膠凝材料對水泥基材料徐變的影響

鄧 慧

(九江市交通運輸綜合行政執法支隊交通工程質量質監大隊,江西 九江 332000)

0 引 言

混凝土作為主要的建筑材料,在長期荷載作用下會產生徐變,徐變的出現會導致混凝土預應力損失,增加混凝土的變形,如何解決混凝土在長期荷載作用下產生的徐變問題成為焦點[1-3]。

許多研究學者從材料的組成入手進行研究,其中于俊超等[4-6]通過研究結果表明可以在混凝土中摻入纖維來改善混凝土的性能;謝友均等[7]基于室內試驗研究表明,復合超細粉煤灰摻入混凝土能降低混凝土的徐變;趙慶新等[8-10]的研究表明,粉煤灰及磨細礦渣顆粒的彈性模量對混凝土的徐變有關鍵的影響作用?，F有研究已取得一定的成果,但在膠凝材料彈性模量對水泥基材料徐變性能的影響研究方面還存在不足。

為此結合現有的研究,通過室內試驗研究膠凝材料彈性模量對水泥基材料徐變的影響,以期能對行業的發展提供參考。

1 原材料

本次試驗所用原材料包括水泥、粉煤灰、磨細礦渣、骨料、減水劑和水,以下對原料進行簡要的分析。

1.1 水泥

水泥的水化硬化是使混凝土材料具有強度的主要原因,因此水泥的摻量及品種對水泥基材料的徐變有著重要的影響,因此在選用水泥時應選擇混合材料較少的水泥,在考慮各種水泥的指標和組成成份后,試驗采用強度等級為P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥,水泥基本性能如表1所示。

表1 水泥的化學成分及彈性模量

1.2 粉煤灰

粉煤灰是一種惰性的摻和料,將其添加到混凝土中能利用其自身的“微集料效應”,對混凝土的徐變產生影響,試驗所采用的粉煤灰化學成分和彈性模量如表2所示。

表2 粉煤灰的化學成分及彈性模量

1.3 礦粉

礦粉在混凝土中能改善混凝土的和易性,對混凝土的徐變產生影響,試驗所采用的粉煤灰化學成分和彈性模量如表3所示。

表3 礦粉的化學成分及彈性模量

1.4 骨料

水泥基材料的徐變性能與級配的良好狀況和砂率的合理性有很大的關系,采用的細集料的細度模數為2.8,表觀密度為2 650 kg/m3,其他的物理性能指標如表4所示。

表4 細集料的物理性能指標表

1.5 減水劑和水

試驗所采用的減水劑為高效聚羧酸減水劑,試驗中減水劑的摻量為30%;試驗所采用的水為飲用水。

1.6 配合比

通過設置不同的配合比試驗組進行試驗,具體的砂漿配合比及抗壓強度如表5所示。

表5 試驗配合比設計表

2 試驗分析

根據相關研究[9],水泥砂漿與混凝土徐變曲線具有相似性,徐變的變化規律也較為接近,因此為節約成本,降低試驗的難度,對混凝土徐變的研究采用相同配比的砂漿進行模擬替換,試驗過程中的加載裝置、試件制作及加載如下所述。

2.1 試件制作

試驗采用砂漿試件來代替混凝土試件,因此在制作試件時,按照上述配合比表格進行拌制制作40 mm×40 mm×160 mm的棱柱體,一組中一共制作9個試件,其中6個用于進行抗壓試驗,3個用于徐變試驗,用保鮮膜覆蓋成型的試件,進行標準養護,養護24 h后拆模,隨后將試件放入水中再次養護,養護的時間為28 d,當養護完成后將試件取出,進行打磨、清洗,粘貼應變片、焊接應變片和導線并將引線焊于引線端子上、檢查電路、應變片涂環氧樹脂等操作后進行試驗。

2.2 試驗裝置

試驗裝置根據標準的徐變儀原理進行修改,形成小型的徐變儀裝置,裝置中包括4個立柱,底板、頂板和承壓板及4根彈簧,加載裝置剛好能夠裝載一個砂漿試件,加載裝置如圖1所示。

