自密實堆石混凝土的力學(xué)性能試驗研究

1、<p>　　自密實堆石混凝土的力學(xué)性能試驗研究</p><p>　　摘要：自密實堆石混凝土是依靠自密實混凝土（SCC）的高流動、抗離析性能好以及自流動等特點(diǎn)，采用較大粒徑的塊石作為骨料并填充上自密實混凝土，從而形成了一種堆石混凝土（RFC)。作為一種高性能混凝土,它具有水泥用量少、造價較低、施工速度快等特點(diǎn)，近幾年來在我國的研究和應(yīng)用也逐步增多。通過對尺寸為450mm×450mm×4

2、50mm、450mm×450mm×900mm的自密實堆石混凝土試件的制作與試驗，研究試件內(nèi)部自密實混凝土與大粒徑骨料（塊石）的密實情況和試件整體力學(xué)性能，表明自密實堆石混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實，有良好的力學(xué)性能，可以應(yīng)用于工程實踐。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：自密實；堆石混凝土；大粒徑骨料 </p><p>　　中圖分類號： TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： &l

3、t;/p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　自密實混凝土(SCC)是一種高性能混凝土，具有高流動性、高粘聚性、抗離析和自流平等特點(diǎn)[1]。最早是由日本東京大學(xué)的岡村甫教授提出，并研制成功。隨后在多個國家得到了廣泛的應(yīng)用。我國的深圳、上海等城市也有一些建筑采用了自密實混凝土進(jìn)行澆注，取得了不錯的效果[2] 。自密實堆石混凝土充分發(fā)揮了自密實混凝土和塊

4、石兩種材料的優(yōu)勢，成為了一種新型的混凝土，而采用這種新型混凝土制作的試件的密實情況良好，整體的力學(xué)性能不低于普通混凝土制作的試件，達(dá)到了理想的效果[3]。由于已有的自密實堆石混凝土力學(xué)性能試驗是將大尺寸試件切割為標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行試驗，沒有考慮試件內(nèi)部大粒徑骨料的影響。因此，本文通過對大尺寸自密實堆石混凝土試件進(jìn)行力學(xué)性能測試，真實地反映了自密實堆石混凝土的破壞特點(diǎn)與力學(xué)性能。 </p><p>　　2自密實混凝土的材

5、料和配合比試驗 </p><p>　　由于自密實堆石混凝土內(nèi)部的大粒徑骨料（塊石）預(yù)埋入模板中，大粒徑骨料與攪拌好的自密實混凝土分離，因此自密實堆石混凝土的配合比試驗就集中于對自密實混凝土的配合比設(shè)計上。若自密實混凝土的流動性不夠，則有可能造成離析和泌水現(xiàn)象。因此對自密實混凝土的制備顯得尤為重要。 </p><p><b>　　2.1試驗材料 </b></p&g

6、t;<p>　　1)水泥:榴園42.5號普通硅酸鹽水泥； </p><p>　　2)骨料:粗骨料的直徑在10mm到20mm范圍內(nèi)，細(xì)骨料采用級配良好的中粗砂； </p><p>　　3)粉煤灰:正友Ⅱ級粉煤灰； </p><p><b>　　4)水:自來水； </b></p><p>　　5)外加劑:聚羧酸

7、鹽高效外加劑。 </p><p>　　2.2 配合比試驗及結(jié)果 </p><p>　　由于混凝土是多相材料，影響其性能的因素很多，包括骨料粗細(xì)、形狀、種類、含水率、顆粒級配等等，因此在根據(jù)本地材料性能的基礎(chǔ)上，通過不斷的調(diào)整和適配，并以混凝土的坍落度、擴(kuò)展度（700mm）、28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度為指標(biāo)，確定出配合比。 </p><p>　　測取鐵板上拌合物任意垂直的兩個

8、方向的直徑，取平均值作為擴(kuò)展度，并測量混凝土拌合物的坍落度。通過調(diào)整和適配，結(jié)合坍落度與擴(kuò)展度，綜合考慮后確定了表1中自密實混凝土的配合比： </p><p>　　表1 C15自密實混凝土配合比(單位：kg/m3) </p><p>　　3 自密實堆石混凝土試件的制作 </p><p>　　對于混凝土力學(xué)性能的試驗，標(biāo)準(zhǔn)[4]中要求采用的標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸主要為150 m

9、m×150 mm×300mm 和150 mm×150 mm×150 mm；美國懇務(wù)局1972年規(guī)定對于大骨料混凝土試驗，試樣中必須包括全部骨料，而且試樣必須足夠大，試樣的最小邊長要大于或等于混凝土中最大骨料的3倍[5] 。因此確定本次試件的尺寸為450 mm×450 mm×450mm和450 mm×450 mm×900 mm。 </p><

10、;p>　　將大粒徑骨料（黃島產(chǎn)，粒徑約15cm左右）先浸泡24小時，使其充分吸水，再將其晾到表面干狀態(tài)后，碼放于模板之中；將自密實混凝土澆入模板中，則混凝土在重力作用下流向各個方向。將塊石分層碼入，自密實也采取分層澆注的方法，每層澆注高度約為150mm左右。 </p><p>　　可以發(fā)現(xiàn)，成型后澆筑試件則外觀性能較好。除由于塊石與板壁的接觸，產(chǎn)生了附壁效應(yīng)沒有完全填實外，整體表面狀況較好，沒有出現(xiàn)蜂窩麻面

