约束程度对外掺MgO混凝土变形及劈拉强度的影响.pdf

2 0 1 2年 第 1 0期 ( 总 第 2 7 6期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o ml No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t c 理论研究 1 砸 ORET I C lAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 0 4 约束程度对外掺 M g O混凝土变形及劈拉强度的影响 沈达 。邓敏 ，莫立武 ( 南京工业大学 材料科学与工程学院 材料化学工程国家重点实验室，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘要： 研究了约束程度对外掺 Mg O膨胀剂( ME A) 混凝土变形及劈拉强度的影响， 试模壁厚为5 、 7 、 1 0 m m， ME A活性指数为 6 0 、 1 5 0 S ， M E A掺量为 O 、 6 和9 。 试验结果表明： 相同约束条件下 ME A混凝土的应变随ME A膨胀剂掺量的增加而增大， 养护温度越高， 应变越 大 。 3 O时 ， 掺 6 ME A 6 0的混凝土在壁厚为 5 ml 1 的试模约束 下 ， 2 8 d时的应变 为 1 1 8 x 1 0 ， 大于在壁厚为 1 0啪的试模 约束下混凝 土的应变， 但在壁厚为 1 0 IT ar l 的试模约束下， 其劈拉强度比在壁厚为5 n l m试模约束下高 1 3 0 关键词： ME A膨胀剂；约束程度；应变；劈裂抗拉强度 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 1 4 0 4 Effe c to f r e s t r ai n tde gr e eont hee xp an si ona ndt en s i l es pl it t i ngs t r en gt hof c onc r e t ec on t a i ni ngM g O- ba s ede xp ans i v ea gen t S HEN IDa ， DENG M in ， M O L i - WU ( S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Ma t e r i a l s O ri e n t e d C h e mi c a l E n g i n e e ri n g ， C o l l e g e o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Nanj i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： E ff e c t o f r e s t r a i n t d e g r e e o n t h e e x p a n s i o n and t e n s i l e s p l i tt i n g s t r e n g t h o f c o n c r e t e c o n tai n i n g Mg O- b a s e d e x p a n s i v e a g e n t ( ME A) we r e in v e s t i g a t e d T h e w a l l thi c k n e s s e s o f the mo l d u s e d t o ing r a i n the e x p a n s i o n o f c o n cre t e s p e c i me n we r e 5 ， 7 ， 1 0 n n T l res p e c t i v e l y T h e a c t i v i t y v a l u e s of MEA u s e d were 6 0 S and 1 5 0 s ， an d the a mo u n t o fMEA a d d e d i n c o n c r e t e we r e O、 6 and 9 r e s p e c t i v e l y Re s u l t s s h o we d tha t wi t h i n c r e a s i n g am o un t o fM EA ， th e e x p a ns i o n o f c o n c r e t e i n c r e ase d c o r r e s p o n d i n glyF u r t h e r mo r e， hi g he r c u r i n g t e mp e r a t u r e c a u s e d l a r g e r e x p an s i o n s tr a i n o fthe c o n c r e t e Th e e x p ans i o n s t r a i n o fc o n c r e t e c o n tai n i n g 6 MEA- 6 0 r e s a i n e d b y u s i n g 5 mm thi c k mo l d wa s 1 1 8 x1 0 a t 28 d wh e n c u r e d u n d er 3 0。 