砂浆抗压强度

2024-06-27

砂浆抗压强度（共7篇）

砂浆抗压强度篇1

0前言

据统计,我国的建筑垃圾已占据城市垃圾的30%~40%,其中50%~60%为废弃混凝土[1]。为保护环境和节约资源,实现可持续发展,科学利用建筑垃圾已刻不容缓[2,3]。近年来,我国建筑用砂量剧增,天然资源已近耗尽,继续开采势必会造成环境、成本、安全等多方面的问题[4]。将建筑废弃物回收以后,经破碎、筛选、清洗、晾干等程序加工制作而成的骨料部分或者全部代替天然骨料可制作再生建筑材料[5,6]。其中,破碎后的细骨料代替天然细骨料与水和水泥混合而成的新型建筑材料,称为再生水泥砂浆。建筑垃圾的循环利用对降低天然骨料的消耗、缓解资源匮乏以及提高经济和环保效益具有积极的作用[7]。

近年来,对于再生水泥砂浆性能方面的研究有了一定的规模。文献[8]对建筑垃圾再生砂浆的力学性能做了研究,结果表明,再生骨料制作的试块强度基本能达到要求,颗粒级配对于试块强度有明显的影响,但高温对试件强度的影响未涉及。文献[9]对棱柱体试块(70.7mm×70.7mm×216mm)高温后再生砂浆单轴受压应力-应变关系进行了研究,结果显示,不同再生细骨料取代率的砂浆高温后表面颜色变化明显,超过400℃时,质量趋于稳定,同一温度下,随着再生细骨料取代率的增加,峰值应力、弹性模量逐渐减小,峰值应变与极限应变逐渐增大,但对高温后标准立方体试件的情况未涉及。

鉴于此,本研究制作了45个再生细骨料水泥砂浆标准立方体试块,并在3种不同温度下进行了试块的单轴受压强度试验研究。分析了同一取代率下立方体试块抗压强度随温度的变化情况,以及同一温度下立方体试块的抗压强度随着再生细骨料取代率的变化情况,以期为再生水泥砂浆的配制、灾变及控制等方面提供参考。

1 试验概况

1.1 原材料

水泥:P·O 42.5级水泥。

再生细骨料:由某建筑已破坏的钢筋混凝土梁经破碎、筛选、分级、清洗、晾干等加工程序得到,其粒径范围在0.5~5mm之间,堆积密度为1321kg/m3,形貌见图1(a)。

砂:天然河砂,堆积密度为623kg/m3,形貌见图1(b)。

1.2 配合比

基准水泥砂浆试块试配强度等级为M15,本试验制作了5种不同取代率的标准立方体再生细骨料水泥砂浆试块。其中,以取代率为0的天然水泥砂浆试块作为基准试块(N类),以25%、50%、75%、100%四种不同取代率的试块(RM25、RM50、RM75、RM100)作为对比试块,参照JGJ/T 98—2010《砌筑砂浆配合比设计规程》设计配合比,本试验用配合比见表1。

kg/m3

1.3 试块制作、高温试验及加载方式

本试验制作的45个试块尺寸均为70.7mm×70.7mm×70.7mm标准立方体试块,在3组温度(20℃、200℃、400℃)条件下,每种取代率(0、25%、50%、75%、100%)取3个试块。采用标准立方体钢制模具,24h后拆模,标准养护28d后分别将相应试块加热至200℃、400℃,再恒温3h后取出,自然冷却至常温,加热装置为TDL-1400F高温炉,见图2(a)所示。200℃和400℃时的升温制度分别见图3和图4。依据JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》,对不同温度条件下的试块进行统一加载,测其抗压强度,加载装置为SYE-2000型压力试验机,见图2(b)所示,其最大量程为2000k N,试验采用的加载速率为3~5k N/s。

2 试验结果及分析

2.1 试块高温现象

在加热过程中,随着温度的升高,试块内部的水分不断蒸发,高温过程中砂浆试块发生了较大的物理变化,但无明显的声音出现。高温试验结束后,两组试块均未出现爆裂现象。当温度达到200℃时,试块的颜色和常温时的颜色基本没有区别,均呈灰色。但当温度达到400℃时,试块的颜色产生了明显的变化,呈暗粉色。

2.2 试块的破坏过程和破坏形态

在加载初期,试块外观没有明显变化,随着荷载的增大,偶尔会有微弱的胶体开裂声。随着荷载的不断增大,试块外表面会在平行于轴力方向产生一些竖向和稍微倾斜的微裂纹,当荷载接近极限荷载时,这些微裂纹迅速发展、贯通,形成主裂缝,四个竖向自由面开始逐渐外鼓,最终破坏。常温下的再生水泥砂浆试块与普通水泥砂浆试块的破坏过程和破坏形态基本相似;经受不同高温后的再生水泥砂浆试块的破坏过程和破坏形态也是相似的,呈现两个正倒相连的四角锥。不同温度下,所有取代率试块的破坏形态如图5(a)、(b)、(c)所示。不同温度下,100%取代率试块的破坏形态如图5(d)、(e)、(f)所示。

3 影响因素分析

3.1 质量损失率

试块的质量损失包括水分的蒸发、纤维熔化、水化硅酸钙脱水分解以及碳酸钙分解等[10]。质量损失率是指试块经过高温后减少的质量与高温前质量的比值[11]。再生水泥砂浆的质量损失率η与温度T的关系曲线如图6所示,质量损失率η与再生细骨料取代率r的关系曲线如图7所示。

由图6可见,随着温度的升高,N类试块的质量损失率逐渐增大,RM25、RM50、RM75、RM100试块的质量损失率也同样增大。相对20℃而言,200℃时N类、RM25、RM50、RM75、RM100试块质量损失率的增加幅度分别为8.2%、8.4%、8.6%、9.9%、11.7%;相对200℃而言,400℃时N类、RM25、RM50、RM75、RM100试块质量损失率的增加幅度分别为3.70%、4.90%、7.60%、9.00%、10.30%。各取代率试块在20~200℃范围内质量损失率的增加幅度明显高于200~400℃范围内的增加幅度。究其原因,是由于大部分水在20~200℃已经被蒸发,只有少部分水在200~400℃时蒸发。

由图7可见,取代率分别为0、25%、50%、75%、100%时,200℃时试块的质量损失率分别为8.2%、8.4%、8.6%、9.9%、11.7%,分别增加了2.4%、2.4%、15.1%、18.2%;400℃时试块的质量损失率分别为11.9%、13.3%、16.2%、18.9%、22.0%,分别增加了11.8%、21.8%、16.7%、16.4%。随着再生细骨料取代率的增加,试块质量损失率逐渐增大。其原因是,随着取代率的增加,再生细骨料逐渐增多,试块内部的孔隙和微裂缝数量逐渐增大,吸收的未参与水泥水化的自由水越来越多,在同一温度作用下,自由水被大量蒸发、散失。

