骨料與纖維用量對混凝土早期自收縮影響效應(yīng)的研究

摘要：研究了骨料和纖維用量對混凝土早期自收縮的影響效應(yīng)。通過測量不同灰骨比、不同砂率、摻入不同彈性模量的纖維以及不同摻入量等四種情況下混凝土試塊的自收縮率，從以上四方面闡述了骨料與纖維用量對自收縮的影響效應(yīng)。關(guān)鍵詞：骨料；纖維；自收縮；灰骨比；砂率0 前言　　近年來，隨著低水膠比、高活性礦物摻合料為特征的高性能混凝土在工程建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，自收縮作為一種在早期由于自干燥效應(yīng)引起的現(xiàn)象得到越來越多的關(guān)注。但作為一個新興領(lǐng)域，研究仍處在初步階段，尤其是關(guān)于早期自收縮影響因素的研究較少。目前已有的研究大都探討水灰比、礦物摻合料對自收縮的作用，而針對骨料和纖維影響的研究很少。眾所周知，骨料是混凝土的主要組成部分，起到骨架支撐作用；而纖維是近年來廣泛應(yīng)用于混凝土中的新型材料。自收縮因水泥漿體的水化引起，粗細(xì)骨料及纖維的存在對限制混凝土的自收縮是有利的。這也是水泥漿體、砂漿和混凝土的自收縮依次減小的原因。在混凝土配合比設(shè)計中，灰骨比和砂率是必須考慮的參數(shù)，同時也是骨料影響自收縮的兩個重要因素。因此，這方面的研究在工程實踐中對于更好的控制自收縮有著重要意義。研究表明，向素混凝土中摻加少量纖維對自收縮有明顯的抑制作用。不同纖維對自收縮的抑制主要區(qū)別在各自的彈性模量和摻入量上。本文通過測定不同灰骨比、不同砂率以及摻入不同量的不同彈性模量纖維的四種情況下混凝土試塊的自收縮率，從灰骨比、砂率、纖維彈性模量和摻入量四個方面闡述了骨料與纖維對自收縮的影響效應(yīng)。1 試驗研究1.1 試件制作及試驗裝置　　試件尺寸為40mm×40mm×160mm，水泥采用P·O32．5 普通硅酸鹽水泥；砂子為標(biāo)準(zhǔn)砂；粗骨料為5~9mm 連續(xù)級配碎石；減水劑為萘系，濃度40%，換算成干粉摻量為水泥質(zhì)量的1%；纖維采用聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維，其性能參數(shù)分別為： PP 纖維抗拉強(qiáng)度350 MPa、彈性模量6GPa、極限延伸率15%~25%、密度0．91g/cm3； PVA 纖維抗拉強(qiáng)度790 MPa、彈性模量15．8GPa、極限延伸率5．5%~6．0%、密度1．28g/cm3?！　y量裝置采取兩端固定千分表，測量方式為從初凝開始到1d 時帶模測量， 1d 后脫模繼續(xù)測量到14d?！　　　?.2 配合比設(shè)計　　根據(jù)試驗研究需要，設(shè)計了關(guān)于灰骨比、砂率、纖維的三組試驗。在灰骨比試驗組中，水灰比和砂率均采用0．3，灰骨比分別為1：1、1：3、1：5，其具體配合比見表1。在砂率試驗組中，水灰比為0．3，灰骨比為1：3，砂率分別為0．4、0．6、0．8，其具體配合比見表2?！　≡诶w維組實驗中，向水泥凈漿中分別摻加占體積含量0.5%和1%的PP、PVA 兩種纖維，觀察這四組試件的自收縮情況，其具體配合比見表3?；夜潜冉M編號為A1、A2、A3 分別代表灰骨比為1：1、1：3、1：5 的試塊。砂率組編號為B1、B2、B3 分別代表砂率為0．4、0．6、0．8的試塊。纖維組編號為C1、C2、C3、C4 分別代表摻入0.5%PP 纖維、1%PP 纖維、0．5%PVA 纖維、1%PVA 纖維?！　　　? 試驗結(jié)果及分析2.1 灰骨比試驗結(jié)果及分析　　灰骨比是水泥與骨料的用量比，它直接反映了混凝土中骨料的含量?