抗冻植被混凝土力学性能试验研究
2024-04-24郑敏敏
郑敏敏
摘要:普通植被混凝土孔隙率较大,在受到冻融循环后,会发生断裂、粉碎等严重破坏,抗冻性能极差。以抗冻植被混凝土为研究对象,分析不同因素对其强度的影响,进而优化抗冻植被混凝土的力学性能,得出以下结论:采用聚合物乳液胶结剂的抗冻植物混凝土的力学性能较优。分析认为,抗冻植物混凝土养护过程中,其中的水泥会发生水化反应生产水化产物,而聚合物乳液可填充于其中的孔隙,与其发生络合反应,从而提高了试样的力学性能。
关键词:抗冻植被混凝土;抗压强度;正交实验
基金:甘肃省高等学校创新基金项目(2023B-397)
基金名称:抗冻植被混凝土在西北地区河道护坡中的研究与应用
0 引言
普通植被混凝土孔隙率较大,在不采取任何抗冻措施的条件下,植被混凝土会发生断裂、粉碎等破坏,抗冻性能极差。近年来,许多专家学者针对抗冻植被混凝土开展相关研究。
高文涛等人[1]以抗冻植被混凝土为研究对象,开展正交实验,对比分析掺入不同纤维对其力学性能的影响,结果表明,最优配合比的抗冻植被混凝土力学性能具有显著提升。陈毅等人[2]开展冻融循环试验,分析对比分析植物纤维对抗冻植被混凝土力学性能的影响,结果表明,掺入棕纤维的试样力学性能较优。王慧颖等人[3]开展无侧限抗压试验,分析水泥掺入量对植被混凝土承载力的影响规律,结果表明,当水泥掺入量为11%时,植物的生长情况及试样的承载力较优。周明涛等人[4]以植被混凝土为研究对象,分析不同生态基材对植被混凝土抗冻性能的提升效果,结果表明,符合抗冻剂可有效提高试样的抗冻性能。谢清华等人[5]以植被混凝土为研究对象,分析该混凝土的植生性能,并对其孔隙液的pH值进行优化,以提高植被混凝土的植生性能。
本研究以西北地区河道护坡为研究背景,以抗冻植被混凝土为研究对象,分析不同因素对其强度的影响,进而优化抗冻植被混凝土的力学性能。
1 工程概况
本研究以西北地区河道护坡为研究对象,填方边坡坡体为后期填土、粉质黏土、凝灰岩残积黏性土、全风化凝灰岩,为土质边坡,回填土自稳性差,挖方段边坡坡体以坡积成因粉质黏土及凝灰岩残积黏性土为主。该地区气候寒冷,冬季平均气温在-20℃以下,普通植被混凝土孔隙率较大,其孔隙内充满水时极易发生冻胀破坏。
在不采取任何抗冻措施的条件下,在受到20次冻融循环后,普通植被混凝土会出现断裂、粉碎等严重破坏,抗冻性能极差[6]。为解决以上问题,本研究以抗冻植被混凝土为研究对象,分析不同因素对其强度的影响,进而优化抗冻植被混凝土的力学性能。
2 正交试验设计方案
为分析不同胶结剂对抗冻植被混凝土力学性能的影响,采用压力试验机开展抗冻植被混凝土抗压、抗折试验,抗冻植被混凝土试样抗压强度如变化规律如图1所示。
2.1 不同胶结剂下试样抗压强度
由图1可知,聚合物乳液试样的抗压强度最大,当龄期为28d时,其抗压强度有最大值,其值为24.6MPa。007建筑胶粉试样的抗压强度最小,当龄期为28d时,其抗压强度仅为7.63MPa。抗冻植被混凝土试样的抗压强度与其养护龄期间呈正相关关系,随着龄期的增大,其抗压强度逐渐增大。
对比龄期为3d与28d的试样抗压强度可得,聚合物乳液试样的抗压强度增长最大,二者间的抗压强度差值为10.42MPa,007建筑胶粉试样的抗压强度增长最小,二者间的抗压强度差值为1.99MPa。
由此说明,养护过程能显著提升聚合物乳液试样的抗压强度,对于007建筑胶粉试样而言,其强度提升效果并不显著。
2.2 不同胶结剂下试样抗折强度
抗冻植被混凝土试样抗折强度如变化规律如图2所示。由图2可知,当龄期较小时,不同胶结剂试样间的抗折强度差距较小,除龄期为7d外,聚合物乳液试样的抗折强度均有最大值,当龄期为28d时,其抗折强度为8.95MPa。JK试样的抗折强度最小,当龄期为28d时,其抗折强度仅为5.97MPa。
综合以上分析可得,当养护龄期为28d时,聚合物乳液试样的力学性能较优。分析认为,抗冻植物混凝土养护过程中,其中的水泥会发生水化反应,生产水化产物,而聚合物乳液可填充于其中的孔隙,与其发生络合反应,从而提高试样的力学性能。因此,本研究以聚合物乳液为抗冻植物混凝土的胶结剂,以开展后续正交试验。
2.3 正交试验设计
为分析不同因素对抗冻植被混凝土力学性能的影响,以聚合物乳液为抗冻植物混凝土的胶结剂,开展正交试验,对其配合比进行优化,本研究的正交试验设计如表1所示。
3 实验结果分析
