含粗骨料超高性能混凝土的力学性能
发布时间：2020-12-12 06:33
采用河砂替代石英砂并添加粗骨料的方式制备含粗骨料的超高性能混凝土（UHPC）,研究不同粗骨料掺量和粒径对UHPC力学性能的影响。结果表明:粗骨料掺量的增加对UHPC基体新拌混合物的流动性具有降低作用,粗骨料粒径对新拌混凝土的流动性具有不规则增强效应;当粗骨料掺量不大于400kg/m3时,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度呈现不同程度的增长,当粗骨料掺量继续增加,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度出现下降;粗骨料粒径的增加对UHPC基体的立方体抗压强度和轴心抗压强度具有增强效应,而对UHPC抗折及劈裂抗拉强度影响不大。骨料掺量对UHPC基体的弹性模量具有增强效应,骨料粒径越小,弹性模量越大;UHPC初裂强度、峰值强度、初裂挠度、峰值挠度以及各阶段耗能均随粗骨料掺量的增加缓慢降低;初裂强度、峰值强度、各阶段耗能均随粗骨料粒径的增大而降低,初裂挠度与峰值挠度随粗骨料粒径的增加呈现缓慢上升的趋势;韧性指数I5、I10、I20均随骨料掺量和粒径的增加而逐渐减小。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020年11期 第1747-1755页 北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
粗骨料对UHPC工作性的影响
图2为不同粗骨料掺量与粒径的UHPC抗压强度试验结果，由图2a可以看出：当粗骨料掺量为400 kg/m3时，立方体抗压强度和轴心抗压强度达到最大值，相比于无粗骨料时分别增加了7.63%和10.17%；在400 kg/m3掺量外，增加或者减少骨料掺量立方体抗压强度及轴心抗压强度均会降低，当掺量至800 kg/m3时，相比400 kg/m3立方体抗压强度与轴心抗压强度分别降低了11.05%和9.01%；骨料从400 kg/m3继续增加至600、800 kg/m3时，立方体抗压强度下降幅度要大于从0～400 kg/m3的增长幅度。这主要原因包括是因为辉绿岩质地坚硬，本身具有较高的抗压强度，且本组实验采用粒径5～8 mm的辉绿岩碎石，表面粗糙，与基体的粘结能力较好，保证界面过渡区不会轻易破坏；粗骨料在UHPC的基体内部形成整体性较好的刚性骨架，且骨料之间的咬合作用力增强，加之钢纤维在骨料与基体之间的锚固作用，使得体系整体性能更好，抗压强度随之增加。当骨料掺量继续增加，混凝土强度出现降低主要是因为骨料掺量继续增加最先造成的是新拌混凝土的流动性下降。当掺量从0～800 kg/m3时，新拌混凝土的坍落度扩展度从555 mm下降至465 mm(见图1)，纤维存在结团风险，浆体搅拌均匀性变差，内部结构缺陷增多，造成UHPC强度下降；此外当骨料掺量增加过多时水泥浆体无法充分包裹集料界面或者包裹层较薄，则会造成骨料与基体黏结力不足，同样造成混凝土强度降低。文献[12,14]的研究结果也证明了粒径为5～10 mm或者5～20 mm时，在一定范围内增加粗骨料掺量会提高UHPC的抗压强度，但超过这个范围，强度反而会下降。从图2b可以看出：当粗骨料掺量一定时(400 kg/m3)，粗骨料粒径为8～10 mm的UHPC抗压强度和轴心抗压强度达到最大值，分别为143.0 MPa和125.9 MPa，相比于骨料粒径为5～8 mm和3～5 mm时立方体抗压强度分别增长了5.24%和5.94%，轴心抗压强度分别增长了0.35%和3.84%，但总体增幅较小，可认为粗骨料粒径对UHPC抗压强度的提升作用并不明显；而粗骨料粒径较大时抗压强度及轴心抗压强出现小幅增长。这是因为一方面当骨料粒径为较小时，相同质量的碎石粒径越小则比表面积越大，造成UHPC基体流动性降低，骨料与基体的粘结能力变弱，且由于流动性降低导致硬化后基体内部缺陷增加，影响混凝土强度；另一方面骨料粒径较大时，骨料之间的咬合作用更明显，基体与骨料之间接触面积增加，粘结力变大，抗压强度出现小幅增长。文献[12]中指出，在骨料掺量分别为10%、20%与30%时，骨料粒径为5～20 mm的UHPC都比5～10 mm的抗压强度要高，但是由于2种粒径为包含关系，不能区分具体哪一范围的粒径增强效果更佳。
图3为粗骨料对UHPC弯拉性能的影响结果，由图3a可见，在粗骨料掺量小于400 kg/m3时，粗骨料对UHPC基体的抗折强度、劈裂抗拉强度影响较小，当粗骨料掺量为400 kg/m3时，UHPC的劈裂抗拉强度最高，达到17.6 MPa；当粗骨料继续增加，UHPC基体的抗折强度和劈裂抗拉强度出现下降，但总体下降幅度较小。这与文献[14]中的结论一致。当粗骨料掺量小于400 kg/m3时，粗骨料对UHPC基体抗弯拉性能影响较小的原因主要是：在骨料掺量较少时，基体中的浆体较多，新拌混凝土的流动性较好，纤维分布比较均匀，与基体的粘结与锚固更牢固，对基体抗弯拉性能的贡献更大，此外辉绿岩粗骨料形成的架构良好的刚性骨架有利于抗弯拉性能的提高，并且由于骨料本身强度较高，在基体承受弯拉应力产生裂缝时，必然绕过粗骨料，但骨料之间的咬合作用又会限制内部微裂缝的发展；而当粗骨料掺量继续增加至600 kg/m3和800 kg/m3时，基体抗折强度和劈裂抗拉强度出现下降是因为：粗骨料掺量增加，基体中自由流动状态的浆体减少，新拌混凝土的流动性下降(见图1)，导致纤维分散不均匀，纤维的有效利用率下降；此外自由浆体减少致使包裹纤维的浆体减少，纤维与基体的粘结力减弱，受拉过程中更容易被拔出，但由于影响UHPC弯拉强度的主要因素是纤维[17]，而在探究过程中并未改变纤维掺量，所以UHPC的抗弯拉强度变化并不明显。
