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骨料与纤维用量对混凝土早期自收缩影响效应的研究

摘要：研究了骨料和纤维用量对混凝土早期自收缩的影响效应。通过测量不同灰骨比、不同砂率、掺入不同弹性模量的纤维以及不同掺入量等四种情况下混凝土试块的自收缩率，从以上四方面阐述了骨料与纤维用量对自收缩的影响效应。关键词：骨料；纤维；自收缩；灰骨比；砂率0 前言　　近年来，随着低水胶比、高活性矿物掺合料为特征的高性能混凝土在工程建设中的广泛应用，自收缩作为一种在早期由于自干燥效应引起的现象得到越来越多的关注。但作为一个新兴领域，研究仍处在初步阶段，尤其是关于早期自收缩影响因素的研究较少。目前已有的研究大都探讨水灰比、矿物掺合料对自收缩的作用，而针对骨料和纤维影响的研究很少。众所周知，骨料是混凝土的主要组成部分，起到骨架支撑作用；而纤维是近年来广泛应用于混凝土中的新型材料。自收缩因水泥浆体的水化引起，粗细骨料及纤维的存在对限制混凝土的自收缩是有利的。这也是水泥浆体、砂浆和混凝土的自收缩依次减小的原因。在混凝土配合比设计中，灰骨比和砂率是必须考虑的参数，同时也是骨料影响自收缩的两个重要因素。因此，这方面的研究在工程实践中对于更好的控制自收缩有着重要意义。研究表明，向素混凝土中掺加少量纤维对自收缩有明显的抑制作用。不同纤维对自收缩的抑制主要区别在各自的弹性模量和掺入量上。本文通过测定不同灰骨比、不同砂率以及掺入不同量的不同弹性模量纤维的四种情况下混凝土试块的自收缩率，从灰骨比、砂率、纤维弹性模量和掺入量四个方面阐述了骨料与纤维对自收缩的影响效应。1 试验研究1.1 试件制作及试验装置　　试件尺寸为40mm×40mm×160mm，水泥采用P·O32．5 普通硅酸盐水泥；砂子为标准砂；粗骨料为5~9mm 连续级配碎石；减水剂为萘系，浓度40%，换算成干粉掺量为水泥质量的1%；纤维采用聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维，其性能参数分别为： PP 纤维抗拉强度350 MPa、弹性模量6GPa、极限延伸率15%~25%、密度0．91g/cm3； PVA 纤维抗拉强度790 MPa、弹性模量15．8GPa、极限延伸率5．5%~6．0%、密度1．28g/cm3。　　测量装置采取两端固定千分表，测量方式为从初凝开始到1d 时带模测量， 1d 后脱模继续测量到14d。　　　　1.2 配合比设计　　根据试验研究需要，设计了关于灰骨比、砂率、纤维的三组试验。在灰骨比试验组中，水灰比和砂率均采用0．3，灰骨比分别为1：1、1：3、1：5，其具体配合比见表1。在砂率试验组中，水灰比为0．3，灰骨比为1：3，砂率分别为0．4、0．6、0．8，其具体配合比见表2。　　在纤维组实验中，向水泥净浆中分别掺加占体积含量0.5%和1%的PP、PVA 两种纤维，观察这四组试件的自收缩情况，其具体配合比见表3。灰骨比组编号为A1、A2、A3 分别代表灰骨比为1：1、1：3、1：5 的试块。砂率组编号为B1、B2、B3 分别代表砂率为0．4、0．6、0．8的试块。纤维组编号为C1、C2、C3、C4 分别代表掺入0.5%PP 纤维、1%PP 纤维、0．5%PVA 纤维、1%PVA 纤维。　　　　2 试验结果及分析2.1 灰骨比试验结果及分析　　灰骨比是水泥与骨料的用量比，它直接反映了混凝土中骨料的含量。混凝土的收缩实质上是水泥浆体的收缩，骨料起限制作用。混凝土的收缩SC 与水泥净浆的收缩SP 之比取决于骨料的含量a，即SC=SPn 。式中， n 为经验系数，取1．2～1．7。因此，灰骨比直接反映了水泥浆促进收缩作用和骨料抑制收缩作用间的对比关系。图2 与图3 是灰骨比分别为1：1、1：3、1：5 的三组式件14d 的收缩情况。　　　　　　　　　　如图2 所示，混凝土的自收缩主要发生在早期，到了后期收缩幅度减小。灰骨比越高收缩量越大。从图3 可以看出，累计自收缩率随着灰骨比的增高而递增，而且在相同龄期下， A1、A2、、A3 的收缩幅度差是均匀的。当灰骨比一定时，用二次多项式函数拟合自收缩率与时间的关系，拟合相关系数R 平方值均达到0．9 以上，这表明灰骨比是衡量混凝土自收缩的一个重要参数，在建立自收缩模型时应予以考虑。　　　　2.2 砂率试验结果及分析　　砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。从图4 和图5 可以看出，砂率越高收缩越大，而且单日收缩率随测试时间的延长而变缓。　　砂率的变动除了会改变骨料的整体弹性模量外，还会使骨料的总表面积发生显著变化。因此，当水灰比和灰骨比一定，砂率过大时，骨料的整体弹性模量降低，削弱了骨料的骨架作用，致使砂率为0．8 的试件发生较大的收缩， B1、B2 比B3 的14d 累计自收缩率分别降低了19．4%和16．1%，而B1 仅比B2降低了3．8%，可见从低砂率到高砂率间自收缩的增长规律性较差。　　　　　　　2.3 纤维组实验结果及分析　　选取了聚丙烯和聚乙烯醇两种纤维进行研究， PP 纤维属普通弹模纤维，一般在3～10GPa；PVA 纤维属于高弹模纤维，最高可达20GPa。两种纤维的掺量分别为试件体积含量的0．5%和1%，观测其28d 的自收缩情况，从纤维掺量和纤维弹性模量两个方面研究其对自收缩的影响。　　　　　　从图6 可以看出，纤维的掺量越高，弹性模量越大，对自收缩的抑制越明显。当纤维弹性模量一定时，自收缩随掺量的变小而增大，比较28d 累计自收缩率，C1 比C2 高14.7%， C3 比C4 高11.4%。当纤维掺量一定时，自收缩随弹性模量的变大而减小， C3 比C1 低14．5%， C4 比C2 低7．8%。C2 纤维弹性模量虽然要小于C3，而纤维掺量却较大，比较二者的自收缩情况，14d 时C2 略小于C3， 28d 时自收缩率基本一致，这表明纤维掺入量与弹性模量间对自收缩的影响权重还有待于进一步研究。3 结论　　灰骨比是影响混凝土早期自收缩的一个重要参数，灰骨比越大自收缩越明显，当灰骨比一定时，自收缩率与时间能拟合成较好的二次多项式函数，表示拟合效果的相关性系数R 平方值均超过0.9。　　砂率越高自收缩率越大。砂率对混凝土自收缩的作用主要体现在两个方面：一是改变骨料的整体弹性模量，二是改变骨料的总表面积。受以上两方面原因影响，低砂率到高砂率间自收缩率的增长规律性较差，影响效应也低于灰骨比因素。　　纤维对自收缩具有一定的抑制作用，大掺入量和高弹性模量的纤维抑制效果更明显，而纤维掺入量与弹性模量间对自收缩的影响权重还有待于进一步研究。

原作者：郭毅霖李悦霍达

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发布：2007-08-14 11:10 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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