w h i c h w a s h ! ghe r t h a n t h a t o f th e c o n c r e t e r e s t r a i n e d b y u s i n g 1 0 n ll n - m i c k m o l d and t h e t e n s i l e s p l i t t i n g s tr e n g t h o f th e l a t t e r ， h o we v e r ， Was inc r e a s e d b y 1 3 i n c o mp a r i s o n t o tha t o f t h e f o r me r Ke y w or d s ： M g O- b ase d e x pans i v e a g e n t ； r e s t r a i n t d e gre e ； s tra in； t e n s i l e s p l i tti n g s eng t h 0 引言 混凝土结构的开裂是一个世界性的技术难题【 ， 它不仅降 低混凝土的力学性能， 还会为有害介质的进入提供快速通道 ， 严重影响混凝土结构的耐久性能和使用性能， 缩短混凝土结构 的寿命。 在水泥水化硬化过程中， 由于水泥的水化放热会使混 凝土特别是大体积混凝土内部温度升高 4 0 5 0， 甚至更高 ， 混凝土在降温过程中将产生收缩， 引起温度应力， 再伴随着干 燥收缩、 自收缩等收缩， 在混凝土内部产生较大的收缩拉应力， 可能导致混凝土开裂 _ 司 。 在浇筑混凝土大坝的过程中， 为了防 止混凝土开裂 ， 必须采取一系列的温控防裂措施。 目前常用的 坝内预埋水管冷却、 坝面保温和加冰拌和混凝土等方法 ， 既不 经济 。 施工工艺又较复杂。 而在混凝土中掺入 Mg O膨胀剂， 利用 膨胀变形来补偿其收缩变形， 可以在混凝土中产生一定的压应 力， 部分或全部抵消混凝土结构在收缩过程中产生的拉应力， 这是一种防止和减少混凝土开裂的有效方法。 目前 Mg O膨胀 剂已成功应用于大坝等大体积混凝土中， 取得了良好的经济效 益和社会效益7 - 9 。 目前关于掺 Mg O膨胀剂对混凝土性能的影响， 试件大都处 在自由条件或相同约束条件下养护。 李延波【 叼f 究了在一维、 二 维、 三维约束条件下外掺轻烧 Mg O混凝土的性能 ， 掺 5 、 8 和 1 2 Mg O混凝 土三维约束试 件 1 8 0 d时 的劈拉 强度分别 比 自由试件提高 3 3 、 3 1 和 3 3 。 但对于在不同约束程度下外 掺Mg O混凝土的变形及其力学性能研究较少， 本试验对不同约束 程度下外掺 Mg O混凝土的变形及劈裂抗拉强度作了初步研究。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥： 中国水泥厂生产的金宁羊牌P I I 4 2 5 R级水泥； 粗集 料： 南京天宁采石厂石灰石， 小石粒径为 5 - 2 0 i n l n ， 中石粒径为 2 0 - - 4 0 I I 1 l l ； 细集料 ： 河砂， 细度模数为 2 6 ； 粉煤灰： 华能电厂 I 级灰 ； 氧化镁： 南京工业大学 自行研制 ， 使用 2种活性的 Mg O 膨胀剂( ME A) ， 柠檬酸法测定其活性指数分别为 6 0 、 1 5 0 S ； 减 水剂：江苏博特新材料有限公司生产的 J M I I 高效减水剂。 水 泥、 粉煤灰和氧化镁的化学成分见表 1 。 1 2试验 方法 混凝土中： 胶凝材料总用量为2 2 0 k g m3 , 细集料为 7 2 5 k g m3 ， 粗集料为 1 2 8 9 k g m3 ， J M- B减水剂为 O 7 ， 水为 1 1 0 k e m ， 粉 收稿 日期 ：2 0 1 2 - -0 4 1 3 基金项目：国家科技支持计划项 目( 2 0 1 1 B A E 2 7 B 0 1 ) ； 国家重点基础研究发展计划( 2 0 0 9 C B 6 2 3 1 0 5 ) l 4 表 1 水泥 、 粉煤灰和 氧化镁 的化学成分 煤灰掺量为胶凝材料的 3 0 ， 氧化镁为外掺， 掺量分别为胶凝 材料用量的 0 、 6 和 9 。 1 2 1 混凝土变形试件的制备与养护 采用规格为 61 2 o min x 2 4 0 mm( 即内径 1 2 0 n l n l 、 高 2 4 0 r n n 1 ) 的钢管试模， 所用钢材为Q2 3 5 钢。 试模壁厚分别为 5 、 7 、 1 0 to n i ， 两端盖板厚度分别与壁厚对应 ， 试模为三维密封型试模 ， 内埋 vws 1 5型振弦式应变计， 其中上面盖板中间有一小孔 ， 用于引 出应变计接线。 