3.2 立方体抗压强度

按照JGJ/T 70—2009得到3组不同温度下,不同取代率的再生水泥砂浆试件的破坏荷载,计算并得到每个试件的立方体抗压强度,见表2。

MPa

由表2可见,在各取代率下,立方体砂浆试块经受不同的温度后,其抗压强度基本能达到设计强度。各温度下,不同再生细骨料取代率再生水泥砂浆的立方体抗压强度试验结果见图8;各取代率下,不同温度再生水泥砂浆立方体抗压强度试验结果见图9。

由图8可知,取代率为0时,20℃和400℃的立方体试块抗压强度差别不大,且都明显高于再生水泥砂浆试块的立方体抗压强度。但在不同温度下,再生水泥砂浆立方体抗压强度和再生细骨料取代率之间并没有良好的规律性。究其原因,一是水泥砂浆的离散性所致;二是再生细骨料的增加会降低试块的抗压强度,水胶比较大使得试块的抗压强度降低,两者互相耦合,交叉影响立方体试块的抗压强度;三是温度和恒温时间不足,内部结构并没有发生明显的变化。

由图9可知,在20~200℃的范围内,取代率为0、75%、100%时,随着温度的增加,试块的抗压强度降低,取代率为25%、50%时,随着温度的增加,试块的抗压强度提高。而在200~400℃范围内,随着温度的逐渐增加,再生水泥砂浆试块的抗压强度都存在一定的提高,最小的提高幅度为2.26%,最大的提高幅度能够达到7.54%。在20~400℃范围内,随着温度的增加,试块抗压强度的规律性不明显。其原因在于,一是温度不足,且恒温时间较短,试块内部结构没有遭到破坏;二是由于再生水泥砂浆的离散性较大所致。

4 结论

(1)随着温度的不断升高,再生细骨料水泥砂浆试块在初期的表面特征变化不明显,但当温度升高到400℃时,试块颜色由灰色逐渐变成暗粉红色,但试块均没有出现爆裂现象。

(2)再生水泥砂浆试块和普通水泥砂浆试块的破坏过程和破坏形态基本相似,呈现两个正倒相连的四角锥。

(3)随着再生细骨料取代率的增加,再生水泥砂浆试块质量损失率增大;不同取代率下,400℃时的试块比200℃时试块的质量损失率有不同程度的增加;当取代率为100%时,质量损失率增加幅度最多,高达10.30%。

(4)在20~400℃范围内,且恒温3h的条件下,随着温度的升高,再生水泥砂浆试块的抗压强度规律性不明显。

参考文献

[1]赵军,刘秋霞,林立清,等.大城市建筑垃圾产生特征演变及比较[J].中南大学学报:自然科学版,2013,44(4):1297-1304.

[2]Monalisa B,Bhattacharyya S K,Minocha A K,et al.Recycled aggregate from C&D waste&its use in concrete-A break through towards sustainability in construction sector:A review[J].Construction and Building Materials,2014,68:501-516.

[3]刘数华,阎培渝.再生骨料混凝土的力学性能[J].武汉大学学报:工学版,2010,43(1):85-101.

[4]周文娟,陈家珑,路宏波.绿色再生砂浆试验研究[J].武汉理工大学学报,2009,31(7):15-18.

[5]肖建庄.再生混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[6]张向冈,陈宗平,薛建阳.再生混凝土的物理与力学性能试验研究[J].硅酸盐通报,2015,34(6):1684-1688.

[7]徐亦冬,周士琼,肖佳.再生混凝土骨料试验研究[J].建筑材料学报,2004,7(4):447-450.

[8]杨子胜,王爱勤,祝彦知.建筑垃圾再生砂浆的力学性能研究[J].中原工学院学报,2015,26(3):72-75.

[9]徐明,王韬,陈忠范.高温后再生砂浆单轴受压应力-应变关系试验研究[J].建筑结构学报,2015,36(2):151-157.

[10]李丹,何锐,王帅,等.PVA纤维增强水泥基复合材料高温性能研究[J].硅酸盐通报,2015,34(6):1604-1609.

[11]张美香,罗忠涛,包文忠,等.恒温变湿下粉煤灰矿粉双掺对水泥砂浆体积变形的影响[J].混凝土与水泥制品,2013(3):22-24.

砂浆抗压强度篇2

现有的关于冻融循环后混凝土材料性能的试验资料, 大多是以质量损失与动弹性模量为标准, 针对混凝土材料抗冻安全设计等级而展开的。然而, 在实际应用中, 我们最关心的是混凝土的力学性能, 如强度的损失直接关系到建筑物使用性能及安全。目前研究主要集中在高强混凝土和高性能混凝土的抗冻性能[1,2,3,4], 对普通混凝土的抗冻性能的研究报导很少见, 尤其对水泥砂浆的抗冻性能研究更是少见。对一些己建建筑, 在设计时如果没有考虑抗冻要求, 砂浆强度偏低, 当受到环境气候的影响, 或多或少存在冻融破坏, 其强度在冻融循环反复作用下己发生变化, 因此, 研究水泥砂浆在冻融循环作用后的力学性能, 有着非常重要的现实意义。

作者在试验室模拟了工程冻融循环条件, 探讨了其在不同冻融次数条件下对水泥砂浆力学效应的影响, 并得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的近似计算公式。其结果对水泥砂浆在寒冷地区的工程应用有一定的参考价值。

1 试验方法与试验方案

1.1 试验材料

试验采用32.5级的矿渣硅酸盐水泥, 密度3.0g/cm3, 堆积密度1100kg/m3, 28d的抗压强度为32.5MPa, 其质量符合国家建材标准。试验所用的砂子满足拌制水泥砂浆的基本要求。

1.2 试验方案

试件的制作方法:将砂子晒干, 按照中砂应满足的模度系数进行配制。按照标准的水泥砂浆配合比设计规范制作强度等级为M2.5、M5、M7.5、M10的水泥砂浆标准试件共计108个, 并将试块放入标准养护箱内养护28d。28d后将试块取出, 并将其分别放入冰柜中进行冻融循环侵蚀, 到规定次数进行抗压强度试验。

2 试验结果

2.1 试验结果

本次试验按照中华人民共和国行业标准建筑砂浆基本性能试验方法中的立方体抗压强度试验进行, 应用微机控制电子万能试验机进行水泥砂浆单轴抗压强度试验, 对不同强度水泥砂浆在不同冻融循环次数下进行了测试。

2.2 试验结果分析

在不同冻融次数和不同砂浆型号下, 水泥砂浆的表面特征变化也不尽相同。

2.2.1 不同水泥掺量的水泥砂浆冻融性质的影响

水泥掺量多少对水泥砂浆的抗冻融循环性质的影响是非常明显的, 表1为水泥砂浆在不同水泥掺量下和各种冻融循环次数下的抗压强度。由表可知, 冻融循次数在5次时, 水泥砂浆强度降低范围是9.2%-13.1%;30次时, 水泥砂浆强度与初始状态相比降低范围是13.3%-16.2%;经过60次冻融循环, M2.5水泥砂浆强度降低了16.7%, M5水泥砂浆强度降低了17%, M7.5水泥砂浆强度降低了23.8%, M10水泥砂浆强度降低了25.2%。

