界面改性陶粒混凝土力学性能试验研究

马耀辉，李向东，熊复慧

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

混凝土的力学性能是混凝土最重要的性能之一，混凝土力学性能的优劣直接决定着混凝土是否能够投入工程应用当中。

本文的力学性能实验中，每三个试件为一组，并根据预处理陶粒的苯丙乳液溶液的质量分数0、10%、15%、20%的不同分为四个配比，每个配比取其平均值作为最终的测试结果[1]。试件的制作依照《普通混凝土力学性能实验方法标准》(GB/T 50081—2002)的有关规定执行。

1 抗压性能测试

抗压强度是进行弹性模量和压缩蠕变等实验必需的参数，同时也是结构设计的重要参数之一。

本文抗压实验采用立方体抗压强度实验方法。试件为100 mm×100 mm×100 mm的立方体，因采用的不是规范中的标准试件，所以需要对抗压强度×修正系数，系数为0.95。混凝土抗压强度计算如式(1)所示。

(1)

式中：fc u为混凝土抗压强度，MPa；F为试件受力大小，N；A为试件受力面积，mm2。

实验设备采用电液式压力实验机，所得抗压实验数据如图1、图2所示。

1.1 混凝土7 d抗压强度

混凝土7 d抗压强度见图1。

图1 界面改性陶粒混凝土7 d抗压强度

1.2 混凝土28 d抗压强度

各配比改性陶粒混凝土的抗压强度如图1～图3所示，在图3中可以得知，经过质量分数为10%与15%的苯丙乳液改性的陶粒轻骨料对于混凝土的7 d的抗压强度有着增强的效果，但是在28 d的抗压强度表现上，苯丙乳液溶液质量分数为15%的试件并没有显示出对抗压强度有明显的提升，苯丙乳液溶液质量分数为10%的试件则依旧表现出了对抗压强度的提升效果。而苯丙乳液溶液质量分数为20%的试件则对抗压强度表现出降低的效果，7 d抗压强度表现的并不明显，但是在28 d的抗压强度则明显低于未改性的普通混凝土强度值。

图2 界面改性陶粒混凝土28 d抗压强度

图3 混凝土7 d，28 d强度对比与增长率

由此可见，当苯丙乳液溶液质量分数在0～10%之间时，对陶粒轻骨料的界面改性可以增强混凝土的强度；当苯丙乳液溶液质量分数大于15%时，对陶粒轻骨料的界面改性则降低了混凝土的强度，且随着质量分数的增加，强度也随之下降。

对比各配比试件7 d与28 d的抗压强度，未改性的普通混凝土抗压强度增长了32%；经10%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗压强度增长了52%；经15%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗压强度增长了11%；经20%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗压强度增长了18%。

对比未改性的普通混凝土抗压强度增长率，10%苯丙乳液溶液对陶粒界面的改性加快了混凝土的抗压强度的增长，15%与20%苯丙乳液溶液对陶粒界面的改性则减缓了混凝土的抗压强度的增长。但减缓的百分比并不与质量分数成线性相关[2]。

2 抗折性能测试

混凝土的抗折强度可通过测量150 mm×150 mm×550 mm的棱柱体混凝土标准试件(称标准试件)。或者测量100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体混凝土试件(称非标准试件)来测定。

本文抗折实验采用非标准试件测量混凝土抗折强度。试件为100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体，因采用的不是规范中的标准试件，所以需要对抗折强度×修正系数，系数为0.85。计算公式如式(2)所示。

(2)

式中：Ff为混凝土抗折强度，MPa；F为混凝土破坏荷载，kN；L为支座间跨度，mm；b为试件截面宽度，mm；h为试件截面高度，mm。

实验设备采用电液式压力实验机，所得抗折实验数据如图4所示。

图4 界面改性陶粒混凝土抗折强度

各配比改性陶粒混凝土的抗折强度如图4所示，从图4中能够看出，苯丙乳液溶液质量分数为10%的试件表现出了对抗折强度的增强效果；苯丙乳液溶液质量分数为15%的试件与未改性的普通混凝土试件相比并没有显示出对抗折强度有明显的改变；而苯丙乳液质量分数为20%的溶液则降低了混凝土试件的抗折强度[3]。

3 结 论

当适当的掺入苯丙乳液，对陶粒轻骨料进行改性的苯丙乳液溶液质量分数介于0～15%之间时，由于苯丙乳液对混凝土中空隙的有效填充，从而有效增强混凝土制品的抗压强度、抗折强度，但过量的掺入苯丙乳液则会对混凝土制品的力学性能产生负面的效果，降低了混凝土自身的抗压、抗折强度。