寰， 杨绿峰 混凝土孔径分布与强度关系的灰色系统研 究f J 厂西大学学报， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 2 5 5 2 5 8 1 4 】 彭艳周， 陈凯， 胡曙光钢渣粉颗粒特征对活性粉末混凝土强度的影 0 8 J 建筑材料学报， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 5 4 1 5 4 5 【 1 5 Z HA N G Y o n g - j u a u ， Z HA N G X i o n g G r e y c o r r e l a t i o n a n al y s i s b e t w e e n s t r e n g t h o f s l a g c e me n t a n d p a r t i c l e f r a c t i o n s o f s l a g p o w d e r J 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 7 ， 2 9 ( 6 ) ： 4 9 8 - 5 0 4 【 1 6 】 罗洵 超高强混凝土配制技术的灰色关联分析【 J 宜春学院学报， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 8 6 8 7 1 7 陈志江， 尹红宇， 陈川亮 混凝土碳化深度灰色关联分析 J I _广西大学 学报， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 4 7 1 5 0 1 8 】 袁晓露， 周世华 水泥矿物组成与韧性的灰色关联分析 J 】 _ 人民长江， 2 0 1 1 ( 2 1 ) ： 3 7 3 9 I 1 9 席峰， 许金余， 张国喜灰色关联分析在 E P S 混凝土配制中的应用啊 路基工程， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 1 7 2 0 C HA N G C Y， HU A N G R， L E E P C， e t a 1 A p p l i c a t i o n o f a we i g h t e d Gr e y - Ta g u c h i me t h o d f o r o p t i mi z i n g r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e mi x t u r e s J 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 1 1 ( 3 3 ) ： 1 0 3 8 1 049 上接第 1 7页 1 、 2 、 4 时， 2 8 d静压弹性模量分别提高 1 0 、 1 3 、 0 6 。 此次试验所配制的 3 组不含钢纤维的环氧树脂混凝土 ， 2 8 d静 压弹性模量平均值为 2 8 | 3 G P a ， 与相同强度等级的水泥基超高 强混凝土 2 8 d 静压弹模 5 1 2 G P a t 】 相比只有其 5 5 3 。 4结论 ( 1 ) 环氧树脂混凝土的抗压强度主要来源于环氧树脂固化 时形成的网络结构， 碎石及钢纤维的掺量对其影响不大； ( 2 ) 碎石的掺入导致了环氧树脂混凝土的抗折强度降低 ， 碎石量越大， 抗折强度越低 ； 钢纤维的掺人可以提高环氧树脂 混凝土的抗折强度； ( 3 ) 碎石的掺入对环氧树脂混凝土的轴心抗压强度影响不大， 钢纤维可以显著提高环氧树脂混凝土的轴心抗压强度和轴压比； 20 - 2 1 G R AU P E D P r i n c i p l e s o f a rt i fi c i a l n e u r al n e t w o r k s J Ma t h e ma t i c s o f C o mp u t i n g ， 1 9 9 8 ( 6 ) 2 2 L E E J A， S C H LE I F F M， T HO MA S MA d v a n c e s i n a r t i fi c i a l n e u r al n e t w o r k s ， ma c h i n e l e a rni n g ， a n d c o mp u t a t i o n a l i n t e l l i g e n c e J K y b e r n e t e s ， 2 0 1 l ， 7 4 ( 9 ) ： 1 2 9 9 1 3 0 0 2 3 韩敏， 齐东海， 王立久 神经网络理论在土木及水利工程中的应用展 望 系统工程应用研究， 1 9 9 9 ， 3 3 ( 2 ) ： 2 8 2 3 1 2 4 1 同双喜 ， 赵碧华 人工神经网络在掺活化煤矸石粉混凝土强度预测 中的应用 昆 凝土， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 2 6 2 8 2 5 B A I J ， WI L D S ， WAR E J A， e t a 1 U s i n g n e u r a l n e t w o r k s t o p r e d i c t w o r k a b i l i t y o f c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g me t a k a o l i n a n d fl y a s h J A d v a n c e s i n E n g i