溫和哲，丁 琳，王 丹

（1.黑龍江省交通科學(xué)研究所，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

0 引言

混凝土的抗拉強(qiáng)度是混凝土的重要力學(xué)性能指標(biāo)之一［1－2］，高性能混凝土對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度提出了更高的要求［3－4］，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者正在積極研究高性能混凝土的各種耐久性指標(biāo)［5－6］，但是對(duì)硅粉摻量與混凝土抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系研究較少，本文依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究了硅粉摻量對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的影響。

混凝土的抗拉強(qiáng)度測(cè)定用軸向拉伸試驗(yàn)，但是由于荷載軸線與試件軸線不一致而產(chǎn)生偏拉，而且?jiàn)A具處經(jīng)常產(chǎn)生應(yīng)力集中從而發(fā)生局部破壞［7］，因此拉伸試驗(yàn)測(cè)試非常困難，測(cè)試值的誤差也較大，故國(guó)內(nèi)外通常采用劈裂試驗(yàn)法，間接測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度［8］，即混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。劈裂法不但簡(jiǎn)單且精確度很高［9］。本文試件為直徑150mm，高300mm的圓柱體，應(yīng)用劈裂法求得混凝土的抗拉強(qiáng)度值。劈裂法獲得的混凝土抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

式中fts為混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；F為混凝土試件的破壞荷載（N）；d為混凝土圓柱體直徑（mm）；l為混凝土圓柱體高（mm）。

混凝土抗拉強(qiáng)度測(cè)定的另一種方法是通過(guò)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)［10］，亦稱混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)［11］。本文選用尺寸為100 mm×100 mm×500 mm，應(yīng)用混凝土的抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，支座的跨度400mm?？箯澙瓘?qiáng)度計(jì)算公式如下：

式中ff為混凝土的抗彎拉強(qiáng)度（MPa）；F為混凝土試件的破壞荷載（N）；l為試驗(yàn)機(jī)的支座間跨度（mm）；h為混凝土試件截面高度（mm）；b為混凝土試件截面寬度（mm）。

1 研究采用的試驗(yàn)方案

按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB／T 50081—2002）的規(guī)定進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，每組為同條件制作和養(yǎng)護(hù)的試件6個(gè)?；炷脸煞种g的比例關(guān)系是，水泥∶細(xì)骨料∶粗骨料＝1∶1.25∶2.2。水膠比設(shè)計(jì)值分別為0.26、0.30、0.34、0.38和0.42。減水劑占水泥與硅粉總質(zhì)量的3.0%。各種成分的具體質(zhì)量見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨硅粉摻量的變化見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，加入硅粉可顯著提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，但是當(dāng)硅粉摻量＞15%時(shí)，繼續(xù)增加硅粉摻量對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響不大，加入硅粉摻量＞20%～25%，則混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度開(kāi)始下降。水膠比為0.26～0.42，硅粉摻量為0%～20%，將混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值的平均值進(jìn)行擬合，得到式（3）。按式（3）計(jì)算值與試驗(yàn)值比較見(jiàn)圖2。

式中ftsf為混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；ft為無(wú)硅粉摻量的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；SF為硅粉占水泥和硅粉總量之和的百分比。

表1 混凝土原材料的組分Table 1 Mix proportions of concrete

圖1 不同水灰比混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度曲線Fig.1 various W ∕C with split tensile strength

圖2 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)與公式計(jì)算結(jié)果擬合Fig.2 Comparison between experimental result and predicted result of split tensile strength

混凝土的抗彎抗拉強(qiáng)度隨硅粉摻量的變化，見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，硅粉可顯著提高混凝土的抗彎抗拉強(qiáng)度，但過(guò)高摻量的硅粉會(huì)使混凝土抗彎抗拉強(qiáng)度下降。混凝土的抗彎抗拉強(qiáng)度的峰值點(diǎn)隨著水膠比的增加而延后，即當(dāng)水膠比越大，硅粉混凝土抗彎抗拉強(qiáng)度的峰值點(diǎn)處硅粉摻量越多。水膠比為0.26～0.42時(shí)，硅粉摻量為0%～15%時(shí)，將混凝土抗彎抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)平均值進(jìn)行了擬合，見(jiàn)式（4）。公式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)得到結(jié)果比較見(jiàn)圖4。

式中fmst為混凝土的抗彎抗拉強(qiáng)度（MPa）；fmt為無(wú)硅粉的混凝土抗彎抗拉強(qiáng)度（MPa）；其它同上。

圖3 不同水灰比的抗彎抗拉強(qiáng)度與硅粉摻量的關(guān)系Fig.3 Flexural tensile strength with silica content in various W ∕C

3 結(jié)論

圖4 混凝土的抗彎抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值與公式計(jì)算值的擬合Fig.4 Comparison between experimental and predicted values of flexural tensile strength

本文依據(jù)不同水灰比及不同硅粉摻量的室內(nèi)試驗(yàn)，取得了大量的混凝土抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析及公式耦合，提出了硅粉摻入可顯著提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，但是加入硅粉太多時(shí)（＞20%～25%），則使混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度下降。水膠比在0.26～0.42時(shí)混凝土中最優(yōu)硅粉摻量為15%。

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