飽和狀態下泡沫混凝土力學特性試驗研究

花 全 劉孝江 邵成健

(1.鹽城市交通運輸局，江蘇 鹽城 224000； 2.上海交通大學，上海 200240)

飽和狀態下泡沫混凝土力學特性試驗研究

花 全1劉孝江1邵成健2

(1.鹽城市交通運輸局，江蘇 鹽城 224000； 2.上海交通大學，上海 200240)

以水膠比為0.5的泡沫混凝土為研究對象，采用試驗方法，對比了其在自然和飽和狀態下28 d齡期的力學性能，分析了其應力—應變曲線的變化規律，得到了抗壓強度、彈性模量與氣泡率的關系。

泡沫混凝土，飽和狀態，抗壓強度，彈性模量

0 引言

泡沫混凝土是一種在水泥等其他膠凝材料漿體混合均勻后加入一定量的泡沫而制得的，因其具有質輕，強度高，保溫隔熱性能和施工方便等優點，目前在工程中得到廣泛應用[1-5]。

泡沫混凝土因其含有大量氣泡，容易吸水，因此研究其在飽和狀態下力學特性尤為重要。本文研究了水膠比為0.5的泡沫混凝土在飽和和自然養護條件下其28 d齡期力學特性，分析了其應力—應變曲線變化規律，探討了飽和條件對泡沫混凝土抗壓強度和彈性模量與氣泡率之間關系表達式中參數大小的影響，為全面了解泡沫混凝土的力學性能提供了指導。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

1)水泥。

選用上海海螺水泥有限公司生產的海螺牌42.5級普通硅酸鹽水泥，其相關技術性能指標如表1所示。

表1 水泥的技術性能指標

2)粉煤灰。

選用符合ASTM C618—1989的F級粉煤灰，其主要化學組成如表2所示。

表2 粉煤灰化學成分和含量 %

3)礦粉。

選用由上海寶鋼集團公司生產的S95級礦粉，其化學成分如表3所示。

表3 礦粉化學成分和含量 %

4)發泡劑。

本試驗采用的是一種植物類蛋白發泡劑，為淡黃色油狀液體，有刺激性氣味，如圖1所示。

1.2 試驗設備

試驗利用水泥發泡一體機進行制備泡沫混凝土，如圖2a)所示。泡沫混凝土的單軸壓縮試驗在液壓伺服試驗機(如圖2b)所示)上進行，其最大量程為300 kN。

1.3 試驗方法

1)試樣制作。將水泥、粉煤灰、礦粉按照質量比16∶3∶1稱取后混合均勻，與水按照水膠比0.5制成水泥漿后，利用水泥發泡一體機，將不同量的泡沫加入到漿體中，混合攪拌均勻后倒入邊長為100 mm的立方體試模中，第2天拆模。

2)養護方法。拆模后的試樣在自然條件中養護至14 d后，對于不同氣泡率的泡沫混凝土，分別取3個試塊在烘箱中烘干至恒重后，放入水中養護至28 d，如圖3所示。

3)強度試驗。對自然和水中養護的28 d齡期泡沫混凝土分別進行單軸壓縮試驗。加載速率為1 mm/min，液壓伺服試驗機自動采集荷載和位移。

2 試驗結果分析與討論

2.1 應力應變曲線

如圖4所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其應力—應變曲線變化特征。從圖4中可以看出，對于兩種不同養護條件下，其應力—應變曲線變化規律基本一致，均可以用四個階段來表示：

1)密實階段。

這一階段試樣在外力作用下，由于含有較多氣泡，試樣呈現逐漸被密實的狀態。

2)線彈性階段。

此階段應力與應變基本呈線性關系，其斜率即為試樣的彈性模量。

3)屈服階段。

此階段泡沫混凝土應力變化較小，曲線斜率逐漸減小，隨著應變增大，應力緩慢增大至最大值。

4)破壞階段。

當應力達到最大值后，試樣發生破壞，繼續加載，應變不斷增加而應力逐漸減小，泡沫混凝土失去承載能力，發生破壞。

2.2 抗壓強度

如圖5所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其抗壓強度與氣泡率的關系。通過對縱坐標取對數刻度，并對試驗數據進行擬合發現，相關系數R2均大于0.95，所以28 d齡期情況下，飽和和自然養護條件下泡沫混凝土抗壓強度與氣泡率呈指數關系，可表示為：

σ=σc,0e-k1Va

(1)

式中：σ——泡沫混凝土抗壓強度，MPa；σc,0——氣泡率為0時的混凝土抗壓強度，MPa；k1——常數；Va——氣泡率。

自然養護條件下σc,0值為39.314，k1值為5.089，而飽和狀態下σc,0值為26.563，對應的k1值為4.512。可見，在飽和狀態下的σc,0和k1比自然養護條件下的要小。

2.3 彈性模量

如圖6所示為泡沫混凝土在自然和飽和條件下其彈性模量與氣泡率的關系。通過對縱坐標取對數刻度并對試驗數據進行擬合分析，得到泡沫混凝土彈性模量與氣泡率之間的關系，可表示為：

E=Ec,0e-k2Va

(2)

式中：E——泡沫混凝土彈性模量，MPa；Ec,0——氣泡率為0時的混凝土彈性模量，MPa；k2——常數。

自然養護條件下Ec,0值為2 041.2，k2值為3.759，而飽和狀態下Ec,0值為1 776.7，對應的k2值為3.44。可見，在飽和狀態下的Ec,0和k2比自然養護條件下的要小。

3 結語

1)在單軸受壓作用下，飽和和自然養護的泡沫混凝土其應力—應變曲線變化規律基本一致，均經歷密實、線彈性、屈服和破壞四個階段。

2)泡沫混凝土的抗壓強度與氣泡率呈指數關系，飽和狀態下其σc,0和k1值要比自然狀態下的小。

3)泡沫混凝土的彈性模量與氣泡率呈指數關系，飽和狀態下其Ec,0和k2值要比自然狀態下的小。

[1] 扈士凱,李應權,徐洛屹,等.國外泡沫混凝土工程應用進展[J].混凝土世界,2010(4):48-50.

[2] Amran Y H M, Farzadnia N, Ali A A A. Properties and applications of foamed concrete; a review[J].Construction and Building Materials,2015(101):990-1005.

[3] 陳 兵,劉 睫.纖維增強泡沫混凝土性能試驗研究[J].建筑材料學報,2010,13(3):286-290.

[4] Ramamurthy K, Nambiar E K K, Ranjani G I S. A classification of studies on properties of foam concrete[J].Cement and Concrete Composites,2009,31(6):388-396.

[5] 閆振甲.泡沫混凝土發展狀況與發展趨勢[J].混凝土世界,2009(11):48-55.

Experimental study on mechanical properties of foamed concrete under saturated condition

Hua Quan1Liu Xiaojiang1Shao Chengjian2

(1.TransportationBureauofYancheng,Yancheng224000,China; 2.ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)

Taking the foam concrete with 0.5 of water-binder ratio as the research target, the paper compares the mechanical performance of foam concrete with the age of 28 d under natural saturated condition by applying experimental method, analyzes its stress strain curve changing law, and finally obtains the relationship among compressive strength, elastic modulus and bubble rate.

foam concrete, saturated condition, compressive strength, elastic modulus

1009-6825(2017)03-0107-02

2016-11-19

花 全(1971- )，男，高級工程師； 劉孝江(1974- )，男，工程師； 邵成健(1991- )，男，在讀碩士

TU528

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