膨胀剂不同掺量对自密实混凝土力学性质影响分析

2021-03-03洪亮

水利科学与寒区工程 2021年1期

洪亮

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000)

收缩是混凝土的固有属性。收缩性能对混凝土结构的承载能力、应力状态、应变性能以及耐久性能都有很大影响[1-3]。收缩对于混凝土结构最直观的危害就是收缩会使约束状态下的混凝土结构产生裂缝[4-5]。裂缝对于混凝土结构有非常大的伤害。从而研究混凝土收缩对于混凝土结构来说具有非常大的意义。

对于自密实混凝土[6-7]中可能存在不稳定气泡，而且与普通混凝土相比，高流动度的同时更会带来较大的干燥收缩比。混凝土膨胀剂[8-10]在补偿混凝土的收缩，提高混凝土的密实性、抗渗性、防水性和抗裂性等方面具有较好的作用。

因此，本文利用膨胀剂来补偿自密实混凝土收缩，并对膨胀剂不同掺量后的自密实混凝土进行力学性能方面的研究，与普通混凝土对照分析，得出相关结论。

1 材料与方法

本次力学性能试验对三组不同膨胀剂掺量下的混凝土进行了试验，具体配合比见表1。

表1 混凝土配合比

三组配合比中，两组为掺入膨胀剂自密实混凝土的配合比，一组为普通混凝土的配合比。根据配合比，制备出150 mm×150 mm×150 mm的的立方体试件。

本次试验使用的压力试验机为河北三宇试验机有限公司的电液式压力试验机，最大试验力为0～3000 kN，试验力准确度为±1%。混凝土收缩应变测量采用千分计，试验结果均按照混凝土28 d龄期的统计。

抗压试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》 GB 50082—2009要求，当混凝土强度等级小于C30时，加载速率应控制在0.02～0.05 MPa/s范围内；当混凝土强度等级在C30～C60时，加载速率应控制在0.05～0.08 MPa/s范围内；当混凝土强度等级超过C60时，加载速率应控制在0.08～0.10 MPa/s范围内。

混凝土立方体抗压强度应按式(1)计算：

(1)

式中:fc u为混凝土立方体试件抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件承压面积，mm2。混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1 MPa。强度值的确定应符合相关标准规定。

2 结果和分析

A、B、C三组混凝土试件抗压结果如图1～图3 所示，试验过程中观察到，对于未掺入膨胀剂的普通混凝土试块A1，A2，A3，如图1所示，当外力加载时，破坏的形态比较严重，主要由于强度不够，混凝土块出现较多的贯穿性裂缝；与普通混凝土的收缩量相比，掺入膨胀剂到5%的掺量时的自密实混凝土试块B1，B2，B3，如图2所示，当外力加载时，破坏的形态相对减小，裂缝出现部分贯穿性裂缝，部分表面裂缝；与普通混凝土的收缩量相比，掺入膨胀剂到10%的掺量的自密实混凝土试块C1，C2，C3，如图3所示，当外力加载时，破坏的形态比较完好，只有表面裂缝。

掺入膨胀剂到混凝土时，随着膨胀剂掺量的增加，搅拌物的整体状况相对更好。加载掺入膨胀剂的自密实混凝土试块时，由于掺入的膨胀剂自由散落在自密实混凝土中，随着外力的加载，裂缝也随之产生，膨胀剂多为横跨裂缝的状态，在一定程度上起到了阻止裂缝发展的作用，限制了骨料间裂缝沿受力方向的扩展与贯通；当外力继续加载乃至超过混凝土的极限荷载后，由于膨胀剂的相连作用，延缓了基体中裂缝的失稳扩展，阻止了基体中损伤核的快速扩散，使得基体的变形能力得到提高，在达到最大荷载后才破碎，从而也在一定程度上提高了混凝土的抗压强度。可见掺入膨胀剂在一定程度上能改善自密实混凝土块的破坏形态。

