界面改性陶粒混凝土力學性能試驗研究

馬耀輝，李向東，熊復慧

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

混凝土的力學性能是混凝土最重要的性能之一，混凝土力學性能的優劣直接決定著混凝土是否能夠投入工程應用當中。

本文的力學性能實驗中，每三個試件為一組，并根據預處理陶粒的苯丙乳液溶液的質量分數0、10%、15%、20%的不同分為四個配比，每個配比取其平均值作為最終的測試結果[1]。試件的制作依照《普通混凝土力學性能實驗方法標準》(GB/T 50081—2002)的有關規定執行。

1 抗壓性能測試

抗壓強度是進行彈性模量和壓縮蠕變等實驗必需的參數，同時也是結構設計的重要參數之一。

本文抗壓實驗采用立方體抗壓強度實驗方法。試件為100 mm×100 mm×100 mm的立方體，因采用的不是規范中的標準試件，所以需要對抗壓強度×修正系數，系數為0.95。混凝土抗壓強度計算如式(1)所示。

(1)

式中：fc u為混凝土抗壓強度，MPa；F為試件受力大小，N；A為試件受力面積，mm2。

實驗設備采用電液式壓力實驗機，所得抗壓實驗數據如圖1、圖2所示。

1.1 混凝土7 d抗壓強度

混凝土7 d抗壓強度見圖1。

圖1 界面改性陶粒混凝土7 d抗壓強度

1.2 混凝土28 d抗壓強度

各配比改性陶粒混凝土的抗壓強度如圖1～圖3所示，在圖3中可以得知，經過質量分數為10%與15%的苯丙乳液改性的陶粒輕骨料對于混凝土的7 d的抗壓強度有著增強的效果，但是在28 d的抗壓強度表現上，苯丙乳液溶液質量分數為15%的試件并沒有顯示出對抗壓強度有明顯的提升，苯丙乳液溶液質量分數為10%的試件則依舊表現出了對抗壓強度的提升效果。而苯丙乳液溶液質量分數為20%的試件則對抗壓強度表現出降低的效果，7 d抗壓強度表現的并不明顯，但是在28 d的抗壓強度則明顯低于未改性的普通混凝土強度值。

圖2 界面改性陶粒混凝土28 d抗壓強度

圖3 混凝土7 d，28 d強度對比與增長率

由此可見，當苯丙乳液溶液質量分數在0～10%之間時，對陶粒輕骨料的界面改性可以增強混凝土的強度；當苯丙乳液溶液質量分數大于15%時，對陶粒輕骨料的界面改性則降低了混凝土的強度，且隨著質量分數的增加，強度也隨之下降。

對比各配比試件7 d與28 d的抗壓強度，未改性的普通混凝土抗壓強度增長了32%；經10%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗壓強度增長了52%；經15%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗壓強度增長了11%；經20%苯丙乳液溶液改性的混凝土抗壓強度增長了18%。

對比未改性的普通混凝土抗壓強度增長率，10%苯丙乳液溶液對陶粒界面的改性加快了混凝土的抗壓強度的增長，15%與20%苯丙乳液溶液對陶粒界面的改性則減緩了混凝土的抗壓強度的增長。但減緩的百分比并不與質量分數成線性相關[2]。

2 抗折性能測試

混凝土的抗折強度可通過測量150 mm×150 mm×550 mm的棱柱體混凝土標準試件(稱標準試件)。或者測量100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體混凝土試件(稱非標準試件)來測定。

本文抗折實驗采用非標準試件測量混凝土抗折強度。試件為100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體，因采用的不是規范中的標準試件，所以需要對抗折強度×修正系數，系數為0.85。計算公式如式(2)所示。

(2)

式中：Ff為混凝土抗折強度，MPa；F為混凝土破壞荷載，kN；L為支座間跨度，mm；b為試件截面寬度，mm；h為試件截面高度，mm。

實驗設備采用電液式壓力實驗機，所得抗折實驗數據如圖4所示。

圖4 界面改性陶粒混凝土抗折強度

各配比改性陶粒混凝土的抗折強度如圖4所示，從圖4中能夠看出，苯丙乳液溶液質量分數為10%的試件表現出了對抗折強度的增強效果；苯丙乳液溶液質量分數為15%的試件與未改性的普通混凝土試件相比并沒有顯示出對抗折強度有明顯的改變；而苯丙乳液質量分數為20%的溶液則降低了混凝土試件的抗折強度[3]。

3 結 論

當適當的摻入苯丙乳液，對陶粒輕骨料進行改性的苯丙乳液溶液質量分數介于0～15%之間時，由于苯丙乳液對混凝土中空隙的有效填充，從而有效增強混凝土制品的抗壓強度、抗折強度，但過量的摻入苯丙乳液則會對混凝土制品的力學性能產生負面的效果，降低了混凝土自身的抗壓、抗折強度。