2.2.2 冻融次数对水泥砂浆冻融性质的影响

试验分别研究了M2.5、M5、M7.5和M10水泥砂浆在5d、30d、60d的在不同冻融循环次数下的抗压强度, 可见水泥砂浆的极限强度与冻融循环的次数呈线性关系, 但是水泥掺量大的水泥砂浆试件受冻融循环的影响大, 对水泥掺量较少的水泥砂浆试件而言, 冻融循环对其影响相对小一些。

3 假设经验公式

水泥砂浆的极限抗压强度与冻融循环次数存在着线性关系, 本文做如下假设:

式中:f'-冻融循环后水泥砂浆的极限抗压强度;f-冻融循环前水泥砂浆的极限抗压强度;α、β-与水泥砂浆冻融循环有关的系数;N-水泥砂浆冻融循环的次数。

经过回归分析得出了水泥砂浆冻融循环的相关系数α、β分别为α=0.003, β=0.0234, 相关系数R2=0.7901。

根据回归分析得出的经验公式的参数, 计算了冻融循环后水泥砂浆的抗压强度, 并求得了根据计算模型得到的抗压强度与试验得到的抗压强度之间的相对误差基本都在7%以内, 可见具有相当高的精度, 说明本文得出的计算模型能够近似的反应水泥砂浆在冻融循环作用下抗压强度的变化规律, 可以用于工程中的近似计算。

4 结论

通过对不同冻融循环次数和不同水泥掺量的水泥砂浆单轴受力状态下的强度和变形性能试验结果的分析, 得出如下结论:

(1) 随着冻融循环的进行, 水泥砂浆试件的表面不再光滑, 逐渐有颗粒脱落, 冻融循环后, 水泥砂浆试件的单轴抗压强度降低, 在5次冻融循环左右, 降低幅度不明显, 在经历60次冻融循环后, 单轴抗压强度降低30%左右。

(2) 随冻融循环次数的增加, 水泥砂浆应力应变关系曲线逐渐扁平, 峰值应力点明显下降和右移, 表明抗压强度降低, 峰值应力点的应变成倍地增大。

(3) 得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的计算公式, 并与试验数据进行比较, 具有很高的准确性, 可用于实际工程的近似计算。

参考文献

[1]卫军, 李斌, 赵霄龙.混凝土冻融耐久性的试验研究.湖南城市学院学报 (自然科学) , Vo1.24.No.6.1-5.

[2]潘钢华, 秦鸿根, 孙伟, 张金山, 王修田, 李松泉, 黄卫华, 姜阳.粉煤灰混凝土冻融破坏机理研究.建筑材料学报.Vo1.5, No.l.2002:37-41.

[3]覃丽坤.高温及冻融循环后混凝土多轴强度和变形试验研究.大连理工大学博士学位论文.

砂浆抗压强度篇3

关键词：砌体结构,砂浆强度,标准化,砌体强度

众所周知, 砌体结构是通过泥工的操作, 用砂浆将各种类型的块材粘结而成共同受力的整体结构。因此, 砂浆的强度必然对砌体的强度指标产生重要的影响。砌体结构的各项指标, 除与块材种类、强度等级、砂浆种类有关外, 还与工人的砌筑操作紧密相关。本文就砂浆强度的变异性和影响砌体强度指标的各施工环节进行探讨。

1 砂浆强度

1.1 砂浆试配强度

根据GBJ 68建筑结构设计统一标准规定, 当材料的保证率为95%时, 砂浆的试配强度为:

fm, o=fm, k+1.645δ。

其中, fm, o为试配强度;fm, k为砂浆设计强度标准值;δ为砂浆现场强度标准差。

而砂浆强度计算标准值:

fm, k=f2-δ。

其中, f2为砂浆抗压强度平均值。

由此, 试配强度为:

fm, o=f2-δ+1.645δ=f2+0.645δ。

考虑到施工现场往往缺乏砂浆强度近期统计资料这一现状, 行业标准JGJ 98-2000砌筑砂浆配合比设计规程列出了施工现场砂浆强度标准差δ取用值 (见表1) 。

表1中所标的施工水平, 实际上就是现场对砂浆强度变异性控制的好坏。一般变异系数在0.2左右时为优良, 变异系数在0.3左右时为较差。

1.2 减少砂浆强度变异性, 降低标准差

1.2.1 砂浆配料的准确性

拌制砂浆时, 各材料组分的计量准确与否, 是保证砂浆强度和减少离散性的重要因素。在试验室分别采用重量比和体积比计量的对比试验, 结果表明, 前者的砂浆强度变异系数为8.33%, 而后者平均为15.20%, 说明采用重量比计量的砂浆, 其强度变异性明显低于采用体积比计量的砂浆。究其原因, 主要是采用体积比计量时, 材料组分用量准确性差。因此现场拌制砂浆时, 严格做到按重量比进行计量, 是减少砂浆强度变异性的关键。同时, 因使用经过检定合格的计量器具, 并按规范规定, 水泥重量允许误差为±2%, 砂允许误差为±5%。

1.2.2 砂浆试块的标准化

如果在试块成型和养护上不规范, 将会使现场检测结果与试块的实际强度不一致, 试块失去了本身的意义, 没有代表性, 砂浆强度产生较大离散性。因此需要注意以下四个方面的问题:1) 制作试块应由经过培训的试验人员去做。按照取样方法及标准规定, 施工现场制作的试样应有代表性, 不得随意加大水泥用量或改变水灰比。2) 试模内壁应涂刷隔离剂或粘度较小的机油。机油的涂刷量以手摸有较薄的油层粘附手上, 但不形成流淌为宜, 不应使用废机油。3) 底砖含水率的控制。有关试验结果表明, 以含水率2%的底砖作为标准, 当含水率在5%时, 强度约降低5%;含水率在10%时, 强度降低20%左右;含水率大于15%时, 强度可降低40%～50%。4) 试块养护条件的控制。砂浆试块成型后应在20 ℃±5 ℃条件下停置一昼夜脱模, 气温较低时适当延长脱模时间, 但不应超过两昼夜。脱模后应在温度为20 ℃±3 ℃、相对湿度60%～80% (水泥混合砂浆) 或相对湿度90%以上 (水泥砂浆) 的环境中养护28 d。

2 砌体强度

砌体结构的强度指标, 主要有抗压强度、抗拉强度 (轴心抗拉和弯曲抗拉) 和抗剪强度。这些强度指标在砌体结构设计规范中都有具体规定, 抗压强度取决于块材强度等级和砂浆强度等级, 抗拉强度和抗剪强度只与砂浆强度等级有关。砌体强度尚与砌筑技术密切相关。下面以砌体抗剪强度为例, 对砌筑施工技术有关影响因素加以分析讨论。