按照 S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工混凝土试验规程 “ 混 凝土拌合物室内拌合方法” 根据配合比拌合混凝土拌合料 1 1 l 。 混 凝土试件均放入混凝土蒸汽养护箱养护。 混凝土的应变量按式( 1 ) 计算 ： e k ( P - P o ) + ( 6 一 ) ( T - T o ) ( 1 ) 式中： 被测物的应变量， 1 0 ； k 应变计的测量灵敏度， 1 0 哪 ； b 应变计的温度修正系数， 1 O 叫； 被测物的线膨胀系数， 1 0 -6 C； F 、 应变计的实时测量值、 基准值 ， F ； 、 温度的实时测量值、 基准值 ， 。 1 2 2 混凝土劈裂抗拉强度试件的制备与养护 采用规格为 61 2 o m mx l 2 0 mm( 即内径 1 2 0 ml n 、 高 1 2 0 mi l 1 ) 的钢管试模， 所用钢材为 Q 2 3 5钢。 试模壁厚分别为 5 、 7 、 l O ml n ， 两端盖板厚度分别与壁厚对应 ， 试模为三维密封型可拆卸试模， 按照 S L 3 5 2 -2 0 0 6 ( 水工混凝土试验规程 “ 混凝土拌合物室内 拌和方法” 根据配合比拌和混凝土拌合料 1 1】 。 自由试件放入混凝 土蒸汽养护箱养护， 三维约束试件带模约束放人混凝土蒸汽养 护箱至规定龄期， 取出脱模后测劈拉强度。 混凝土劈裂抗拉强度按式( 2 ) 计算【 1 1】 ( 准确至 O 叭 MP a ) ： f - ( 2 ) 式中i 试件的劈裂抗拉强度， MP a ； P 试件破坏载荷， N； A试件劈裂面面积， mm 。 2 结果 与讨论 2 1 试模的约束程度对混凝土试件 变形 的影响 图 1 为 3 O下不 同试模 壁厚对掺 6 ME A混凝 土试 件应 变的影响。 其中， 未掺 ME A的对比样由壁厚为 5 mr f l 的试模约 束。 未掺 ME A的混凝土试件的自收缩在 6 0 d内快速发展 ， 在 3 0养护下， 6 0 d时其 自收缩应变为一 2 3 x 1 0 - 6 o 此后混凝土收 缩速率变慢， 并趋于稳定， 至 1 8 0 d时， 其应变量为一 2 7 x 1 0 -6 0 掺 ME A 6 0的试件在 2 8 d龄期内应变增加较多 ， 说明试件的膨胀 速率较快 。 2 8 d 后膨胀速率变慢。 掺 ME A 1 5 0的试件总体上也 呈膨胀趋势， 6 0d 后膨胀速率相对增大， 后期膨胀趋势较明显。 到 1 8 0 d时， 最大应变量为 1 8 2 x 1 0 ， 膨胀应变趋于减小。 在相同的约束程度下， 随着龄期的增加， 混凝土试件的应 变逐渐增大。 掺 ME A 6 0混凝土试件的应变在 3 0 d前增长较 快， 3 0 d后趋于平缓。 而掺 ME A 1 5 0混凝土试件在 3 0 d后应变 还有增长趋势。 在相同龄期时， 随着试模壁厚的增加， 混凝土试 件的应变减小。 3 0养护下， 掺 6 ME A。 6 0的混凝土试件在壁厚 为 5 7 、 1 0 mm的试模约束下， 其 1 8 0 d的应变分别为 1 4 5 ： 1 0 、 1 2 3 x 1 0 -6 9 5 x 1 0 -6 o 这是由于试模壁薄， 对混凝土试件的约束相 对较小 ， 导致试件变形较大。 相反， 试模壁越厚约束越大， 试件 的变形就越小。 1 6 1 2 8 4 0 呈一 4 一8 一 1 2 一l 6 2O 一24 2 8 2 、 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 O 1 4 0 1 6 0 1 8 0 龄期 ， d ( a ) ME A一 6 0 龄 期 ， d ( b ) ME A一 1 5 0 图 1 3 0下不同试模 壁厚对掺 6 ME A混凝土试件应变的影响 2 2 ME A活性及掺量对混凝土试件 变形的影响 图 2为 3 O养护条件下不同 ME A掺量对混凝土试件应 变的影响。 总体来看 ， 掺 ME A混凝土试件的应变随着龄期的 增加而表现出增大的趋势 ， ME A掺量越高 ， 试件膨胀越大。 掺 ME A 6 0的试件前期应变增加较快 ， 后期应变变化趋于平缓。 而掺 ME A 1 5 0的试件由于所掺 ME A的活性相对较低 ， 前期应 变的增加相对较小， 但后期增长较快。 对 比ME A掺量为 6 的 应变曲线 ， ME A 1 5 0产生的膨胀在 9 0 d时超过 ME A 6 0产生 的膨胀 。 2 - 3 养护温度对混凝土试件变形的影响 图 3为不同养护温度下掺 6 ME A 1 5 0 混凝土试件在试模 壁厚为 5 m l n约束下的应变曲线。 结果表明， 在 ME A掺量和约 束程度相同的情况下 ， 养护温度越高， 应变量越大。 除 2 O养 护下， 7 d前表现出收缩之外， 3 O 、 4 O养护时都表现出了膨胀。 且前期膨胀较大， 应变增长较快， 补偿了较多的自收缩， 后期应 变变化趋于平缓， 但仍有增长的趋势。 】 5 ： 2 9 6 30 ：2