；炷恋氖湛s實質(zhì)上是水泥漿體的收縮，骨料起限制作用?；炷恋氖湛sSC 與水泥凈漿的收縮SP 之比取決于骨料的含量a，即SC=SPn 。式中， n 為經(jīng)驗系數(shù)，取1．2～1．7。因此，灰骨比直接反映了水泥漿促進(jìn)收縮作用和骨料抑制收縮作用間的對比關(guān)系。圖2 與圖3 是灰骨比分別為1：1、1：3、1：5 的三組式件14d 的收縮情況?！　　　　　　　　　∪鐖D2 所示，混凝土的自收縮主要發(fā)生在早期，到了后期收縮幅度減小。灰骨比越高收縮量越大。從圖3 可以看出，累計自收縮率隨著灰骨比的增高而遞增，而且在相同齡期下， A1、A2、、A3 的收縮幅度差是均勻的。當(dāng)灰骨比一定時，用二次多項式函數(shù)擬合自收縮率與時間的關(guān)系，擬合相關(guān)系數(shù)R 平方值均達(dá)到0．9 以上，這表明灰骨比是衡量混凝土自收縮的一個重要參數(shù)，在建立自收縮模型時應(yīng)予以考慮。　　　　2.2 砂率試驗結(jié)果及分析　　砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。從圖4 和圖5 可以看出，砂率越高收縮越大，而且單日收縮率隨測試時間的延長而變緩。　　砂率的變動除了會改變骨料的整體彈性模量外，還會使骨料的總表面積發(fā)生顯著變化。因此，當(dāng)水灰比和灰骨比一定，砂率過大時，骨料的整體彈性模量降低，削弱了骨料的骨架作用，致使砂率為0．8 的試件發(fā)生較大的收縮， B1、B2 比B3 的14d 累計自收縮率分別降低了19．4%和16．1%，而B1 僅比B2降低了3．8%，可見從低砂率到高砂率間自收縮的增長規(guī)律性較差?！　　　　　　?.3 纖維組實驗結(jié)果及分析　　選取了聚丙烯和聚乙烯醇兩種纖維進(jìn)行研究， PP 纖維屬普通彈模纖維，一般在3～10GPa；PVA 纖維屬于高彈模纖維，最高可達(dá)20GPa。兩種纖維的摻量分別為試件體積含量的0．5%和1%，觀測其28d 的自收縮情況，從纖維摻量和纖維彈性模量兩個方面研究其對自收縮的影響?！　　　　　膱D6 可以看出，纖維的摻量越高，彈性模量越大，對自收縮的抑制越明顯。當(dāng)纖維彈性模量一定時，自收縮隨摻量的變小而增大，比較28d 累計自收縮率，C1 比C2 高14.7%， C3 比C4 高11.4%。當(dāng)纖維摻量一定時，自收縮隨彈性模量的變大而減小， C3 比C1 低14．5%， C4 比C2 低7．8%。C2 纖維彈性模量雖然要小于C3，而纖維摻量卻較大，比較二者的自收縮情況，14d 時C2 略小于C3， 28d 時自收縮率基本一致，這表明纖維摻入量與彈性模量間對自收縮的影響權(quán)重還有待于進(jìn)一步研究。3 結(jié)論　　灰骨比是影響混凝土早期自收縮的一個重要參數(shù)，灰骨比越大自收縮越明顯，當(dāng)灰骨比一定時，自收縮率與時間能擬合成較好的二次多項式函數(shù)，表示擬合效果的相關(guān)性系數(shù)R 平方值均超過0.9?！　?砂率越高自收縮率越大。砂率對混凝土自收縮的作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是改變骨料的整體彈性模量，二是改變骨料的總表面積。受以上兩方面原因影響，低砂率到高砂率間自收縮率的增長規(guī)律性較差，影響效應(yīng)也低于灰骨比因素。　　纖維對自收縮具有一定的抑制作用，大摻入量和高彈性模量的纖維抑制效果更明顯，而纖維摻入量與彈性模量間對自收縮的影響權(quán)重還有待于進(jìn)一步研究。

原作者：郭毅霖李悅霍達(dá)