3.1 试验编号-抗压强度曲线分析
当养护龄期为28d时,抗冻植被混凝土试样的力学性能较优,因此本研究以28d为养护龄期,根据表1所示的试验方案,得出的试验编号-抗压强度曲线如图3所示。
由图3可知,各组试验得出的植被混凝土试样的抗压强度具有一定的差异性。其中,编号3试验得出的28d抗压强度最大,其值为18.3MPa。编号15试验得出的28d抗压强度最大,其值为4.17MPa。
由此說明,孔隙率、骨料含量系数、水胶比与胶结剂掺量,对抗冻植被混凝土的抗压强度存在一定的影响,不同组试验的试样抗压强度差距可达到4.5倍。对比编号3试验与编号15试验的以上参数可得,两组试验的差异主要体现在其骨料含量系数、胶结剂掺量及目标孔隙率。为分析不同因素对抗冻植被混凝土抗压强度的影响程度,需对其正交试验结果进行极差分析。
3.2 对正交试验结果进行极差分析
对以上正交试验结果进行极差分析,当极差分析的R值越大时,说明该因素对试样结果的影响程度较大。计算不同正交试验的R值可得:胶结剂掺量的R值最大,其值为5.75;其次为骨料含量系数,其值为4.86;再次为水胶比,其值为4.40;目标孔隙率的R值最小,其值为3.98。由此说明,膠结剂掺量对抗冻植被混凝土的抗压强度影响最大,目标孔隙率对抗冻植被混凝土的影响最小。
根据K值与Kavg值可确定抗冻植被混凝土的最优配合比,目标孔隙率对应的水平3的K值与Kavg值有最大值时,试样的目标孔隙率为0.26;骨料含量系数对应的水平1的K值与Kavg值有最大值时,试样的骨料含量系数为0.94;水胶比对应的水平1的K值与Kavg值有最大值时,试样的水胶比为0.28;胶结剂掺量对应的水平3有最大值时,试样的胶结剂掺量为4%。
3.3 抗压强度曲线分析
根据以上分析可得,胶结剂掺量与骨料含量系数对抗冻植物混凝土的影响较大,为分析以上两种因素变化对抗冻植被混凝土力学性能的影响,以28d抗冻植被混凝土为研究对象,得到骨料含量系数-抗压强度曲线、胶结剂掺量-抗压强度曲线如图4所示。
由图4a可知,骨料含量系数与试样的抗压强度呈正相关关系。分析认为,当试样的骨料含量较小时,其中的水泥含量较大,水泥与骨料的胶结作用会提升试样的抗压强度。由图4b可知,当胶结剂掺量为4%时,抗冻植被混凝土的力学性能最优。综合以上分析,当试样的骨料含量系数为0.94,胶结剂掺量为4%时,抗冻植被混凝土有抗压强度最大值。
4 结束语
普通植被混凝土孔隙率较大,在受到冻融循环后,会发生断裂、粉碎等严重破坏,抗冻性能极差。本研究以西北地区河道护坡为研究背景,以抗冻植被混凝土为研究对象,分析不同因素对其强度的影响,进而优化抗冻植被混凝土的力学性能,得出以下结论:
聚合物乳液试样的抗压强度最大,当龄期为28d时,其抗压强度有最大值,其值为24.6MPa。007建筑胶粉试样的抗压强度最小,当龄期为28d时,其抗压强度仅为7.63MPa。
当龄期较小时,不同胶结剂试样间的抗折强度差距较小。除龄期为7d外,聚合物乳液试样的抗折强度均有最大值,当龄期为28d时,其抗折强度为8.95MPa。JK试样的抗折强度最小,当龄期为28d时,其抗折强度仅为5.97MPa。
各组试验得出的植被混凝土试样的抗压强度具有一定的差异性。其中,编号3试验得出的28d抗压强度最大,其值为18.3MPa。编号15试验得出的28d抗压强度最大,其值为4.17MPa。由此说明,孔隙率、骨料含量系数、水胶比与胶结剂掺量对抗冻植被混凝土的抗压强度存在一定的影响。
参考文献
[1] 高文涛,刘福胜,韦梅,等.新型抗冻植被混凝土配比及性
能研究[J].新型建筑材料,2016,43(11):30-33+89.
[2] 陈毅,梁永哲,刘大翔,等.植物纤维加筋对植被混凝土抗
冻耐久性的影响[J].湖北农业科学,2015,54(19):4840-4844.
[3] 王慧颖,王尧天.寒区植被混凝土无侧限抗压性能试验研究
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[4] 周明涛,胡欢,胡旭东.植被混凝土复合抗冻剂的组配试验
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[5] 谢清华,高文涛,齐强,等.植被混凝土降碱植生技术优化
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