圖1 徐變試驗裝置示意圖

2.3 試驗加載

在進行加載時采用液壓伺服試驗機對試件進行加載, 按照荷載控制的標準先進行預加載, 并讀取預加載的荷載值及觀察應變變化,預加載3～5次,當連續兩次數據的平均值差值小于1%后即可正式進行加載,直到達到荷載控制的指標后停止加載,荷載的控制指標根據抗壓強度確定,在加載的區間隨時觀察試件的變化并計入加載的荷載及應變片應變值,為保持溫度變化帶來的影響,加載的過程應控制在1 h作用。

3 試驗結果分析

3.1 一種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗分析均按第1組為試驗基本組進行分析,改變一種膠凝材料的彈性模量,具體的試驗組分別為第1組、第5組、第6組和第7組,具體的試驗結果如圖2所示。

圖2 一種膠凝材料彈性模量改變的徐變結果圖

從圖2(a)中可以看出,不同試驗組的徐變變化大致相似,均表現為隨時間的延長而增大,后趨于平緩;相比于第1組基本組,改變其中一種膠凝材料的彈性模量后,都會使砂漿的徐變增大,并且從圖2(b)中可以看出,礦粉作為膠漿材料對徐變的增大作用最強,第二是粉煤灰,最小的是水泥,說明降低其中一種膠凝材料的彈性模量能夠減弱膠凝材料顆粒的“微集料效應”,能夠使徐變增大。

3.2 兩種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗分析均按第1組為試驗基本組進行分析,分析改變其中兩種膠凝材料的彈性模量對水泥基徐變性能的影響,具體的試驗組分別為第1組、第8組、第9組和第10組,具體的試驗結果如圖3所示。

圖3 兩種膠凝材料彈性模量改變的徐變結果圖

從圖3(a)中可以看出,不同試驗組的徐變變化大致相似,均表現為隨時間的延長而增大,后趨于平緩;相比于第1組基本組,改變其中兩種膠凝材料的彈性模量后,都會使砂漿的徐變增大,并且從圖3(b)中可以看出,第10組大于第9組大于第8組大于第1組,但第8組和第9組在360 d的徐變度與第1組相近,增加的幅度約為7.8%,與單獨降低一種膠凝材料彈性模量相比,降低兩種膠凝材料的彈性模量對徐變的影響較差,因此在實際工程中可進行單一因素控制。

3.3 三種膠漿材料彈性模量改變的影響分析

試驗分析均按第1組為試驗基本組進行對比分析,改變三種膠凝材料的彈性模量,具體的試驗組分別為第1組和第2組,具體的試驗結果如圖4所示。

圖4 三種膠凝材料彈性模量改變的徐變結果圖

從圖4(a)中可以看出,不同試驗組的徐變變化大致相似,均表現為隨時間的延長而增大,后趨于平緩;從圖4(b)中可以看,相比于第1組基本組,改變三種膠凝材料的彈性模量后,砂漿的徐變增大,但此時試件的抗壓強度也降低,因此在實際工程中因綜合考慮是否同時降低三種膠凝材料的彈性模量。

3.4 膠凝材料摻量的影響分析

本次試驗分析均按第1組為試驗基本組進行對比分析,改變膠凝材料的摻量對水泥基徐變性能的影響,具體的試驗組分別為第1組、第2組、第3組和第4組,具體的試驗結果如圖5所示。

圖5 膠凝材料摻量改變的徐變結果圖

從圖5(a)中可以看出,不同實驗組的徐變變化大致相似,均表現為隨時間的延長而增大,后趨于平緩;從圖5(b)中可以看,相比于第1組基本組,當僅改變膠凝材料的彈性模量時,第二組的徐變度增大約46%;當僅改變礦物摻量時,第三組的徐變增大約10%;當摻量和彈性模量同時改變時,第四組的徐變度增大約18%,說明膠凝材料彈性模量的改性對徐變的影響遠大于摻量改變帶來的影響。

4 結 論

通過試驗對膠凝材料彈性模量的改性和摻量的改變進行研究,結果表明:當單獨降低一種膠凝材料彈性模量時,砂漿試件的徐變度增加約19%～34%;當同時降低兩種膠凝材料彈性模量時,砂漿試件的徐變度增加約8.0%～41%,但此時試件的強度及徐變穩定性會降低;當同時降低三種膠凝材料彈性模量時,砂漿試件的徐變度增加約46%,但此時試件的強度降低明顯;膠凝材料的摻量對徐變的影響比彈性模量要小。