2.1 块材湿润程度

由于砌体中的砂浆为约10 mm厚度的薄层, 且上下两面均与块材接触, 如果块材为干燥状态, 必然会很快吸去砂浆中的水分, 这样, 一方面使砂浆因水化作用所需的水分不足而造成砂浆强度降低, 另一方面又使砂浆与块材的粘结减弱, 砌体抗剪强度随之降低。

2.2 铺砌到砌砖的间隔时间

砂浆摊铺到砌体上后, 由于砂浆中水分很快被吸收, 加之水分蒸发使砂浆和易性变差, 如不及时将砖砌上, 将会影响砖与砂浆的粘结, 不能保证砂浆的饱满度, 导致砌体抗剪强度降低。

2.3 砂浆拌和后使用时间的控制

拌和后的砂浆随水泥水化作用的进行, 逐渐失去流动性而凝结硬化。但为保证砌筑施工的可操作性, 而补充一定的水分, 使砂浆保持一定稠度, 这样, 拌和的砂浆随停放时间的增加, 强度将逐渐降低。因此, 在砌筑施工中, 对拌和好的砂浆应尽快使用, 并在施工规范规定的时间内使用完毕, 即水泥砂浆和水泥混合砂浆应分别在3 h和4 h内使用完毕;在气温30℃以上时, 分别在2 h和3 h内使用完毕。如果时间拖得过长将会造成砂浆强度明显降低。

2.4 砌筑技术水平

砌体是通过瓦工砌筑而成的, 砌筑质量直接影响到砌体强度。因此, 瓦工的砌筑水平也很重要。衡量瓦工技术水平的高低, 就是其砌筑的砌体是否灰缝饱满、接缝均匀一致、墙面平整、砂浆与块材粘结良好。为定量得出砌筑技术水平对砌体强度的影响, 有关人员曾作过专门的对比试验。试验是在块材和砂浆完全相同的条件下, 分别由长期从事砌体试件制作的高级技师 (1类) 、技术水平较高的瓦工 (2类) 和技术水平较低的瓦工 (3类) 来砌筑计划试件。通过试验, 得出3类瓦工砌筑的试件的砌体抗剪强度比值 (见表2) 。

从表2可看出, 瓦工砌筑水平的差异对砌体抗剪强度的影响相当明显, 技术水平较差与水平较高的瓦工砌筑的砌体, 抗剪强度相差30%左右, 其影响接近于砂浆强度等级由M10降低到M5的情况。

3 结语

1) 在保证块材强度等级的前提下, 砌体的强度指标绝非仅与砂浆强度等级有关, 还必须考虑施工操作方面的因素。如果对此不予高度重视, 其对砌体强度的影响可能远超砂浆强度的影响, 这一点对砌体抗剪和抗拉强度尤为突出。

2) 减小砂浆强度变异性是降低砂浆试配强度, 节约水泥用量的唯一途径。因此, 施工现场拌制砂浆时, 除严格进行配料计量外, 还应按相关标准的要求, 进行试块制作和养护。

参考文献

[1]GB 50203-2002, 砌体工程施工质量验收规范[S].

[2]GBJ 68, 建筑结构设计统一标准[S].

[3]JGJ 98-2000, 砌筑砂浆配合比设计规程[S].

砂浆外加剂与长龄期强度篇4

目前建筑市场中砂浆外加剂种类繁多, 在应用中其施工方便性得到砂浆外加剂用户的广泛认同, 同时单位工程的参建方之间对掺加外加剂的砂浆长龄期强度存在争议。通过网络、图书馆查询发现除了生产厂家的产品说明和相关性较弱的标准规范, 没有发现有关解决砂浆外加剂和砂浆立方体长龄期抗压强度的争议有指导性的论述, 针对该状况, 我们对砂浆外加剂的使用效果进行测试。得到如下初步结果。

1检验简况

鉴于砂浆外加剂种类繁多, 难以把有关砂浆长龄期强度的争议通过此次检验就得出具有普遍意义的结论。由此, 本次检验立足于解决具体工地的具体问题, 力求找出施工现场化解具有相似争议的思路。这次检验随机抽取了5个施工现场原材料, 采用现场取材、现场成型试块的方法以贴近工程实际情况;采取统一成型条件和养护条件的方法, 检验时间历经半年, 对涉及3个品牌的外加剂、4个品牌的水泥、2种规格的砂配置的砂浆立方体试件, 进行了龄期为1至4月砂浆立方体抗压强度变化状况的检验。目的在于服务施工阶段的质量管理, 而小型单位工程的砌体工程施工周期以4个月左右具多。通过不同龄期砂浆立方体强度纵横向对比使试验数据具有指导作用。

1.1原材料及试验用配合比

此次试验所用原材料要求具备以下基本条件:水泥和砂要有进场复试报告, 砂浆外加剂应出厂资料齐全。试验配比采用水泥混合砂浆的施工配比中去除石灰膏然后用砂浆外加剂替代, 砂浆外加剂的掺量按照产品合格证书推荐的掺量掺加。水泥、砂的掺量保持不变。

1.2试验条件

中牟宏源建设工程质量检测有限公司自1989年至今在河南省建设厅和郑州市建委的监管下, 技术资料、环境控制、养护条件、现场操作、试验对比、现行规范标准的执行情况等六方面均符合行业管理要求。自1998年至今在河南省质量技术监督局监管下, 计量检定、测试能力和可靠性等条件和能力具备国家有关法律、行政法规规定的要求。标准养护室由恒温恒湿控制仪自动、分体挂壁式空调器和负离子增湿器进行恒温恒湿, 经河南省计量科学研究院检定合格。压力试验机经河南省计量科学研究院检定准予作1级使用。

1.3试验方法及试验结果

为了保障各龄期砂浆立方体抗压强度检验数据的可比性, 确定试验中采取如下措施:所用原材料按照取样方法的要求在施工现场采集;同一试验配合比的砂浆立方体, 采用一次搅拌完成的同批砂浆拌合物由专人制作成型;砂浆立方体由专人负责在标准养护室标准养护并监控养护环境;按照《砂浆力学性能试验方法》JGJ/T70-2009的要求, 由专人用同一仪器进行砂浆立方体不同龄期抗压强度试验。各组砂浆立方体抗压强度值见“各龄期强度统计表”。

2试验结果分析

从本试验数据的强度龄期趋势看 (见图1) , 在用相应检验批的砂浆外加剂、水泥、砂配制的砂浆试块强度试验中, 砂浆立方体抗压强度值在四个月内是随着龄期的增长而增长的。

