錢長根 聞敏杰*

(嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036)

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·建筑材料及應(yīng)用·

泡沫玻璃混凝土的單軸壓縮性能試驗研究★

錢長根 聞敏杰*

(嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036)

基于廢棄泡沫玻璃制備了3組不同配合比的泡沫玻璃混凝土,對泡沫玻璃混凝土的壓縮力學(xué)性能進(jìn)行了測試,研究了泡沫混凝土壓縮荷載—變形曲線的特征，研究表明,泡沫混凝土壓縮過程分為2個階段和1個破壞點,即彈性階段、脆性密實階段及點屈服。

泡沫玻璃，混凝土，壓縮性能，屈服破壞點

泡沫玻璃混凝土是采用廢棄泡沫玻璃邊角料自主研制開發(fā)的新型節(jié)能保溫材料，具有質(zhì)量輕、保溫性好、環(huán)保和防火等特點，在建筑物墻體及屋面的保溫方面具有廣泛的應(yīng)用背景[1-4]。為了減少環(huán)境污染，推廣泡沫玻璃混凝土在實際工程中的應(yīng)用，首先必須了解其力學(xué)性能，單軸壓縮條件下的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系是混凝土材料的基本力學(xué)特性。目前已經(jīng)對泡沫混凝土[5]以及低含量鋼纖維高強混凝土[6,7]的壓縮應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了試驗,但對泡沫玻璃混凝土的試驗還比較少見。本文利用泡沫玻璃邊角料摻量分別取代10%，15%，20%的混凝土骨料,采用CMT5305微機控制電液飼服萬能試驗機對制備的泡沫玻璃混凝土進(jìn)行單軸壓縮荷載作用下的荷載—變形全過程試驗。

1 試驗

1.1 原材料

1)廢棄泡沫玻璃邊角料為浙江振申絕熱科技有限公司生產(chǎn)，表觀密度為150 kg/m2～170 kg/m2，泡沫玻璃顆粒粒徑10 mm～5 mm；2)水泥：普通硅酸鹽P.S42.5；3)水：自來水。

1.2 試驗方案

1.2.1 試驗設(shè)計

根據(jù)文獻(xiàn)[1]前期實驗研究結(jié)果，主要考慮泡沫玻璃摻量對泡沫玻璃保溫混凝土的力學(xué)性能影響，因此綜合分析設(shè)計如下泡沫玻璃混凝土配比，如表1所示。

表1 拌合物配比 g

1.2.2 試樣制備

1)用鏟子將廢棄泡沫玻璃敲碎，利用直徑為10 mm～5 mm的篩子進(jìn)行反復(fù)篩選，使其直徑大約相似，如圖1所示。

2)根據(jù)表1事先設(shè)計的配合比稱取水泥和泡沫玻璃和水的質(zhì)量?？紤]到泡沫玻璃易碎，故采用人工攪拌，如圖2所示。

3)將拌合好的泡沫玻璃保溫混凝土裝入內(nèi)壁抹上脫模劑的模具(尺寸為100 mm×100 mm×100 mm)，放在電動振動臺上振搗密實，用抹刀將表面抹平，等混凝土初凝后再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，見圖3。

4)成型后的試件放入恒溫恒濕度保溫箱養(yǎng)護(hù)，1 d后拆模，拆模后編號，放入室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)，如圖4所示。

1.2.3 壓縮性能測試

1)將制作完成試件安放在試驗機的豎向加載墊塊上，通過主機上的快速上升、下降按鈕，調(diào)節(jié)橫梁的位置，裝夾試樣。

2)試樣裝好后，考慮泡沫玻璃混凝土多孔材料特性，設(shè)定加載速度2 mm/min，點擊儀器“開始”鍵按鈕開始實驗，同時采集位移、荷載等各種數(shù)據(jù)。

3)實驗結(jié)果生成：利用CMT5305微機控制電液飼服萬能試驗機自帶程序輸出力—位移曲線，如圖5所示。

2 試驗結(jié)果及分析

按照1.2中所述方法，使用微機控制電子萬能試驗機對三組泡沫玻璃混凝土進(jìn)行壓縮實驗，分別測得F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的荷載—變形曲線圖，如圖6所示。結(jié)合多孔材料和混凝土荷載—變形曲線圖[8]，總結(jié)出泡沫玻璃混凝土軸向壓縮荷載—變形曲線基本上分為2個階段和1個破壞點。

1)彈性密實階段：由于試件在泡沫玻璃和水泥接觸處的受壓面存在外嵌孔隙和缺陷，初始加載階段會將一些較脆弱的孔隙和缺陷壓實，荷載隨著變形的增加而增長緩慢，如圖6a)所示；此階段隨泡沫玻璃摻加量增大會消失,方案F1最明顯、方案F2和F3未產(chǎn)生該階段，說明泡沫玻璃混凝土隨著泡沫玻璃相對密度的減小，泡沫玻璃混凝土外觀質(zhì)量出現(xiàn)孔穴坍塌現(xiàn)象少；隨著荷載不斷增大，從圖6可知，該階段荷載與變形基本呈線性增長，在表面孔隙被壓之后開始發(fā)生彈性變形，泡沫玻璃混凝土內(nèi)部各成分材料(水泥漿料、泡沫玻璃顆粒)在一起承受壓力，并形成密實階段，荷載隨變形陡增，三個方案都明顯存在彈性密實階段，說明此階段泡沫玻璃混凝土內(nèi)部孔壁未隨壓力增大發(fā)生破壞，否則出現(xiàn)壓力突變或波動現(xiàn)象。

