胶凝材料对水泥基材料徐变的影响

邓 慧

(九江市交通运输综合行政执法支队交通工程质量质监大队,江西 九江 332000)

0 引 言

混凝土作为主要的建筑材料,在长期荷载作用下会产生徐变,徐变的出现会导致混凝土预应力损失,增加混凝土的变形,如何解决混凝土在长期荷载作用下产生的徐变问题成为焦点[1-3]。

许多研究学者从材料的组成入手进行研究,其中于俊超等[4-6]通过研究结果表明可以在混凝土中掺入纤维来改善混凝土的性能;谢友均等[7]基于室内试验研究表明,复合超细粉煤灰掺入混凝土能降低混凝土的徐变;赵庆新等[8-10]的研究表明,粉煤灰及磨细矿渣颗粒的弹性模量对混凝土的徐变有关键的影响作用。现有研究已取得一定的成果,但在胶凝材料弹性模量对水泥基材料徐变性能的影响研究方面还存在不足。

为此结合现有的研究,通过室内试验研究胶凝材料弹性模量对水泥基材料徐变的影响,以期能对行业的发展提供参考。

1 原材料

本次试验所用原材料包括水泥、粉煤灰、磨细矿渣、骨料、减水剂和水,以下对原料进行简要的分析。

1.1 水泥

水泥的水化硬化是使混凝土材料具有强度的主要原因,因此水泥的掺量及品种对水泥基材料的徐变有着重要的影响,因此在选用水泥时应选择混合材料较少的水泥,在考虑各种水泥的指标和组成成份后,试验采用强度等级为P·O 42.5的普通硅酸盐水泥,水泥基本性能如表1所示。

表1 水泥的化学成分及弹性模量

1.2 粉煤灰

粉煤灰是一种惰性的掺和料,将其添加到混凝土中能利用其自身的“微集料效应”,对混凝土的徐变产生影响,试验所采用的粉煤灰化学成分和弹性模量如表2所示。

表2 粉煤灰的化学成分及弹性模量

1.3 矿粉

矿粉在混凝土中能改善混凝土的和易性,对混凝土的徐变产生影响,试验所采用的粉煤灰化学成分和弹性模量如表3所示。

表3 矿粉的化学成分及弹性模量

1.4 骨料

水泥基材料的徐变性能与级配的良好状况和砂率的合理性有很大的关系,采用的细集料的细度模数为2.8,表观密度为2 650 kg/m3,其他的物理性能指标如表4所示。

表4 细集料的物理性能指标表

1.5 减水剂和水

试验所采用的减水剂为高效聚羧酸减水剂,试验中减水剂的掺量为30%;试验所采用的水为饮用水。

1.6 配合比

通过设置不同的配合比试验组进行试验,具体的砂浆配合比及抗压强度如表5所示。

表5 试验配合比设计表

2 试验分析

根据相关研究[9],水泥砂浆与混凝土徐变曲线具有相似性,徐变的变化规律也较为接近,因此为节约成本,降低试验的难度,对混凝土徐变的研究采用相同配比的砂浆进行模拟替换,试验过程中的加载装置、试件制作及加载如下所述。

2.1 试件制作

试验采用砂浆试件来代替混凝土试件,因此在制作试件时,按照上述配合比表格进行拌制制作40 mm×40 mm×160 mm的棱柱体,一组中一共制作9个试件,其中6个用于进行抗压试验,3个用于徐变试验,用保鲜膜覆盖成型的试件,进行标准养护,养护24 h后拆模,随后将试件放入水中再次养护,养护的时间为28 d,当养护完成后将试件取出,进行打磨、清洗,粘贴应变片、焊接应变片和导线并将引线焊于引线端子上、检查电路、应变片涂环氧树脂等操作后进行试验。

2.2 试验装置

试验装置根据标准的徐变仪原理进行修改,形成小型的徐变仪装置,装置中包括4个立柱,底板、顶板和承压板及4根弹簧,加载装置刚好能够装载一个砂浆试件,加载装置如图1所示。