3应用状况分析

目前, 砂浆在砌筑、抹灰施工中被广泛使用。为砂浆外加剂提供了广阔的应用空间, 通过掺入外加剂改善砂浆的和易性、保水性、抗变形能力, 简化施工操作, 拓展适用范围等。能够显著提高社会效益和经济效益。但在外加剂的使用中一些工程现场对掺加外加剂砂浆的长龄期强度存在争议:其历史原因在于石灰质量不稳定, 导致所配制的砂浆强度低、粘结性差, 影响砌体工程质量, 而且由于石灰粉掺加时粉尘大, 施工现场劳动条件差, 环境污染严重, 不利于文明施工;而前些年, 在用微沫剂替代石灰膏制作水泥混合砂浆的经验表明, 砌体抗压强度较同强度等级的混合砂浆砌筑的砌体的抗压强度降低10%。而争议的现实原因在于应用中由于部分工程的原材料小批量采购而建筑面积相对较小增加了砂浆外加剂管理的成本, 阻碍了对砂浆外加剂应用技术的深入认识, 使争议得不到解决。通过本次试验为相关工程施工解除了一些争议, 面对各不相同的外加剂产品和施工实际, 在使用砂浆外加剂的工程中, 通过加强对以下几个方面的管理可以化解争议, 达到选好材料、用好材料、提高施工质量的目的。

1) 按施工需要选择外加剂, 按规范要求验收外加剂。在砂浆中掺用的有机塑化剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂等产品很多, 但同种产品的性能存在差异, 为保证施工质量, 应对这些外加剂进行检验和试配符合要求后再使用;对引气型外加剂、有机塑化剂, 尚应有针对砌体强度的型式检验, 根据其结果确定是否适用。

2) 取有代表性原材料试配, 并随原材料性状变动调整。砌筑砂浆应通过试配确定配合比, 若在外加剂和掺量均相同的情况下, 气候差异、集料差异、水质差异、掺合料差异及掺加方法等方面的变化则应用结果会有差别, 有可能引起对外加剂成分的调配和掺量的调整。而外加剂还存在与水泥相容性、适应性问题, 当砌筑砂浆的组成材料有变更时, 其配合比应重新确定。

3) 根据外加剂的特性、状态调整搅拌工艺。为使物料充分拌合, 保证砂浆拌合质量。搅拌时, 粉状增塑剂掺入水泥中, 液体或膏状增塑剂掺入拌合水中。先将干物料干拌至基本均匀, 再加入拌合水至均匀。对不同砂浆品种分别按要求确定搅拌时间。砌筑砂浆的搅拌时间自投料完算起, 应符合下列规定:水泥砂浆和水泥混合砂浆不得少于120s;水泥粉煤灰砂浆和掺用外加剂的砂浆不得少于180s;掺用有机塑化剂的砂浆, 应为210s或按产品说明书的技术要求。

4) 按照外加剂的特性确定试件保养措施。养护条件对于砂浆强度的增长有重要影响, 对不同砂浆品种分别确定不同的养护方案, 保证砂浆强度的正常增长。因为不同砂浆品种的标准养护要求不同:如砂浆试块应放入温度为 (20±2) ℃, 相对湿度为90%以上的标准养护室中养护, 混合砂浆、湿拌砂浆试件上面应覆盖, 防止有水滴在试件上。

5) 《砌体结构工程施工质量验收规范》GB50203-2011中要求各组分材料应采用质量计量, 水泥及各种外加剂配料的允许偏差为±2%;砂、粉煤灰、石灰膏等配料的允许偏差为±5%。

6) 如果在小型单位工程中使用砂浆外加剂, 要解决原材料小批量采购和建筑面积的不匹配造成的管理成本增加问题, 依照现有标准要求按照谁使用谁拌制的方法施工, 难以降低砂浆外加剂质量的管理成本, 建议有条件的地方对砂浆进行集中拌制供应, 可有效降低建筑面积对砂浆外加剂采购批量的敏感度。

通过这次试验解决了具体工地的具体问题, 消除了对掺有本地市场中常见外加剂的相关工程部位砂浆抗压强度变化趋势的争议;为存在类似争议的施工质量管理提出了解决思路。

参考文献

[1]张昌叙等.砌体结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.1-33

[2]李荣等.砂浆力学性能试验方法[S].北京:中国建筑工业出版社, 2009.1-17.

[3]方萍等.砌筑砂浆增塑剂[S].北京:中国标准出版社, 2004.1-6.

砂浆抗压强度篇5

为避免应力集中, 保证试验的有效性, 王启智等[12]提出了平台巴西圆盘的试验方法来

研究岩石的力学性能。在静态试验的理论基础上, 本文利用分离式霍普金森压杆 (SHPB) 来研究应变率对水泥砂浆平台巴西圆盘的动态劈拉强度, 弹性模量, 破坏模式的影响, 并与传统的巴西圆盘试样得到的试验结果相比较来进一步说明其合理性。

1 试验概况

1.1 试验原理

对径压缩试验是巴西学者Carneiro[4]于1953年在静态加载情况下第一个通过圆盘劈裂拉伸试验研究了混凝土的拉伸强度, 又称巴西圆盘试验。通过在一个圆柱体的直径两侧施加压力来间接测量脆性材料的抗拉强度, 如图1所示。

试件破坏沿加载直径发生, 不同于直接拉伸试件中的单轴应力分布, 巴西圆盘中的应力分布是二维的。除两加载点受压外, 其余大约80%的区域受到拉力的影响。

根据弹性理论, 在准静态条件下, 对径压缩的巴西圆盘试件除加载点外沿加载直径方向的应力为:

式中, σx为沿加载直径方向的应力, σy为垂直于加载直径方向的应力, P为试件的破坏时所施加的荷载, a和L分别为试件的半径和厚度。

当σx达到材料的抗拉强度时, 试件沿中心发生破坏, 抗拉强度可表示为:

式 (3) 中ft是试件的抗拉强度, D为试件的直径。

由于巴西圆盘试验是试件直接夹在加载装置中间, 在加载点处极易产生应力集中, 容易造成加载点处试件先被压坏, 为了保证破坏模式的合理性, 王启智等[12]提出了在试件的加载点处设置两个相互平行的平面进行均布力加载, 如图2所示, 有效的避免了应力集中, 并用有限元进行模拟, 证明当平台角2≥20°时, 才能保证中心起裂[13]。

本次试验采用平台角为20°的平台巴西圆盘试样作为研究对象, 利用文献[12]给出的结果, 得到了平台巴西圆盘试样中心两个方向上的应力分量为:

试验采用分离式霍普金森压杆 (SHPB) 作为加载装置, 利用平台巴西圆盘在准静态荷载作用下的基本原理来研究水泥砂浆在动态冲击荷载作用下的力学性能。根据文献[14]的标定结果, 平台巴西圆盘试件的抗拉强度为:

式 (6) 中Pmax是临界荷载, 即试件在冲击过程中所承受的最大荷载, D为试件直径, B为试件厚度。

1.2 试验装置

由Kolsky[15]发明的分离式霍普金森压杆 (SHPB) 广泛的用于研究材料的动态受压力学性能, 后来应用到受拉和受扭等力学性能的研究, 是测量材料在102/s~104/s应变率范围内的主要装置, 建立在弹性杆中一维应力波传播的理论基础上。本次试验装置采用中国科学技术大学生产的F74 mm直锥变截面分离式霍普金森压杆, SHPB试验设备可分为四个部分:加载系统、测量系统、数据采集系统及阻尼系统, 如图3所示。试件沿径向夹在入射杆与透射杆之间, 通过控制气压使子弹产生不同的冲击速度撞击入射杆, 产生沿入射杆方向传播的压应力波, 应力波在遇到试件后, 一部分反射回入射杆, 另一部分沿透射杆传播。入射杆和透射杆的中部表面粘贴应变片用于获取应变信号, 并由动态应变仪放大后由瞬态波形存储器采集存储。有关SHPB设备及试验过程的详细介绍可见参考文献[16]。为了确保试件受载过程中的应力平衡, 试验采取直径为20 mm, 厚度为1 mm的紫铜片作为整形器。