图1 混凝土立方体A组抗压结果图

图2 混凝土立方体B组抗压结果图

图3 混凝土立方体C组抗压结果图

图4为A、B、C三组混凝土试件抗压强度对比图，按混凝土力学性能试验方法标准的有关规定，整理出试验数据如表2。

图4 A、B、C三组混凝土试件抗压强度对比图

表2 混凝土试件抗压强度值MPa

根据表2对三组不同膨胀剂掺量下的混凝土的抗压强度的统计值可以看出膨胀剂的掺量对混凝土强度有很大的影响，试验结果显示出以下规律：

(1)在未掺入膨胀剂混凝土的情况下，混凝土的抗压强度比较低，A1、A2、A3的抗压强度分别为40.04 MPa，41.55 MPa，42.56 MPa，平均值为41.39 MPa。

(2)在掺入5%膨胀剂自密实混凝土的情况下，自密实混凝土的抗压强度，B1、B2、B3的抗压强度分别为45.04 MPa，45.60 MPa，46.73 MPa，平均值为45.79 MPa，相对未掺入膨胀剂混凝土增加10.63%。

(3)在掺入10%膨胀剂自密实混凝土的情况下，自密实混凝土的抗压强度，C1、C2、C3的抗压强度分别为52.16 MPa，52.81 MPa，54.12 MPa，平均值为53.03 MPa，相对未掺入膨胀剂混凝土增加28.12%。

由以上三点可以分析出：适当增加膨胀剂可以提高自密实混凝土的抗压强度，且与掺入量成正比关系。

图5为A、B、C三组混凝土试件收缩应变对比图，根据表3对三组掺入膨胀剂的混凝土试件收缩应变统计值可以看出膨胀剂的掺量对混凝土收缩有很大的影响，试验结果显示出以下规律：

图5 A、B、C三组混凝土试件收缩应变对比图

表3 混凝土试件的28 d收缩应变10-6

(1)在未掺入膨胀剂混凝土的情况下，混凝土的收缩比较低，A1、A2、A3的收缩率分别为836.00×10-6，845.00×10-6，841.00×10-6，平均值为840.67×10-6。

(2)在掺入5%膨胀剂自密实混凝土的情况下，自密实混凝土的收缩，B1、B2、B3的收缩率分别为665.00×10-6，672.00×10-6，675.00×10-6，平均值为670.67×10-6，相对未掺入膨胀剂混凝土的收缩量能够减小20.22%。

(3)在掺入10%膨胀剂自密实混凝土的情况下，自密实混凝土的收缩，C1、C2、C3的收缩率分别为621.00×10-6，618.00×10-6，625.00×10-6，平均值为621.33×10-6，相对未掺入膨胀剂混凝土的收缩量能够减小26.09%。

由以上三点可以分析出：膨胀剂能够对自密实混凝土收缩起抑制作用，随着掺量的增加，抑制收缩的作用也加强，且与掺入量成正比关系。

综上，通过对膨胀剂不同掺量的试验，研究得出膨胀剂能够对自密实混凝土收缩起抑制作用，随着掺量的增加，抑制收缩的作用也加强。试验得出，与普通混凝土的收缩量相比，掺入膨胀剂到5%的掺量时，自密实混凝土的收缩量能够减小20.22%。与普通混凝土的收缩量相比，当掺入膨胀剂到10%的掺量时，自密实混凝土的收缩量能够减小26.09%。随着膨胀剂掺量的增加，自密实混凝土的收缩量减小的效果呈现降低的趋势。

膨胀剂的掺入能够提高自密实混凝土的抗压强度，随着掺量的增加，抗压强度也随之加强。试验得出，与普通混凝土相比，掺入膨胀剂到5%的掺量时，自密实混凝土的抗压强度能够提高10.63%。与普通混凝土相比，当掺入膨胀剂到10%的掺量时，自密实混凝土的抗压强度能够提高28.12%。随着膨胀剂掺量的增加，自密实混凝土的抗压强度增加的效果呈现降低的趋势。

由此可见，膨胀剂抑制自密实混凝土收缩在一定程度上提高了混凝土的抗压强度，但随着膨胀剂掺量的增加，自密实混凝土的抗压强度增加的效果呈现降低的趋势。