本文编号：2912036
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020年11期 第1747-1755页 北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
粗骨料对UHPC工作性的影响
图2为不同粗骨料掺量与粒径的UHPC抗压强度试验结果，由图2a可以看出：当粗骨料掺量为400 kg/m3时，立方体抗压强度和轴心抗压强度达到最大值，相比于无粗骨料时分别增加了7.63%和10.17%；在400 kg/m3掺量外，增加或者减少骨料掺量立方体抗压强度及轴心抗压强度均会降低，当掺量至800 kg/m3时，相比400 kg/m3立方体抗压强度与轴心抗压强度分别降低了11.05%和9.01%；骨料从400 kg/m3继续增加至600、800 kg/m3时，立方体抗压强度下降幅度要大于从0～400 kg/m3的增长幅度。这主要原因包括是因为辉绿岩质地坚硬，本身具有较高的抗压强度，且本组实验采用粒径5～8 mm的辉绿岩碎石，表面粗糙，与基体的粘结能力较好，保证界面过渡区不会轻易破坏；粗骨料在UHPC的基体内部形成整体性较好的刚性骨架，且骨料之间的咬合作用力增强，加之钢纤维在骨料与基体之间的锚固作用，使得体系整体性能更好，抗压强度随之增加。当骨料掺量继续增加，混凝土强度出现降低主要是因为骨料掺量继续增加最先造成的是新拌混凝土的流动性下降。当掺量从0～800 kg/m3时，新拌混凝土的坍落度扩展度从555 mm下降至465 mm(见图1)，纤维存在结团风险，浆体搅拌均匀性变差，内部结构缺陷增多，造成UHPC强度下降；此外当骨料掺量增加过多时水泥浆体无法充分包裹集料界面或者包裹层较薄，则会造成骨料与基体黏结力不足，同样造成混凝土强度降低。文献[12,14]的研究结果也证明了粒径为5～10 mm或者5～20 mm时，在一定范围内增加粗骨料掺量会提高UHPC的抗压强度，但超过这个范围，强度反而会下降。从图2b可以看出：当粗骨料掺量一定时(400 kg/m3)，粗骨料粒径为8～10 mm的UHPC抗压强度和轴心抗压强度达到最大值，分别为143.0 MPa和125.9 MPa，相比于骨料粒径为5～8 mm和3～5 mm时立方体抗压强度分别增长了5.24%和5.94%，轴心抗压强度分别增长了0.35%和3.84%，但总体增幅较小，可认为粗骨料粒径对UHPC抗压强度的提升作用并不明显；而粗骨料粒径较大时抗压强度及轴心抗压强出现小幅增长。这是因为一方面当骨料粒径为较小时，相同质量的碎石粒径越小则比表面积越大，造成UHPC基体流动性降低，骨料与基体的粘结能力变弱，且由于流动性降低导致硬化后基体内部缺陷增加，影响混凝土强度；另一方面骨料粒径较大时，骨料之间的咬合作用更明显，基体与骨料之间接触面积增加，粘结力变大，抗压强度出现小幅增长。文献[12]中指出，在骨料掺量分别为10%、20%与30%时，骨料粒径为5～20 mm的UHPC都比5～10 mm的抗压强度要高，但是由于2种粒径为包含关系，不能区分具体哪一范围的粒径增强效果更佳。
图3为粗骨料对UHPC弯拉性能的影响结果，由图3a可见，在粗骨料掺量小于400 kg/m3时，粗骨料对UHPC基体的抗折强度、劈裂抗拉强度影响较小，当粗骨料掺量为400 kg/m3时，UHPC的劈裂抗拉强度最高，达到17.6 MPa；当粗骨料继续增加，UHPC基体的抗折强度和劈裂抗拉强度出现下降，但总体下降幅度较小。这与文献[14]中的结论一致。当粗骨料掺量小于400 kg/m3时，粗骨料对UHPC基体抗弯拉性能影响较小的原因主要是：在骨料掺量较少时，基体中的浆体较多，新拌混凝土的流动性较好，纤维分布比较均匀，与基体的粘结与锚固更牢固，对基体抗弯拉性能的贡献更大，此外辉绿岩粗骨料形成的架构良好的刚性骨架有利于抗弯拉性能的提高，并且由于骨料本身强度较高，在基体承受弯拉应力产生裂缝时，必然绕过粗骨料，但骨料之间的咬合作用又会限制内部微裂缝的发展；而当粗骨料掺量继续增加至600 kg/m3和800 kg/m3时，基体抗折强度和劈裂抗拉强度出现下降是因为：粗骨料掺量增加，基体中自由流动状态的浆体减少，新拌混凝土的流动性下降(见图1)，导致纤维分散不均匀，纤维的有效利用率下降；此外自由浆体减少致使包裹纤维的浆体减少，纤维与基体的粘结力减弱，受拉过程中更容易被拔出，但由于影响UHPC弯拉强度的主要因素是纤维[17]，而在探究过程中并未改变纤维掺量，所以UHPC的抗弯拉强度变化并不明显。
本文编号：2912036
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