1.3 试件制备

试验中砂浆试件的水灰比取0.4, 配合比为水∶水泥∶砂=0.4∶1∶1.4, 水泥采用42.5级复合硅酸盐水泥。尺寸参照平面巴西圆盘试验, 平台角为20°, 试件直径74 mm, 厚度30 mm。试件正反两面中心垂直于加载方向均贴有应变片, 如图4所示。记录结果取平均值。试样分为6组, 每组试样使用霍普金森杆在不同的气压下进行加载, 从而得到水泥砂浆试件在不同应变率下的动态劈拉强度。此外, 还做了少量传统的巴西圆盘试样进行对比, 尺寸同平面巴西圆盘试样。

2 试验结果与分析

2.1 应变率对劈拉强度的影响

用电液伺服试验系统测量水泥砂浆的准静态强度, 静强度试验每组试样设计4个, 尺寸同动态劈拉试样, 取平均值作为其静态强度值, 如表1所示。试验测得的水泥砂浆在不同应变率下的试验结果如表2所示。

从表2可以看出, 随着应变率的增加, 劈拉强度值随之增加。当气压达到0.5 MPa时的强度是其准静态强度的2.19倍。水泥砂浆动态强度增长因子 (DIF) 随应变率的变化趋势如图5所示。可以看出, 试验得出的DIF值与欧洲-国际混凝土协会 (CEB) [17]提出的模型比较吻合。应变率越高, 荷载作用时间越短, 只有通过增加应力才能达到累积能量的目的, 因此, 水泥砂浆的动态劈拉强度随应变率的提高而提高。

2.2 应变率对弹性模量的影响

取应力应变曲线中较直部分的斜率作为水泥砂浆在冲击荷载作用下的弹性模量[18], 从表2中可以看出, 随着应变率的增加, 弹性模量呈增大的趋势。应变率330/s的弹模大约为50/s弹模的3倍。

2.3 应变率对水泥砂浆破坏模式的影响

由图6可以看出, 在动态加载条件下, 试件沿加载直径方向裂为完整的两半, 与杆接触的两端有三角形粉碎区域, 且与入射杆接触一端的粉碎程度要大于与透射杆接触的一端。随着应变率的增大, 粉碎区域也随之增大, 粉碎程度也随之加剧。从试验结果可以看出, 动态荷载下试样的破坏形式与应变率有关。试件在临近加载段的两端存在剪切破坏区, 该区域的大小随着应变率的提高而提高。

2.4 平台巴西圆盘与巴西圆盘的比较

从图7可以看出, 平台巴西圆盘应力应变曲线比较光滑, 巴西圆盘初始上升段有波动, 平台巴西圆盘测得的劈拉强度比巴西圆盘测得的劈拉强度要大, 峰值应力处的应变也比巴西圆盘要大。由应变片记录的信号显示平台巴西圆盘的破坏时间要短于巴西圆盘的破坏时间。这些是由于巴西圆盘试样与杆端接触处易造成应力集中, 使试样还未达到真实的劈拉强度时因应力集中造成试样过早的压坏。由图8可以看出, 巴西圆盘试样由于应力集中, 两端的粉碎情况比较严重。综上所述, 平台巴西圆盘更能保证试验的有效性和稳定性, 适用于确定水泥基材料动态抗拉力学性能。

3 结论

通过对水泥砂浆平台巴西圆盘试样进行6种不同应变率下的动态劈拉试验, 研究了高应变率下水泥砂浆劈拉力学特性, 并与传统巴西圆盘试样进行对比, 得出以下结论:

(1) 高应变率下, 水泥砂浆动态劈拉强度随应变率的提高而提高, 试验结果与CEB提出的DIF模型相吻合, 其弹性模量也随之增加。

(2) 平台巴西圆盘试样沿加载直径方向裂为完整的两半, 与杆接触的两端有三角形粉碎区域, 并随应变率的提高粉碎程度加剧。

(3) 将平台巴西圆盘试样与巴西圆盘试样进行对比, 证明了平台巴西圆盘试样具有更高的稳定性和有效性。

摘要：采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆 (SHPB) 设备对水泥砂浆在高应变率下的抗拉力学特性进行试验研究, 受载试件采用平台巴西圆盘试样。通过控制不同气压, 获得了50/s342/s应变率范围内的水泥砂浆动态抗拉力学性能。为了凸显平台巴西圆盘试样的合理性, 试验结果还与传统的巴西圆盘试样进行了对比。试验结果表明, 水泥砂浆的劈拉强度, 峰值应变及弹性模量随应变率的提高而提高, 试验得出的动态强度增长因子 (DIF) 值随应变率的变化趋势与欧洲-国际混凝土协会 (CEB) 提出的模型比较吻合。破坏模式与应变率有一定关系, 剪切破坏区的大小随着应变率的提高而提高。作为间接测量准脆性材料抗拉力学性能的方法, 平台巴西圆盘试样优于巴西圆盘试样。

砂浆抗压强度篇6

本研究籍自由收缩和多通道椭圆环收缩开裂测试手段, 并辅以强度试验综合评价了粉煤灰、硅粉等矿物掺合料对水泥砂浆早期收缩开裂和强度的影响, 优化出开裂敏感性相对较优的水泥基材料组成。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

水泥:北京拉法基42.5 MPa硅酸盐水泥, 密度为3.1 g/cm3;粉煤灰:汉川热电厂的Ⅱ级粉煤灰;硅粉:挪威埃肯公司的微硅粉, 密度为2.2 g/cm3;河砂:细度模数2.5的中砂;水:自来水。

1.2 试验方法

1.2.1 初始开裂时间测试方法

采用多通道椭圆环收缩开裂试验来测试水泥砂浆的初始开裂时间[6,7], 椭圆环试件胶砂比为1∶2。借鉴GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) , 试件成型后放入温度为 (20±1) ℃, RH≥90%的养护室中带模养护18 h, 然后脱去试件的椭圆环外模, 在试件上表面涂上水玻璃以密封, 以便干燥只能是从外表面发生。最后, 将试件放入温度为 (20±3) ℃, RH= (50±4) %的干燥室中养护, 在试件的外表面涂上导电涂层带以便与仪器的测试电路接通, 同时测试初始开裂时间。

1.2.2 自由收缩测试方法

自由收缩试验借鉴标准JC/T 603-1995水泥胶砂干缩试验方法和GB 8076-1997混凝土外加剂, 采用固定水胶比和水泥浆体量的方法来成型砂浆试件, 试件尺寸为25 mm×25 mm×280 mm。

