氧化石墨烯对高性能混凝土收缩徐变的影响研究

马艳军 王茜 汤津 周霄

摘 要：工程建设领域，高性能混凝土为重要施工材料，通过氧化石墨烯的应用将对其收缩徐变特性带来影响，但现阶段业内对其影响机制的认识尚未成熟。鉴于此，组织试验，根据氧化石墨烯的特性，探讨该材料对于高性能混凝土在收缩徐变方面的影响机制。得知：通过氧化石墨烯的应用，制得的高性能混凝土表现出收缩应变特性，随用量的增加而愈发显著;同时其徐变系数呈降低的变化趋势，随用量的增加而快速下降。

关键词：氧化石墨烯;高性能混凝土;收缩徐变

中图分类号：TU528 文献标识码：A

0 引言

现阶段，以氧化石墨烯水泥净浆为对象的研究正大规模展开，已经对其力学性能形成较准确的认识，但就氧化石墨烯混凝土而言依然处于相对空白的状态，为充分发挥出氧化石墨烯的应用优势，则需要加大在此方面的研究力度。混凝土性能评价体系中，收缩徐变为关键指标，其细分为两个概念：收缩发生于无应力状态下，指的是因游离水散失而出现的体积减小现象，其主要受到时间的影响;徐变则发生在混合料受应力作用的条件下，指的是游离水被挤出后而出现的胶体体积变化现象（常伴有变形以及应变的持续增加）。收缩徐变现象的出现，将对混凝土的工程性能带来直接影响，随时间的延长其内力和变形量均呈现出加大的变化趋势，且在超过某阈值后混凝土将受损，结构截面的抗裂度明显不足，以混凝土为施工材料建成的结构体系缺乏稳定性与耐久性[1-2]。由此表明，收缩徐变效应的不良影响程度较深，需在结构设计中以合理的方式规避此问题。在现阶段的高性能混凝土生产及应用领域，氧化石墨烯被小规模地应用于其中，但该类材料对混合料收缩徐变特性的具体影响机制依然未全面揭开“面纱”，业内人士尚未深度掌握氧化石墨烯的应用特性，因此其适用范围未得到扩宽，应用频率也相对较低。在此背景下，亟需对氧化石墨烯的特性展开探讨，明确其在高性能混凝土中的应用效果，且需重点考虑该材料应用后对混凝土收缩徐变所带来的影响机制。对此，下文围绕试验内容及结果展开分析。

1 试验内容

以C50高性能混凝土为分析对象，取氧化石墨烯，将其掺入后制得3组试件，具体包含轴心抗压、收缩、徐变三类，各自数量均为3个，如表1所示。结合表中内容展开分析，PSC指的是纯净的高性能混凝土，GOSC-1和GOSC-2两类材料均含氧化石墨烯，具体比例为0.02%、0.08%。试件的制备、养护及性能测试等相关工作的作业规范均参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）[3]，组织收缩徐变试验以便探讨不同掺量下高性能混凝土的实际表现，具体方法参照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》（GB/T 50082-2009）[4]。

制得试件后，将其转入标准养护室内，分别给予持续7d的养护作业，此后取出PSC、GOSC-1、GOSC-2三组试件，分别对其展开7d轴心抗压强度试验，汇总所得结果，依次为36.9 MPa、38.0 MPa、42.0 MPa，在此基础上取其40%，以作为徐变应力。

取收缩徐变试件，准备经过校准的千分表并将其置于试件的两个侧面，在确保安装无误后获得初始数据;将试件转入徐变仪下压板中心区域，读取该条件下的数值;施加20%的徐变应力，观察两侧的变形量，若该值达到两者均值的10%以上，则卸载并按照相同的方法再次加载作业（控制标准依然取徐变应力的20%），经过对变形值的校核后，进一步加载直至完全与徐变应力等值为止。期间读取数据并记录，明确各阶段的变形值，以便后续展开对比分析。

2 氧化石墨烯对高性能混凝土收缩徐变的影响

3组试样的收缩应变情况如图1所示，结合图中内容展开分析：随时间的推移，混凝土收缩应变均呈增加的变化趋势，且集中在前28d，此后虽有收缩应变但变化幅度较小;相比于PSC组而言，在掺入氧化石墨烯后，所得的混凝土具有更明显的收缩应变特征，且不同掺量下所带来的应变状态也有所差异。结合图2的收缩应变增加率可以得知，低摻量的氧化石墨烯混凝土在32d前的收缩应变更为显著，随后该规律发生变化，以0.08%高掺量的组别更为显著。但从总体变化趋势来看，无论氧化石墨烯的掺量如何变化，制得的高性能混凝土在收缩应变方面均无显著的差异。

结合图2内容展开分析：对于掺量为0.02%的组别，14d为明显的分界点，该时间点之前收缩应变具有大幅度提高的变化趋势，14d的增加率达到最大状态，即8.75%;随后，随时间的延长该值逐步降低。对于掺量为0.08%的组别，则以28d为明显的分界点，该时间点之前收缩应变具有大幅度提高的变化趋势，28d的增加率达到最大状态，即7.9%;随后，随时间的延长该值逐步降低。因此，在掺入氧化石墨烯后，其主要影响的是早期收缩特性，虽然会带来后期影响但程度较为微弱。

3组试样的徐变系数变化情况如图3所示，结合图中内容展开分析：各组别的徐变系数随时间推移而具有的变化趋势总体一致，以14d为时间节点，在此之前的徐变系数具有大幅度提高的特点，变化率较大;14d后曲线虽然提升但幅度较小，呈平缓变化特性，斜率较前期略有降低。经对比分析后可以得知，在掺入氧化石墨烯后，其样品的徐变系数明显偏低，相比之下则以未掺入氧化石墨烯的试样更高。由此表明，在氧化石墨烯的作用下，可以达到降低徐变系数的效果。此外，在相同时间点的条件下，含量大的组分所带来的徐变系数降幅更大，其作用更加明显。

3 结论

综上所述，文章围绕试验内容及结果展开分析，现就全文内容作如下总结：

（1）通过氧化石墨烯的应用，制得的混凝土收缩应变有所提高;在龄期逐步延长之下，因掺入量的增加，收缩应变也具有加大的变化趋势。

（2）通过氧化石墨烯的应用，有助于降低混合料的徐变系数，且在含量增加时其应用效果更为显著。

参考文献：

[1]李昊阳.活性粉末混凝土收缩徐变效应试验研究[D].北京交通大学，2016.

[2]林波.混凝土收缩徐变及其效应的计算分析和试验研究[D].东南大学，2006.

[3]中华人民共和国建设部.GB/T50081-2002，普通混凝土力学性能试验方法标准[S].2003.

[4]中华人民共和国建设部.GB/T50082-2009，普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准[S].2009.