高強混凝土力學性能試驗研究

張立

（淮南職業技術學院 工程管理系，安徽 淮南 232001）

高強混凝土力學性能試驗研究

張立

（淮南職業技術學院 工程管理系，安徽 淮南 232001）

試驗數據分析顯示，摻加礦渣和硅粉等礦物的C80高強混凝土具有優異的超早強和后期強度力學性能，比例極限點顯著升高，其應力值接近峰值應力，其軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值與混凝土靜彈性模量均高于C40普通混凝土，工作性能進一步提高。

高強混凝土；力學性能；試驗

前言

混凝土力學性能數據，是鋼筋混凝土結構設計和施工最基礎的數據。對于普通混凝土，國內相關人員做了大量的較為詳盡的試驗研究工作，在實際工程設計工作中一般以混凝土的抗壓強度 (等級)為準，選取或推算其它基本力學性能計算指標，并制定了法定的設計規范。但高強高性能混凝土的研究工作相對滯后，應用工作只是開始起步，高強高性能混凝土在我國尚未得到真正的廣泛應用。目前，國內外對于高強高性能混凝土，總體上尚處于試驗研究階段，對其力學性能的研究也資料有限且零碎。為推動高強高性能混凝土在未來工程中得到更加廣泛的應用，迫切需要對其力學性能進行系統的甚至是重復性的研究。

1 混凝土配合比

混凝土物理力學性能測試均按國家有關規定進行，所有試塊成型后在室內靜置1天，然后編號拆模，送入標準養護箱中養護至試驗日期。對于同一個配比，用于各種力學性能試驗的所有試件，都是在60L的強制后攪拌機中一次拌成，這樣可以減少因攪拌所帶來的誤差。C80高強混凝土和C40普通混凝土（作為參照）所用配合比詳見表1。

表1 混凝土配合比

2 高強混凝土工作性能

在本次試驗中，粘性是采用倒置的坍落度桶加上活動擋板來測定桶內混凝土拌合物全部落下的時間，即為流下時間。C80高強高性能混凝土與C40普通混凝土混凝土工作性能測試結果見表2。

表2 工作性能測試結果

從試驗可知NF高效減水劑與水泥相容性較好，對水泥有強烈的分散作用，從而增大了混凝土的坍落度，用水量減小，可見C80高強混凝土在較小的水灰比下就具有很好的流動性，工作性能較好。而C40普通混凝土的水膠較大，且存在一定的離析和泌水現象，粘聚性和保水性也相對不好，這必定會影響混凝土的強度和耐久性能。

3 混凝土立方體抗壓強度

混凝土立方體抗壓強度試驗采用100mm× 100mm×100mm的立方體試件（尺寸換算系數按規范要求取0.95）。每組三個試件，試件的尺寸和平整度符合規范要求，試驗采用WAW－300系列微機控制電液伺服萬能試驗機，其加載速度能夠進行調整，并能連續均勻加載。試驗中C80混凝土加載速度為0.70Mpa/s，C40混凝土為0.50Mpa/s。當試件接近破壞而開始迅速變形時，加載軟件會自動控制壓力機卸載，并記錄破壞荷載。測得的各齡期強度值（乘以尺寸換算系數0.95）見表3。

表3 混凝土立方體抗壓強度

可見，C80強度增長快，3天強度達到設計要求的占79.5%，7天強度達到設計要求的92.2%。28天時，混凝土強度均能夠滿足設計強度要求，后期強度均有不同程度的增長，但C80增長速度大大超過C40普通混凝土強度的增長，說明礦渣和硅粉等礦物摻和料有利于后期強度的增長，改善了混凝土性能，從而使得高強混凝土強度性能優于普通混凝土。

4 混凝土軸心抗壓強度

本試驗采用100mm×100mm×300mm的立方體試件，每組三個試件，試件的尺寸和平整度符合規范要求。28天齡期時，采用WAW－300系列微機控制電液伺服萬能試驗機對試件進行連續、均勻加載，加載速度C80為0.65Mpa/s，C40為0.50Mpa/s，其破壞荷載見表4：