1.2.3 强度测试方法

砂浆强度试验分为两组:一组是潮湿养护条件下3 d, 28 d的抗折和抗压强度, 另一组是干燥养护条件下初始开裂时抗折强度。在潮湿养护条件下, 试件脱模后放入温度为 (20±1) ℃的水中养护, 测试3 d, 28 d的砂浆抗折和抗压强度;在干燥养护条件下, 试件脱模后放入温度为 (20±3) ℃, RH= (50±4) %的干燥室中养护, 测试砂浆初始开裂时的抗折强度。

1.3 试验设计

试验分为两个阶段:第一步是通过正交试验设计来优化水泥基材料组成, 粉煤灰选40%, 50%两个水平, 硅粉选0%, 5%, 8%和10%四个水平, 选用3 d, 28 d的抗折和抗压强度作为考核指标;第二步是对优化的水泥基材料组成进行自由收缩、初始开裂时间及初始开裂时抗折强度试验。

2 试验结果与分析

2.1 潮湿养护的砂浆强度

根据所选用的影响因素及水平数, 试验采用L8的混合正交表 (即1个4水平因素和最多4个2水平因素的正交表) 安排试验, 试验方案与试验结果见表1。

分析表1试验结果, 各列K值和极差R的计算见表2。极差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小。从表2可见:

1) 强度影响因素的主次关系为:粉煤灰>硅粉。2) 掺40%粉煤灰的强度均比掺50%粉煤灰的强度高, 特别是对3 d抗折强度和28 d抗压强度影响甚大。3) 当硅粉掺量超过5%时, 3 d抗折强度随掺量增加而下降, 对于28 d抗折强度和3 d抗压强度影响甚小。由此可见, 当硅粉掺量为5%以上、粉煤灰掺量为40%时对强度发展更有利, 即优化的水泥基材料组成为Y3, Y5和Y7。接下来对Y3, Y5和Y7进行自由收缩、初始开裂时间及初始开裂时抗折强度试验。

2.2 自由收缩

从图1可以看出, 砂浆自由收缩在前7天增长很快, 且砂浆自由收缩随着硅粉掺量的增加而增大, 主要是由于硅粉有超细的颗粒和很高的活性, 可使砂浆的自由收缩增大[8]。当硅粉掺量为8%或10%时, 砂浆自由收缩相差不大, 且均比相应龄期时硅粉掺量为5%的砂浆自由收缩大很多, 硅粉掺量为5%, 8%和10%的砂浆的7 d自由收缩分别为283×10-6, 565×10-6和634×10-6。

2.3 初始开裂时间

从图2可以看出, 砂浆初始开裂时间随着硅粉掺量的增加而减小, 当掺5%硅粉时, 砂浆初始开裂时间最高, 为70.8 h, 这说明硅粉对水泥基材料的开裂敏感性有较大影响。结合砂浆自由收缩值分析可知, 随着硅粉掺量的增加, 水泥基材料早期水化速度加快, 加速了水泥基材料裂缝的出现, 提高了水泥基材料的早期开裂敏感性。

2.4 初始开裂时抗折强度

通过硅粉掺量对砂浆初始开裂时抗折强度的影响可知:在干燥养护条件下, 硅粉掺量为8%和10%的砂浆, 其初始开裂时抗折强度几乎没有差别, 但都要比硅粉掺量为5%的砂浆初始开裂时抗折强度低, 即硅粉掺量为5%的砂浆早期开裂敏感性差, 相对而言更不易开裂, 这与砂浆初始开裂时间试验结果是一致的。

3 结语

1) 潮湿养护条件下, 硅粉掺量为5%～10%, 粉煤灰掺量为40%时对砂浆强度发展更有利。2) 砂浆自由收缩随着硅粉掺量的增加而增大。当粉煤灰掺量为40%, 硅粉掺量为8%或10%时, 砂浆自由收缩相差不大, 且均比相应龄期时粉煤灰掺量为40%, 硅粉掺量为5%的砂浆自由收缩大很多。3) 硅粉对水泥基材料的开裂敏感性有较大影响, 砂浆初始开裂时间随着硅粉掺量的增加而减小。4) 在干燥养护条件下, 硅粉掺量为8%和10%的砂浆, 其初始开裂时抗折强度几乎没有差别, 但均比硅粉掺量为5%的砂浆初始开裂时抗折强度低。

参考文献

[1]HE Zhen, ZHOU Xiang-min, LI Zong-jin.New experimentalmethod for studying early-age cracking of cement-based materi-als[J].ACI Materials Journal, 2004, 101 (1) :50-56.

[2]张士海.胶凝材料体系对混凝土早期开裂的影响及评价方法研究[D].北京:清华大学土木系, 2002:5.

[3]Ronit Bloom, Arnon Bentur.Free and restrained shrinkage ofnormal and high-strength concretes[J].ACI Materials Journal, 1995, 92 (2) :211-217.

[4]Richard W.Burrows.The visible and invisible cracking of concrete[A].Published by The American Concrete Institute, Farming-ton Hills, Michigan[C].1996:10.

[5]黄国兴, 惠荣炎.混凝土的收缩[M].北京:中国铁道出版社, 1990.

[6]梁文泉, 王信刚, 何真, 等.矿渣微粉掺量对混凝土收缩开裂的影响[J].武汉大学学报 (工学版) , 2004, 37 (1) :6-10.

[7]彭卫兵, 何真, 梁文泉, 等.粉煤灰薄板结构混凝土收缩开裂试验研究[J].混凝土, 2003 (1) :35-38.

砂浆抗压强度篇7

水泥基材料的强度一直被认为是最重要的性质,实际工程中耐久性和渗透性等性质也同样重要,但目前大多数的研究工作还是集中在砂浆和混凝土的强度,强度一直是表征水泥基材料的一直接量征指标。有关水泥基材料强度的研究最早可以追溯到法国学者Feret,Feret首先提出了水泥基材料水灰比对强度的重要影响。之后学者又提出了著名的水灰比对强度影响的Abrams定律[1]。然而,强度仅仅由水灰比表征是不够的,骨料、最大颗粒尺寸和骨料表面特征等同样也影响砂浆和混凝土的强度。多数的强度公式只研究了强度与水灰比的关系,著名的Abrams定律也仅提出了混凝土强度与其水灰比之间的关系式。

水泥基材料的力学性能主要依赖于其微观结构特征。而孔隙的存在会显著削弱水泥基材料的力学特性。金南国等[2]研究了孔隙率和孔径分布对混凝土强度的影响,并提出了一种混凝土孔结构复合体模型。金珊珊等[3]利用压汞法测定了不同水灰比及龄期砂浆的孔结构,指出由热力学关系计算出的孔表面积分形维数可作为水泥砂浆孔结构的综合评价指标。王立久[4]提出了混凝土最佳砂灰比的概念,指出确定最佳砂率的实质就是求解最佳砂灰比的过程。本文通过试验方法研究了含砂量和水灰比的改变对水泥砂浆孔结构的影响,并通过饱水法和压汞法测量孔径分布来表征孔结构的变化。以便进一步研究砂浆强度与组分之间的关系。

