泡沫玻璃混凝土的单轴压缩性能试验研究★

钱长根 闻敏杰*

(嘉兴职业技术学院，浙江 嘉兴 314036)



·建筑材料及应用·

泡沫玻璃混凝土的单轴压缩性能试验研究★

钱长根 闻敏杰*

(嘉兴职业技术学院，浙江 嘉兴 314036)

基于废弃泡沫玻璃制备了3组不同配合比的泡沫玻璃混凝土,对泡沫玻璃混凝土的压缩力学性能进行了测试,研究了泡沫混凝土压缩荷载—变形曲线的特征，研究表明,泡沫混凝土压缩过程分为2个阶段和1个破坏点,即弹性阶段、脆性密实阶段及点屈服。

泡沫玻璃，混凝土，压缩性能，屈服破坏点

泡沫玻璃混凝土是采用废弃泡沫玻璃边角料自主研制开发的新型节能保温材料，具有质量轻、保温性好、环保和防火等特点，在建筑物墙体及屋面的保温方面具有广泛的应用背景[1-4]。为了减少环境污染，推广泡沫玻璃混凝土在实际工程中的应用，首先必须了解其力学性能，单轴压缩条件下的应力—应变关系是混凝土材料的基本力学特性。目前已经对泡沫混凝土[5]以及低含量钢纤维高强混凝土[6,7]的压缩应力—应变关系进行了试验,但对泡沫玻璃混凝土的试验还比较少见。本文利用泡沫玻璃边角料掺量分别取代10%，15%，20%的混凝土骨料,采用CMT5305微机控制电液饲服万能试验机对制备的泡沫玻璃混凝土进行单轴压缩荷载作用下的荷载—变形全过程试验。

1 试验

1.1 原材料

1)废弃泡沫玻璃边角料为浙江振申绝热科技有限公司生产，表观密度为150 kg/m2～170 kg/m2，泡沫玻璃颗粒粒径10 mm～5 mm；2)水泥：普通硅酸盐P.S42.5；3)水：自来水。

1.2 试验方案

1.2.1 试验设计

根据文献[1]前期实验研究结果，主要考虑泡沫玻璃掺量对泡沫玻璃保温混凝土的力学性能影响，因此综合分析设计如下泡沫玻璃混凝土配比，如表1所示。

表1 拌合物配比 g

1.2.2 试样制备

1)用铲子将废弃泡沫玻璃敲碎，利用直径为10 mm～5 mm的筛子进行反复筛选，使其直径大约相似，如图1所示。

2)根据表1事先设计的配合比称取水泥和泡沫玻璃和水的质量。考虑到泡沫玻璃易碎，故采用人工搅拌，如图2所示。

3)将拌合好的泡沫玻璃保温混凝土装入内壁抹上脱模剂的模具(尺寸为100 mm×100 mm×100 mm)，放在电动振动台上振捣密实，用抹刀将表面抹平，等混凝土初凝后再进行养护，见图3。

4)成型后的试件放入恒温恒湿度保温箱养护，1 d后拆模，拆模后编号，放入室内自然养护，如图4所示。

1.2.3 压缩性能测试

1)将制作完成试件安放在试验机的竖向加载垫块上，通过主机上的快速上升、下降按钮，调节横梁的位置，装夹试样。

2)试样装好后，考虑泡沫玻璃混凝土多孔材料特性，设定加载速度2 mm/min，点击仪器“开始”键按钮开始实验，同时采集位移、荷载等各种数据。

3)实验结果生成：利用CMT5305微机控制电液饲服万能试验机自带程序输出力—位移曲线，如图5所示。

2 试验结果及分析

按照1.2中所述方法，使用微机控制电子万能试验机对三组泡沫玻璃混凝土进行压缩实验，分别测得F1，F2，F3的荷载—变形曲线图，如图6所示。结合多孔材料和混凝土荷载—变形曲线图[8]，总结出泡沫玻璃混凝土轴向压缩荷载—变形曲线基本上分为2个阶段和1个破坏点。

1)弹性密实阶段：由于试件在泡沫玻璃和水泥接触处的受压面存在外嵌孔隙和缺陷，初始加载阶段会将一些较脆弱的孔隙和缺陷压实，荷载随着变形的增加而增长缓慢，如图6a)所示；此阶段随泡沫玻璃掺加量增大会消失,方案F1最明显、方案F2和F3未产生该阶段，说明泡沫玻璃混凝土随着泡沫玻璃相对密度的减小，泡沫玻璃混凝土外观质量出现孔穴坍塌现象少；随着荷载不断增大，从图6可知，该阶段荷载与变形基本呈线性增长，在表面孔隙被压之后开始发生弹性变形，泡沫玻璃混凝土内部各成分材料(水泥浆料、泡沫玻璃颗粒)在一起承受压力，并形成密实阶段，荷载随变形陡增，三个方案都明显存在弹性密实阶段，说明此阶段泡沫玻璃混凝土内部孔壁未随压力增大发生破坏，否则出现压力突变或波动现象。