图1 徐变试验装置示意图

2.3 试验加载

在进行加载时采用液压伺服试验机对试件进行加载, 按照荷载控制的标准先进行预加载, 并读取预加载的荷载值及观察应变变化,预加载3～5次,当连续两次数据的平均值差值小于1%后即可正式进行加载,直到达到荷载控制的指标后停止加载,荷载的控制指标根据抗压强度确定,在加载的区间随时观察试件的变化并计入加载的荷载及应变片应变值,为保持温度变化带来的影响,加载的过程应控制在1 h作用。

3 试验结果分析

3.1 一种胶浆材料弹性模量改变的影响分析

试验分析均按第1组为试验基本组进行分析,改变一种胶凝材料的弹性模量,具体的试验组分别为第1组、第5组、第6组和第7组,具体的试验结果如图2所示。

图2 一种胶凝材料弹性模量改变的徐变结果图

从图2(a)中可以看出,不同试验组的徐变变化大致相似,均表现为随时间的延长而增大,后趋于平缓;相比于第1组基本组,改变其中一种胶凝材料的弹性模量后,都会使砂浆的徐变增大,并且从图2(b)中可以看出,矿粉作为胶浆材料对徐变的增大作用最强,第二是粉煤灰,最小的是水泥,说明降低其中一种胶凝材料的弹性模量能够减弱胶凝材料颗粒的“微集料效应”,能够使徐变增大。

3.2 两种胶浆材料弹性模量改变的影响分析

试验分析均按第1组为试验基本组进行分析,分析改变其中两种胶凝材料的弹性模量对水泥基徐变性能的影响,具体的试验组分别为第1组、第8组、第9组和第10组,具体的试验结果如图3所示。

图3 两种胶凝材料弹性模量改变的徐变结果图

从图3(a)中可以看出,不同试验组的徐变变化大致相似,均表现为随时间的延长而增大,后趋于平缓;相比于第1组基本组,改变其中两种胶凝材料的弹性模量后,都会使砂浆的徐变增大,并且从图3(b)中可以看出,第10组大于第9组大于第8组大于第1组,但第8组和第9组在360 d的徐变度与第1组相近,增加的幅度约为7.8%,与单独降低一种胶凝材料弹性模量相比,降低两种胶凝材料的弹性模量对徐变的影响较差,因此在实际工程中可进行单一因素控制。

3.3 三种胶浆材料弹性模量改变的影响分析

试验分析均按第1组为试验基本组进行对比分析,改变三种胶凝材料的弹性模量,具体的试验组分别为第1组和第2组,具体的试验结果如图4所示。

图4 三种胶凝材料弹性模量改变的徐变结果图

从图4(a)中可以看出,不同试验组的徐变变化大致相似,均表现为随时间的延长而增大,后趋于平缓;从图4(b)中可以看,相比于第1组基本组,改变三种胶凝材料的弹性模量后,砂浆的徐变增大,但此时试件的抗压强度也降低,因此在实际工程中因综合考虑是否同时降低三种胶凝材料的弹性模量。

3.4 胶凝材料掺量的影响分析

本次试验分析均按第1组为试验基本组进行对比分析,改变胶凝材料的掺量对水泥基徐变性能的影响,具体的试验组分别为第1组、第2组、第3组和第4组,具体的试验结果如图5所示。

图5 胶凝材料掺量改变的徐变结果图

从图5(a)中可以看出,不同实验组的徐变变化大致相似,均表现为随时间的延长而增大,后趋于平缓;从图5(b)中可以看,相比于第1组基本组,当仅改变胶凝材料的弹性模量时,第二组的徐变度增大约46%;当仅改变矿物掺量时,第三组的徐变增大约10%;当掺量和弹性模量同时改变时,第四组的徐变度增大约18%,说明胶凝材料弹性模量的改性对徐变的影响远大于掺量改变带来的影响。

4 结 论

通过试验对胶凝材料弹性模量的改性和掺量的改变进行研究,结果表明:当单独降低一种胶凝材料弹性模量时,砂浆试件的徐变度增加约19%～34%;当同时降低两种胶凝材料弹性模量时,砂浆试件的徐变度增加约8.0%～41%,但此时试件的强度及徐变稳定性会降低;当同时降低三种胶凝材料弹性模量时,砂浆试件的徐变度增加约46%,但此时试件的强度降低明显;胶凝材料的掺量对徐变的影响比弹性模量要小。