1实验方案

1.1材料组成

配制时采用标号为42.5的水泥,砂采用天然河砂,比重为2.59,体积密度为1 570 kg/m3。采用实验室的水源,且在砂浆制备中不添加任何减水剂。本试验中砂的粒径分布曲线如图1所示。试验中配制了不同水灰比及砂灰比的砂浆来探讨强度的变化,共采用了0.4、0.5、0.6三种水灰比,每种水灰比中又设计了0.6、1.0、1.5、2.0四种砂灰比。

1.2试样的制备及养护

试验中采用标准的立方体钢模(70.7 mm)制备砂浆的抗压强度试样;50 mm×100 mm的圆柱钢模制备劈拉强度试样;40 mm×40 mm×160 mm钢模制备弯拉强度试样;且选取120 mm跨径中分点弯拉的方式来测取弯拉强度。试样制备完成后,立即用塑料薄膜覆盖,以减小水分的蒸发。所有试件放入23 ℃养护室养护,24 h后脱模并立即放入水槽中养护。每种力学测试制备了6个试样,待龄期为90 d进行试验,并用取平均值的方法确定其强度。

1.3孔隙率测定

强度试验后,每个试样中截取三片样本,称其水中浸泡及饱和面干状态的重量,从而计算出试件的总体积。在假设干燥与饱和过程中体积不变的前提下,此体积可用来计算干燥后试样的体积密度(即使在最不利情况下,干燥后体积也仅改变大约1.5%[5])。将试件放入105 ℃烘箱中真空干燥直至恒重,试件在饱和与干燥状态下重量的差值与试件体积的比值即为试件的孔隙率,并取其平均值。孔隙率公式如公式(1)所示

$p = \frac{(W_{s s d} - W_{d})}{(W_{s s d} - W_{w})} \times 100 % (1)$

式(1)中,p表示孔隙率,Wssd表示饱和面干状态重量,Wd表示试件烘干24 d后的干燥重量,Ww表示水中饱和重量。

这种方法也被其他研究者成功运用于确定水泥基材料孔隙率的测试中[6]。

1.4压汞法

压汞测孔是研究水泥基材料孔径分布的一种有效方法。压汞试验中,试样被放入一个被汞包裹的真空试样槽中,然后逐渐增加压力。随着外加压力的增加,汞逐渐进入试样的孔隙中。压汞法的理论原理是汞对一般固体不润湿,界面张力抵抗其进入孔中,欲使汞进入孔则必须施加外部压力。汞压入的孔半径与所受外压力成反比,外压越大,汞能进入的孔半径越小[7]。压力可由Washburn公式表示如下[8]

$d = \frac{- 4 γ \cos ϕ}{Ρ} (2)$

d表示孔径,γ表示汞的表面张力,ϕ表示汞和孔壁之间的接触角。通常,γ和ϕ的值分别为0.480N/m和 140°。

2试验结果

2.1强度

砂浆的抗压,弯拉,劈拉强度的试验值如图2所示。从图2中可知,砂浆的强度随着砂灰比的增加而增加。在砂灰比一定时,不同水灰比的砂浆强度之间也有很大差异。随着水灰比的增加,所有强度均有所减小。试验结果表明,水灰比仍然是决定砂浆强度的一个关键影响因素。弯拉和劈拉强度也表现出相似的变化规律。砂灰比的增加,导致强度增加的现象可有以下几个机理来解释。首先是裂纹机理,认为砂的增加减小了断裂过程区的应力大小[9,10]。其二是裂纹桥接机理,认为砂的增加提供了断裂过程区的闭合压力。同时,颗粒间的交锁,消耗了裂纹表面的能量,从而提高了抗断裂性[11,12]。目前广泛接受的机理是当裂缝的扩展遇到砂粒类高强物质时,试件需要耗散较多的能量,这样就造成试件的破坏面变得较为粗糙,强度得到提高。

将试验数据进行分析,并对砂浆抗压和抗拉强度之间的关系进行研究。大量已有试验数据表明,系数为1.5的幂次公式模型在描述水泥基材料间接抗拉强度(弯拉和劈拉)与抗压强度关系中应用最为广泛。本文假设间接抗拉强度正比于抗压强度,利用公式(3)和式(4)描述间接抗拉强度与抗压强度之间的关系。

$\begin{array}{l} f_{f l} = 0.013 9 f_{c}^{\frac{3}{2}} (3) \\ f_{s p} = 0.008 3 f_{c}^{\frac{3}{2}} (4) \end{array}$

公式的理论值与试验数据如图3所示。由回归曲线可知,公式(3)和式(4)与试验数据的相关性较高。公式(3)和式(4)的确定系数(COD=R2)分别为0.821和0.888。而多数统计学家认为COD≥0.7则表示模型合理[13]。因此,推导出的公式较好的表示了间接抗拉强度与抗压强度之间的关系。

2.2孔隙率及孔径分布

由于试验中采用的骨料类型相同,因此影响砂浆的主要因素为骨料的体积和级配。砂浆组成中,给出了骨料的粒径分布。砂灰比对孔隙率的影响如图4所示,高水灰比及低砂灰比的砂浆孔隙率较高,表明此砂浆中孔隙较多也较粗糙。就整体而言,低砂灰比时(s/c 0.6∶1),孔隙率大约为27%～39%,而砂浆高砂灰比时,孔隙率为17%～27%。

不同水灰比及砂灰比的孔径分布曲线如图5所示。随砂灰比的增加,孔径分布曲线向左移动,表明孔结构更加细致。水灰比较高时,对孔径分布的影响也较大,更易产生大孔结构(图5)。界面效应的影响使不同砂灰比砂浆的孔径分布有着显著的差异,即随着砂灰比的增加,试件单位体积的表面积增加,使得搅拌时更容易在砂粒周围形成大孔。也有学者认为在水化过程中,砂浆砂粒周围的界面过渡区(小于50 μm)会首先形成Ca(OH)2层[14,15],生成的Ca(OH)2层被细长的C—S—H凝胶颗粒层覆盖形成双层膜结构,膜附近区域在水化初期仅有较稀疏的Ca(OH)2晶体生成[16],而水化后期该区域会生成较大的Ca(OH)2晶体[17]。这种后期沉淀产物的形成变化会导致孔径分布的差异。

3孔结构对砂浆强度的影响

3.1孔隙率作用

研究者很早就发现到砂浆强度与孔隙率之间有着密切联系。许多研究学者都对强度与孔隙率之间的关系进行了定量研究。Robler 和 Odler[18]总结了多孔材料强度与孔隙率之间的四种关系,认为Bashin [19]的模型与试验的结果更加吻合。本文中,采用Bashin的公式能较好的表述砂浆强度与孔隙率之间的关系

$f = f_{0} (1 - p)^{n} (5)$