2)脆性屈服阶段：在继续增大荷载作用下，泡沫玻璃混凝土试件在表面孔隙被压之后开始发生应力重分布，转向内部泡沫玻璃与水泥浆之间的部分孔隙，使得其孔壁的坍塌破坏,荷载发生大幅的下降,方案F1和方案F3下降幅度较方案F2大，可能与最佳配合比有较大关系；随着荷载的持续增大,泡沫玻璃颗粒与水泥浆料之间的孔隙被压实在一起,以至于内部相对的壁面接触,进一步的压缩使泡沫玻璃颗粒本身孔隙被压缩,荷载会随着变形的增加而继续增加,由于泡沫玻璃为脆性材料，通过泡沫玻璃颗粒脆性破坏而密实时，泡沫玻璃混凝土内部微裂缝扩展，逐渐可以被肉眼观察到，形成的表面裂缝继续增大，向四周延伸，最后导致脆性脱离破坏，见图7。

泡沫玻璃颗粒之间由于水泥浆料填充，使得脆性密实呈现阶段性循环现象。

3)屈服破坏点：从图6可知，荷载—变形曲线上会出现多个屈服点，屈服破坏点出现规律与泡沫玻璃混凝土内部泡沫玻璃颗粒自身孔隙失效存在相关性，初始屈服点发生在开始加载过程中个别孔隙被压垮，随着压力不断增大，不会有泡沫玻璃颗粒被压脆，压力随变形呈现准线性变化，当主要受力层面所有泡沫玻璃颗粒被压脆，压力达到最大值，将此点称为最大屈服点，随泡沫玻璃颗粒掺加量会减小；随着荷载的继续增大，其他受力层面泡沫玻璃颗粒逐步压脆，进入振荡屈服阶段，从图7可知，从破坏部位上看,裂缝分布有规律,其裂缝与压力轴线平行。

3 结语

本文采用CMT5305微机控制电液饲服万能试验机对泡沫玻璃保温混凝土进行压缩性值测试，通过对3组不同配合比泡沫玻璃保温混凝土单轴压缩试验，分别考虑了不同泡沫玻璃掺和料对泡沫玻璃混凝土的影响，并对其压缩性能进行初步探讨。可得出如下结论：

1)根据本次试验结果，表明泡沫玻璃混凝土荷载—变形曲线呈现弹性压实阶段和脆性压实阶段，会有多次屈服点，此规律不随泡沫玻璃掺加量而发生变化。

2)泡沫玻璃混凝土压缩性能与泡沫玻璃颗粒自身孔隙存在较大影响。

3)经实验分析可得，泡沫玻璃颗粒掺加量越多，出现振荡屈服点越少。

[1] 冯 伟，蔡 瑛，倪作夫，等.泡沫玻璃轻骨料混凝土配比正交试验分析[J].建筑节能,2013(6):44-46.

[2] 冯 伟，徐 杭，杨 扬，等.一种新型泡沫玻璃轻骨料混凝土配比正交试验分析[J].建筑节能，2014(3)：62-63.

[3] 刘莹莹，熊厚仁，吴海东，等.泡沫玻璃颗粒级配对保温混凝土强度与保温性能的影响试验研究[J].新型建筑材料，2014(6):76-79.

[4] 熊厚仁，牛志荣，蒋元海.干湿度条件下泡沫玻璃保温混凝土的收缩性能试验研究[J].混凝土,2014(1):17-20.

[5] 周顺鄂，卢忠远，焦 雷，等.泡沫混凝土压缩特性及抗压强度模型[J].武汉理工大学学报,2010,32(11):9-13.

[6] 焦楚杰，孙 伟，秦鸿根，等.钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程[J].东南大学学报(自然科学版),2004(3):366-369.

[7] 严少华，钱七虎，孙 伟，等.钢纤维高强混凝土单轴压缩下应力—应变关系[J].东南大学学报(自然科学版),2001(2):77-80.

[8] 周顺鄂，卢忠远，焦 雷，等.泡沫混凝土压缩特性及抗压强度模型[J].武汉理工大学学报,2010,32(11):9-13.

The experimental research on mechanical properties of foam glass concrete under axial compressive★

Qian Changgen Wen Minjie*

(JiaxingVocationalTechnicalCollege，Jiaxing314036，China)

Three different miture ratio of foam glass concrete were prepared using waste scrap foam glass, compression mechanical properties of foam glass concrete was tested under axial compressive conditions, analysis on load-deformation curve characteristics of foam glass concrete. The test result shows that there are two steps in foam glass compression process, namely elasticity phase, brittle solid phase and point yield.

foam glass, concrete, shrinkage performance, yield failure point

1009-6825(2017)17-0102-03

2017-03-27★：浙江省重点科技创新团队项目(2013TD12)；国家国际科技合作专项项目(2014DFE90040)

钱长根(1966- )，男，硕士，副教授

闻敏杰(1986- )，男，博士生

TU528.7

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