不同外摻物對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的性能影響研究

石振慶 趙 煒

（滁州學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院 安徽滁州 239000)

不同外摻物對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土是由高強(qiáng)輕集料、普通砂、水泥和水配制而成，干容重小于1950kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)LC30以上。相比于普通混凝土，其具有自重輕、強(qiáng)度高、耐久性佳、體積穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的研究雖起步較晚，但近年來(lái)已展開(kāi)系統(tǒng)的研究，取得了一定的研究成果。

一、鋼纖維摻入對(duì)性能的影響

當(dāng)前國(guó)內(nèi)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土多用在橋梁和高層建筑，部分也使用于超高層建筑，因此增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度及耐高溫性就顯得極為重要。

研究發(fā)現(xiàn)，摻入不同輕質(zhì)骨料的鋼管混凝土在不同火災(zāi)溫度的影響下所產(chǎn)生的力學(xué)性能的差異較為明顯，摻入鋼纖維輕質(zhì)骨料試件的軸向壓力強(qiáng)度隨火災(zāi)溫度呈先增后減趨勢(shì)，其結(jié)果表明，摻入鋼纖維可提供一定的耐高溫性能[1]。鋼纖維的摻入亦可提高輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的韌性和劈裂抗拉強(qiáng)度，其中，微細(xì)型鋼纖維增韌效果最好，對(duì)劈裂抗拉效果也較明顯[2]。鋼纖維的摻入亦可在一定程度上影響混凝土的收縮性能，研究表明，當(dāng)提高混凝土中鋼纖維的摻量，可明顯降低混凝土的收縮[3]。

除此之外，在高強(qiáng)度陶?；炷炼讨跏剂芽p抑制方面，鋼纖維的摻入也會(huì)對(duì)其有一定的改善。研究發(fā)現(xiàn)，隨著鋼纖維體積率的提高，高強(qiáng)陶?；炷炼讨嚰目辜舫休d力有明顯增強(qiáng)，在實(shí)際施工中適量增加鋼纖維，可提高結(jié)構(gòu)的抗剪承載力[4]。

有研究認(rèn)為，通過(guò)振動(dòng)攪拌機(jī)制備的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維的摻入持續(xù)增長(zhǎng)。其原因?yàn)檎駝?dòng)攪拌會(huì)改善絮凝結(jié)構(gòu)，使水化速率加快，增加混凝土的密實(shí)度，在一定程度上可有效解決輕集料上浮的問(wèn)題[5]。攪拌方式亦會(huì)對(duì)混凝土的抗?jié)B性和耐久度產(chǎn)生較大的影響，當(dāng)采用不同的攪拌工藝制得的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土在28d的抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性能有明顯不同[6]。

鋼纖維的摻入將直接對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的性能產(chǎn)生影響。在一定范圍內(nèi)合理的在混凝土中摻入鋼纖維可對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的抗彎性能和抗壓性能有促進(jìn)作用。

二、不同骨料摻入對(duì)性能的影響

骨料種類(lèi)或粒徑的不同，均會(huì)影響輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用鎂礦石或不同粒徑的浮石時(shí)，均可達(dá)到普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。不同浮石粒徑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度值影響較為明顯，在進(jìn)行強(qiáng)化處理后，浮石粒徑越小，其混凝土抗壓強(qiáng)度就越高[7-8]。也有研究發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，黏土陶粒混凝土和頁(yè)巖陶?；炷猎嚰?d、7d、28d強(qiáng)度均高于自然養(yǎng)護(hù)試件[9]。試件的破壞模式以脆性破壞為主，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)與普通混凝土相似。在其他骨料保持不變的條件下，適當(dāng)?shù)脑黾犹樟：靠墒够炷恋膹椥阅Ａ康玫浇档蚚10]。

聚合物的加入，除在很大程度上改變混凝土的韌性外也可明顯的增強(qiáng)混凝土的相關(guān)性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用改性聚乙烯醇類(lèi)聚合物（P-A）摻入時(shí)，抗拉強(qiáng)度會(huì)明顯提升，與添加入PVA纖維相同的是所制備的混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)并不明顯,但聚乙烯醇纖維可明顯的提高混凝土的韌性[11-12]。有研究指出，適量的增加玻璃微珠的顆粒數(shù)，將顯著影響混凝土的性能，但隨著玻璃微珠數(shù)目的增加，反而會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度[13-15]。PVA纖維和玻璃微珠混摻拌制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土?xí)r，若PVA纖維含量恒定，隨著玻璃微珠摻量的增加，混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先大后小變化趨勢(shì)，在60-80目時(shí)性能最優(yōu)[12]。

三、無(wú)機(jī)摻合料對(duì)性能的影響

國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)摻入無(wú)機(jī)摻合料來(lái)改變混凝土的性能，研究不同的無(wú)機(jī)摻合料也將帶來(lái)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土在綠色環(huán)保方面的提高。