n e e r i n g S o f t w a r e ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 1 1 - 1 2 ) ： 6 6 3 - 6 6 9 2 6 HO D HO D H， AB D E E N M A M S i m u l a t i o n a n d p r e d i c t i o n for t h e e ff e c t o f n a t u r a l a n d s t e e l fib e rs o n t h e p e rfo r ma n c e o f c o n c r e t e u s i n g e x p e r - i m e n t al analy s e s and a r t i fi c i a l n e u r al n e t w o r k s n u me ri c a l m o d e l i n g J K S C E J o u r n al o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 1 ， 1 5 ( 8 ) ： 1 3 7 3 1 3 8 0 【 2 7 YE H I C A n al y s i s o f s t r e n g t h o f c o n c r e t e u s i n g d e s i g n o f e x p e ri m e n t s and n e u r a l n e t w o r k s J J o u rnal o f Ma t e ri als i n C i v i l E n gin e e ri n g ， 2 0 0 6 ， 1 8 ( 4 ) ： 5 9 7 - 6 0 4 2 8 1 张伟， 王世清， 李爱东， 等 B P 人工神经网络在混凝土耐久性评价上 的应用【 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 8 - 1 1 2 9 HE WAY D E E， N EH D I M， A L L O U C H E E， e t a 1 N e u r al n e t w o r k p r e d i c t i o n o f c o n c r e t e d e g r a d a t i o n b y s u l p h u r i c a c i d a t t a c k J S t r u c t u r e a n d I n f r a s t ruc t u r e E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 7 ， 3 ( 1 ) ： l 7 2 7 【 3 0 崔猛， 壬新刚 混凝土强度预测的人工智能方法【 J 】 _ 山西建筑 ， 2 0 0 8 ( 2 7 ) ： 9 9 1 0 1 【 3 1 】 吕培印， 宋玉普 基于人工神经网络的混凝土疲劳寿命估算 J 】 海洋 工程杂志， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 7 2 7 6 3 2 1 赵庆新 ， 孙伟， 姜国庆， 等 基于 B P网络的自密实混凝土配合比设 计 工业建筑， 2 0 0 6 ( 8 1 ) ： 8 5 0 8 5 3 【 3 3 闫康 人工神经网络技术在现代混凝土配合比设计中的应用【 J J _ 中国 建材科技 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 2 1 2 3 【 3 4 D I A S W P S， P O O L I Y AD D A S P N e u r al n e t w o r k s for p r e d i c t i n g p r o p e rt i e s o f c o n c r e t e s w i t h a d mix t u r e s J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g Ma t e r i a 1 s 。 2 0 0 1 ， 1 5 ( 7 ) ： 3 7 1 3 7 9 作者简介 联系地址 联 系电话 孔丽娟( 1 9 8 1 一 ) ， 女， 博士 ， 副教授， 研究方向： 高性能水泥 基材料 。 河北省石家庄市北二环东路 1 7号 石家庄铁道大学材料 学院( 0 5 0 0 4 3 ) O3 1 1 8 7 9 3 92 3 3 ( 4 ) 环氧树脂混凝土的轴压比要明显高于水泥基混凝土， 掺人钢纤维的环氧树脂混凝土 2 8 d轴压比可以达 0 9 7 5 ； ( 5 ) 与相同强度等级的水泥基超高强混凝土相 比， 环氧树 脂混凝土的压折比为其 4 8 8 、 静压弹性模量为其 5 5 3 ， 显示 出良好的韧性 。 参考文献 ： 1 田予东， 杜修力， 李悦 超高强混凝土的配制及基本力学性能试验研 究 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 7 7 8 0 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 仲朝明( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 高级工程师。 北京市海淀区西土城路 3 3 号 中冶集团建筑研究总院材料 院Oo o o 8 8 ) 1 3 5 O l O 9 4 9 3 4