2)脆性屈服階段：在繼續(xù)增大荷載作用下，泡沫玻璃混凝土試件在表面孔隙被壓之后開始發(fā)生應(yīng)力重分布，轉(zhuǎn)向內(nèi)部泡沫玻璃與水泥漿之間的部分孔隙，使得其孔壁的坍塌破壞,荷載發(fā)生大幅的下降,方案F1和方案F3下降幅度較方案F2大，可能與最佳配合比有較大關(guān)系；隨著荷載的持續(xù)增大,泡沫玻璃顆粒與水泥漿料之間的孔隙被壓實在一起,以至于內(nèi)部相對的壁面接觸,進(jìn)一步的壓縮使泡沫玻璃顆粒本身孔隙被壓縮,荷載會隨著變形的增加而繼續(xù)增加,由于泡沫玻璃為脆性材料，通過泡沫玻璃顆粒脆性破壞而密實時，泡沫玻璃混凝土內(nèi)部微裂縫擴(kuò)展，逐漸可以被肉眼觀察到，形成的表面裂縫繼續(xù)增大，向四周延伸，最后導(dǎo)致脆性脫離破壞，見圖7。

泡沫玻璃顆粒之間由于水泥漿料填充，使得脆性密實呈現(xiàn)階段性循環(huán)現(xiàn)象。

3)屈服破壞點：從圖6可知，荷載—變形曲線上會出現(xiàn)多個屈服點，屈服破壞點出現(xiàn)規(guī)律與泡沫玻璃混凝土內(nèi)部泡沫玻璃顆粒自身孔隙失效存在相關(guān)性，初始屈服點發(fā)生在開始加載過程中個別孔隙被壓垮，隨著壓力不斷增大，不會有泡沫玻璃顆粒被壓脆，壓力隨變形呈現(xiàn)準(zhǔn)線性變化，當(dāng)主要受力層面所有泡沫玻璃顆粒被壓脆，壓力達(dá)到最大值，將此點稱為最大屈服點，隨泡沫玻璃顆粒摻加量會減??；隨著荷載的繼續(xù)增大，其他受力層面泡沫玻璃顆粒逐步壓脆，進(jìn)入振蕩屈服階段，從圖7可知，從破壞部位上看,裂縫分布有規(guī)律,其裂縫與壓力軸線平行。

3 結(jié)語

本文采用CMT5305微機控制電液飼服萬能試驗機對泡沫玻璃保溫混凝土進(jìn)行壓縮性值測試，通過對3組不同配合比泡沫玻璃保溫混凝土單軸壓縮試驗，分別考慮了不同泡沫玻璃摻和料對泡沫玻璃混凝土的影響，并對其壓縮性能進(jìn)行初步探討?？傻贸鋈缦陆Y(jié)論：

1)根據(jù)本次試驗結(jié)果，表明泡沫玻璃混凝土荷載—變形曲線呈現(xiàn)彈性壓實階段和脆性壓實階段，會有多次屈服點，此規(guī)律不隨泡沫玻璃摻加量而發(fā)生變化。

2)泡沫玻璃混凝土壓縮性能與泡沫玻璃顆粒自身孔隙存在較大影響。

3)經(jīng)實驗分析可得，泡沫玻璃顆粒摻加量越多，出現(xiàn)振蕩屈服點越少。

[1] 馮 偉，蔡 瑛，倪作夫，等.泡沫玻璃輕骨料混凝土配比正交試驗分析[J].建筑節(jié)能,2013(6):44-46.

[2] 馮 偉，徐 杭，楊 揚，等.一種新型泡沫玻璃輕骨料混凝土配比正交試驗分析[J].建筑節(jié)能，2014(3)：62-63.

[3] 劉瑩瑩，熊厚仁，吳海東，等.泡沫玻璃顆粒級配對保溫混凝土強度與保溫性能的影響試驗研究[J].新型建筑材料，2014(6):76-79.

[4] 熊厚仁，牛志榮，蔣元海.干濕度條件下泡沫玻璃保溫混凝土的收縮性能試驗研究[J].混凝土,2014(1):17-20.

[5] 周順鄂，盧忠遠(yuǎn)，焦 雷，等.泡沫混凝土壓縮特性及抗壓強度模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2010,32(11):9-13.

[6] 焦楚杰，孫 偉，秦鴻根，等.鋼纖維高強混凝土單軸受壓本構(gòu)方程[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004(3):366-369.

[7] 嚴(yán)少華，錢七虎，孫 偉，等.鋼纖維高強混凝土單軸壓縮下應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2001(2):77-80.

[8] 周順鄂，盧忠遠(yuǎn)，焦 雷，等.泡沫混凝土壓縮特性及抗壓強度模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2010,32(11):9-13.

The experimental research on mechanical properties of foam glass concrete under axial compressive★

Qian Changgen Wen Minjie*

(JiaxingVocationalTechnicalCollege，Jiaxing314036，China)

Three different miture ratio of foam glass concrete were prepared using waste scrap foam glass, compression mechanical properties of foam glass concrete was tested under axial compressive conditions, analysis on load-deformation curve characteristics of foam glass concrete. The test result shows that there are two steps in foam glass compression process, namely elasticity phase, brittle solid phase and point yield.

foam glass, concrete, shrinkage performance, yield failure point

1009-6825(2017)17-0102-03

2017-03-27★：浙江省重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目(2013TD12)；國家國際科技合作專項項目(2014DFE90040)

錢長根(1966- )，男，碩士，副教授

聞敏杰(1986- )，男，博士生

TU528.7

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