表4 混凝土軸心抗壓強度

從試驗結果看，C80高強混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值高于C40普通混凝土。同時，高強混凝土軸壓強度試驗呈現的破壞過程與普通混凝土有明顯的區別，表現出更大的脆性：內部裂縫在很高應力水平下突然出現和發展，破壞過程急促，殘余強度跌落快，裂縫幾乎全部穿越粗骨料。而普通混凝土裂縫的開展、貫通、直至破壞相比之下緩慢得多，裂縫出現在粗骨料的膠結面。

5 混凝土彈性模量

試驗中，混凝土靜力受壓彈性模量，采用應力為軸心抗壓強度40%時的加荷割線模量。彈性模量試件尺寸為100mm×100mm×300mm，改變傳統的用變形測量儀以及千分表來測量，而是應用應變片和應變儀來測量應變。為了防止試件在受壓的過程中有偏心，在試件的兩側均沿豎向軸線貼應變片，將試件的線連接到YE2538程控靜態應變儀的“1/4橋形式”上的接線柱上，補償片也接入應變儀，兩個應變片串聯對加載豎向應變進行測試。測得數據，并按混凝土彈性模量計算,結果見表5和表6。

表5 C80混凝土彈性模量

表6 C40混凝土彈性模量

所測得的C80混凝土靜彈性模量高于C40混凝土彈性模量，可見C80高強混凝土在剛度、變形、裂縫開展及大體積混凝土的溫度應力方面的性能具有一定的優勢。

6 混凝土應力應變曲線

測定應力—應變曲線的試件尺寸為100mm× 100mm×300mm，試驗過程中同時記錄了全過程的軸向壓力、縱向應變和橫向應變。采用應變片和應變儀來測量試件的縱向應變和橫向應變，并在試件上加了兩個橫向應變片，與豎向應變片相互垂直。為了防止試件在受壓的過程中有偏心，在試件的兩側均沿豎向、橫向軸線貼應變片，將這兩個應變片串聯來測得在加載情況下的應變。因試驗機釋放大量的彈性應變能對混凝土試件造成的沖擊破壞而無法進行測試，混凝土試件應力—應變曲線的上升段如圖1所示。

圖1 混凝土應力—應變曲線

C80應力—應變曲線的上升段幾乎接近直線，即使在試件接近破壞前的一段時間，縱向剛度也無顯著改變。也說是說，比例極限點顯著升高，其應力值接近峰值應力，應力—應變曲線的上升段已不存在裂縫臨界應力點，或者說臨界應力點和應力峰值點非常接近。低強混凝土應力—應變關系下降段較平緩，相對來說有較好的延性，而高強混凝土表現出很大的脆性，應力一旦達到峰值即呈現剝落，此后反映的是高強混凝土的破碎過程。通過對破壞面的觀察發現，C80高強高性能混凝土的破壞面穿越的粗骨料被整齊地劈開，較少出現粗骨料和水泥漿的粘結破壞，而C40普通混凝土則主要為粘結界面破壞，這與混凝土抗壓試塊破壞現象一致。

7 結語

充分利用高效減水劑和復合摻合料的超疊加效應，通過對骨配合比參數的優選和優化，配制出的強度高、工作性能優異、耐久性能好而成本相對較低的高強高性能混凝土，對提高建筑工程的施工速度、加快模板的周轉和節約投資成本具有十分重要的意義。因此，今后應進一步對這些方面進行研究，提高高強混凝土理論與實踐水平。

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O6-33

A

1009-9530（2010）05-0007-02

2010-04-14

淮南職業技術學院科技基金項目（HKY10-7）

張立（1980-），男，安徽淮北人，淮南職業技術學院講師，碩士研究生，主要研究方向：土木工程。