混凝土抗压强度与其早期热膨胀系数相关性试验研究

黄 杰 帅映勇 赵 林

(1泰州职业技术学院建筑工程学院，江苏 泰州 225300；2江苏省江建集团有限公司，江苏 扬州 225200)

1 引 言

混凝土的抗压强度是表征混凝土材料力学性能最直观和最常规的参数，而热膨胀系数是混凝土重要的早期热、力学计算参数之一。抗压强度的影响因素较多，主要因素是胶凝材料本身和水胶比，粗骨料强度是次要因素；热膨胀系数的影响因素中，由试验可知，粗骨料自身的热膨胀系数[1]影响较大；同样，胶凝材料的热膨胀系数影响较大，在经历相同温度变化时，由于其间的热膨胀系数不同，会产生温度自应力，从而影响混凝土的抗压强度。因此，建立抗压强度和热膨胀系数之间的联系，对于深入了解基本概念并从本质上掌握两个重要指标具有现实意义。

2 热变形与抗压强度试验

2.1 试验方案

混凝土材料早期热变形试验考虑的因素有粗骨料种类、粉煤灰掺量、外加剂种类及掺量等，浇筑模具和热变形测量相结合[2]，试件的尺寸为100mm×100mm×500mm的长方体；在制作热变形试验试件时，同时制作抗压强度试验所需的边长为150mm的立方体试块。粗骨料选择了7种，分别为2种石灰石（骨料a-6.07和b-4.20）、2种花岗岩（骨料d-4.60和e-6.23）、1种片麻岩（骨料c-5.47）、1种石英石（骨料g-8.34）和1种卵石（骨料f-9.51），括号中的数字为其热膨胀系数，单位×10-6/℃，水灰比均为0.48。粉煤灰掺量选择了4种，分别为15%、30%、45%和60%，水灰比均为0.48；外加剂种类选取了5种和2个水平掺量，均来源于南京博特新材料有限公司，为2种高效减水剂(JM-A和JM-PCA(Ⅰ))，泵送剂(JM-Ⅷ)、引气剂(JM-2000C)以及膨胀剂(JM-ⅢC)各1种。综上，试件共21组，如表1所示。热变形试验采用了自主研发的试验系统[2]，在混凝土初凝前即可开始试验，测量混凝土早期热变形，从而计算热膨胀系数αc。抗压强度试验在混凝土浇筑后28d进行。

表1 试件基本情况表

2.2 试验结果

21组试件抗压强度试验后，结果保留2位小数，如表2所示。混凝土早期热变形试验完成后，得到了试件内部温度变化值和外部变形值，经计算后得到热膨胀系数。试验证明：混凝土早期热膨胀系数αc是变化的，而非定值。在影响因素变化时，稳定后的αc有规律性[3]。混凝土早期热膨胀系数随龄期变化的规律性是相似的，图1所示是粉煤灰掺量为水泥质量30%时即编号为Hnt-13的混凝土αc的变化规律，初凝前αc快速上升，在初凝至终凝之间，αc快速下降至最小值，而后缓慢上升至相对稳定的值。

表2 混凝土28d抗压强度

图1 混凝土早期热膨胀系数时变曲线

3 相关性分析

3.1 粗骨料种类

粗骨料不同的7组混凝土试件浇筑时，浇筑温度在26.0℃与30.6℃之间，自然养护时混凝土试块的内部温度有小幅升高。已知的是，砂浆基体热膨胀系数大于粗骨料的热膨胀系数，养护早期砂浆基体的弹性模量远小于粗骨料的弹性模量，并可认为粗骨料是嵌入在砂浆基体中的。温度升高时，基体膨胀大于粗骨料，故交结面上有拉应力产生；此后，混凝土温度降低到室温20.0℃，而基体的热膨胀系数降低且粗骨料的热膨胀系数不变，两者的交结面上存在自应力。当基体热膨胀系数变化的差值和粗骨料热膨胀系数最接近时，交结面上的自应力最小，故整体的抗压强度最大。在图2中，当粗骨料热膨胀系数在5.5×10-6/℃左右时，抗压强度有最大值。

图2 抗压强度与粗骨料热膨胀系数的关系

3.2 粉煤灰掺量

在掺加粉煤灰的混凝土中，单位抗压强度的热膨胀系数随着粉煤灰掺量的增加而线性增加，如图3所示。这是因为混凝土抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而减小，是一次函数；而热膨胀系数随着粉煤灰掺量的增加先增加后减小，是二次函数。两者相比，显示出一次函数的性质，即为线性。

根据线性关系较强的掺粉煤灰混凝土的变化规律，拟合得到的单位抗压强度的混凝土热膨胀系数与粉煤灰掺量的关系，如式1所示，相关系数0.9663。

图3 单位抗压强度的热膨胀系数与粉煤灰掺量的关系

3.3 外加剂

从编号Hnt-12至Hnt-21的10组混凝土试件28d抗压强度的试验结果可知，外加剂的掺量和种类对混凝土28d抗压强度影响较大，如表2所示。10组试件用水灰比、水泥种类、粗骨料种类等均一致，而28d抗压强度在28.27-45.60MPa之间变化。

图4 混凝土抗压强度与热膨胀系数关系图

稳定后热膨胀系数αc与同配合比混凝土28d抗压强度之间的对应关系，得到的关系图如图4所示。由图4可知，除个别数据外，混凝土稳定后的热膨胀系数随着28d抗压强度的增长而呈现下降的趋势。在掺外加剂混凝土中，混凝土的抗压强度越高，其热膨胀系数有减小的趋势，即两者成反比关系。

4 结 语

文中试验研究了21组不同配合比混凝土早期热膨胀系数及对应的28d抗压强度，通过比较研究得到以下结论。

1）相同配合比下，粗骨料热膨胀系数对混凝土抗压强度有影响，当粗骨料热膨胀系数在5.5×10-6/℃左右时，抗压强度有最大值。

2）掺加粉煤灰混凝土中，单位抗压强度的热膨胀系数与粉煤灰掺量呈线性关系。

3）掺加外加剂混凝土中，28d抗压强度越高，其热膨胀系数有减小的趋势，即两者成反比关系。

[1]黄杰,吴胜兴,沈德建.不同粗骨料混凝土早期热膨胀系数试验研究[J].结构工程师，2010，26(3):154-158.

[2]河海大学,江苏顺通建设工程有限公司.水泥基材料早龄期线性变形的测量装置[P].中国专利:CN201247042,2009.

[3]黄杰,袁学锋,帅映勇,徐轶安.不同水灰比混凝土早期热膨胀系数试验研究[J].工业建筑,2017,47(4):127-129,147.

杭州院中心组学习宣传十九大精神

10月30日，杭州院中心组成员在1019会议室党委组织理论中心组学习。全体党委委员结合习总书记提出的一系列新判断、新提法、新概念、新要求、新部署，集中学习《人民日报》专家解读新概念。

中心组成员一致认为习总书记的报告鼓舞人心，振奋精神。特别是能否把政治建设放在首位和注重增强党的政治领导力关系党的兴衰成败。党的十八大以来，之所以能够解决长期想解决而不能解决的问题，办成了过去想办而没有办成的大事，更是得益于党的强大的政治导向、政治定力和政治引领。不断增强党的政治领导力，是提高党的建设质量的重要环节，是发挥党的政治优势的必然要求，是解决党内存在的突出问题的迫切需要。