11、等缺陷。 </p><p>　　4 自密實堆石混凝土試件的力學(xué)性能測試 </p><p><b>　　4.1 試驗方法 </b></p><p>　　為了能夠?qū)⒃嚰褐疗茐臓顟B(tài)，并觀察試件內(nèi)部的密實情況。試驗在500噸電液伺服試驗機(jī)上進(jìn)行，并在試件的兩個側(cè)面安裝四個差變式位移傳感器，以測試構(gòu)件的變形。 </p><p>

12、<b>　　試驗加載過程為: </b></p><p>　　(l)在所有試驗之前確定儀器的可靠性。 </p><p>　　(2)擺放好試件并將測試儀器及測量設(shè)備連接并安裝調(diào)試。 </p><p>　　(3)各項準(zhǔn)備工作完成后開始加載，采用荷載控制，抗壓試驗加載速度不超過0.3~0.5MPa/s，保持勻速加載，避免荷載出現(xiàn)沖擊影響。同時，數(shù)據(jù)采集

13、系統(tǒng)準(zhǔn)確記錄試驗數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)到文件。加載到試件完全破壞為止。 </p><p>　　4.2 試驗結(jié)果及其分析 </p><p><b>　　1 破壞特征 </b></p><p>　　試件的局部破壞截面。試件的斷裂面平整，在剪力的作用下，自密實混凝土和塊石的黏結(jié)強(qiáng)度較高，塊石被剪斷，斷裂面沿著自密實混凝土和塊石的交界面發(fā)展。 </p&

14、gt;<p>　　通過對試驗后所有試件的斷裂面分析發(fā)現(xiàn)：被剪斷的塊石分布較為分散，沒有呈現(xiàn)出特定的分布規(guī)律。另外，立方體試件和棱柱體試件的斷裂面大多是自密實混凝土與塊石間的粘結(jié)滑移，有少量斷裂界面從塊石處穿過。兩種材料交界面處的粘結(jié)性能對整個試件性能起主導(dǎo)作用。這說明試件的整體工作性能良好。 </p><p>　　立方體試件的破壞形態(tài)。特點(diǎn)在于臨近破壞時，首先在表面出現(xiàn)了沿試件高度的一條豎向裂縫，隨

15、著荷載的增加，又出了數(shù)條不連續(xù)的豎向裂縫，并且已有的裂縫寬度加大，部分混凝土剝落，最終由于裂縫貫穿截面形成2-3個柱體，最后小柱體失穩(wěn)破壞，裂縫相對較直，帶有脆性的豎向劈裂的特點(diǎn)。這與標(biāo)準(zhǔn)的立方體試件的破壞形態(tài)呈現(xiàn)出的正倒相接的四角錐形破壞形態(tài)不同。其原因可能是加載板與試件表面接觸面積較大，很難在加載初始階段形成有效的摩擦約束，因此，雖然也存在趨向X型的裂縫，但不如普通混凝土的破壞形態(tài)表現(xiàn)得充分。 </p><p&g

16、t;　　棱柱體試件的破壞形態(tài)。臨近破壞時在試件表面沿高度出現(xiàn)一條可見的豎向裂縫，隨著荷載的增加，該條裂縫不斷加寬，并且在該表面其他部位又出現(xiàn)了部分短斜裂縫。繼續(xù)增加荷載，該裂縫寬度加大，并貫穿截面，而其他部位的裂縫寬度發(fā)展較小。出現(xiàn)的裂縫豎向裂縫居多，有少量斜裂縫出現(xiàn)。最終破壞形態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件出現(xiàn)的宏觀斜裂縫有所不同，產(chǎn)生的豎向裂縫將棱柱體分割成了2-3個柱體使其失去承載能力。 </p><p>　　對于填充

17、的自密實混凝土，破壞面大多是沿著粗骨料與自密實混凝土的交界面處發(fā)展，粗骨料本身斷裂的比較少，這與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的混凝土試件的內(nèi)部破壞形態(tài)一致；從自密實堆石混凝土整體來看，有部分塊石從交界面處完全脫落，與填充的自密實混凝土分離，而標(biāo)準(zhǔn)尺寸的混凝土試件破壞時，也有粗骨料脫落的情況，石塊斷裂的現(xiàn)象，表明自密實混凝土與石塊界面具有足夠的粘結(jié)力，石塊的隨機(jī)碼放，也可能使石塊處于最不利的受力位置，在彎剪的共同作用下導(dǎo)致斷裂。 </p>&l

18、t;p><b>　　2 力學(xué)性能指標(biāo) </b></p><p>　　試驗測得的立方體和棱柱體試件的極限荷載和抗壓強(qiáng)度列于表2。從表2可以看出，對于立方體和棱柱體試件，每組得到的極限荷載值較為接近，破壞形態(tài)基本一致。從結(jié)果分析得知，該試件的強(qiáng)度足可以滿足一般性的工程要求。 </p><p>　　表2 試件破壞荷載和抗壓強(qiáng)度 </p><p>

19、;　　注：LFT指的是立方體試件，LZT指的是棱柱體試件 </p><p><b>　　5 結(jié)論 </b></p><p>　　通過試驗發(fā)現(xiàn)，從試驗破壞后的試件內(nèi)部情況看出，試件的內(nèi)部密實情況良好，沒有孔洞出現(xiàn)，表明自密實混凝土有良好的流動性，具有一定的強(qiáng)度和工作性能，是可以滿足一般工程需要的。對于填充的自密實混凝土，破壞面大多是沿著粗骨料與自密實混凝土的交界面處發(fā)展

20、，粗骨料本身斷裂的比較少，屬于粘結(jié)性破壞，說明水泥膠體和骨料的粘結(jié)性能良好。這與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的混凝土試件的內(nèi)部破壞形態(tài)一致。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]大內(nèi)雅博.Current conditions of self-compacting concrete in Japan. Proceeding of the Second

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