當(dāng)摻入錳渣粉、粉煤灰、硅灰等控制在一定的比例內(nèi)時(shí)，抗壓強(qiáng)度會(huì)有所上升。硅灰和錳渣粉可明顯提高輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度[16-17]。除此之外，硅灰和二氧化硅無(wú)機(jī)摻合物的添加會(huì)增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度[17-18]，曾維等人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米SiO2摻量處于0%—2%區(qū)間逐漸增大時(shí)，混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度變化均呈現(xiàn)先增后減的現(xiàn)象，在摻量0.5%時(shí)達(dá)到頂峰；納米二氧化硅的微集料填充會(huì)增加其折壓比，在較大程度上改善輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的斷裂韌性[18]。研究表明，粉煤灰顯著影響輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度，隨粉煤灰摻入量的增加抗壓強(qiáng)度呈先增后減小趨勢(shì)，主要原因考慮為超細(xì)粉煤灰含量較多，比表面積較大，水化反應(yīng)更快，改變了其內(nèi)部的微觀(guān)機(jī)構(gòu)[18-19]；但粉煤灰含量不宜過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致其流動(dòng)性較差，進(jìn)而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度[20-21]。

在無(wú)機(jī)添加物中，燒結(jié)粘土亦可作為一種材料來(lái)制備輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土。研究表明，燒結(jié)粘土的微觀(guān)結(jié)構(gòu)疏松多孔，會(huì)吸收部分水分，導(dǎo)致混凝土的工作性能降低。燒結(jié)粘土摻量越高，作用越明顯，但其力學(xué)性能會(huì)明顯的提高抗壓強(qiáng)度，也可很好的提高混凝土的體積穩(wěn)定性[22]。

無(wú)機(jī)摻合料的增加會(huì)對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的性能產(chǎn)生一定改變，其中抗壓強(qiáng)度的改變最為明顯，當(dāng)摻入硅灰或粉煤灰時(shí)，抗壓性能會(huì)因?yàn)閮?nèi)部骨料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的改變而改變，其分子承載力效果不同，將直接影響輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的抗壓性能。

四、不同環(huán)境對(duì)性能的影響

研究不同環(huán)境對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土性能的影響也反映了該類(lèi)混凝土是否能夠在復(fù)雜環(huán)境下保證工作性能，減少因環(huán)境帶來(lái)對(duì)建筑物的不利影響。

在抗震設(shè)防區(qū)，高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的使用可有效縮短橋梁的高階自振周期，降低結(jié)構(gòu)對(duì)地震內(nèi)力和位移的響應(yīng)[23]。胡珥珥等人發(fā)現(xiàn)，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的材料密度和彈性模量對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的高階振型影響很大，而同種強(qiáng)度的普通輕質(zhì)混凝土對(duì)振動(dòng)周期影響較小[24]。

對(duì)于常年遭受液體浸泡或侵蝕的建筑物而言，抗?jié)B性能和吸水率就顯得尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)濕狀態(tài)的陶?；炷疗鋸?qiáng)度會(huì)隨著預(yù)濕時(shí)間的增加而增加[25]。在氯離子等離子濃度較大區(qū)域，結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力的強(qiáng)弱直接影響建筑物的耐久性，混凝土抗氯離子滲透能力隨干濕循環(huán)頻率的增大而減??；混凝土氯離子滲透性隨礦物含量的增加而增大；摻硅灰時(shí)混凝土的抗?jié)B性較好，其中，摻入量為20%時(shí)混凝土的抗?jié)B透性能最好[26]。

除此以外，同一種輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土并不能經(jīng)受住各個(gè)地區(qū)氣候條件的考驗(yàn)。在干旱地區(qū)，其惡劣的環(huán)境對(duì)混凝土的力學(xué)性能造成很大影響。在濕熱環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)溫濕度均會(huì)較高，其力學(xué)性能也將很受影響。研究發(fā)現(xiàn)，CFRP加固高強(qiáng)混凝土開(kāi)裂荷載會(huì)隨著預(yù)應(yīng)力的等級(jí)增加而提高，而在濕熱環(huán)境下，荷載極限也會(huì)逐漸增高，這也為將來(lái)濕熱地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了依據(jù)[27]?；馂?zāi)情況下的混凝土的性能也將直接影響的人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，有研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，高強(qiáng)混凝土的高溫力學(xué)性能逐漸下降，下降速率大于普通混凝土，但摻入鋼纖維的高強(qiáng)混凝土?xí)@著改善高溫下的力學(xué)性能[28]。

五、結(jié)語(yǔ)

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的不斷發(fā)展與完善標(biāo)志著我國(guó)在此領(lǐng)域的不斷發(fā)展與突破。無(wú)論是采用鋼纖維摻合料還是無(wú)機(jī)摻合料，對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土性能的提高均較明顯，相較于普通混凝土，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土需要較為復(fù)雜的制作工藝和施工技術(shù)，不同外摻物對(duì)混凝土的影響均不一，外摻物加入后，其強(qiáng)度會(huì)有明顯的提高。通過(guò)改變輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，將對(duì)節(jié)能減排、綠色建筑的推廣產(chǎn)生一定助推作用。