梁浩，宋佳雨，劉元珍

（1.廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500；2.太原理工大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引 言

輕質(zhì)保溫材料玻化微珠具有受力小變形大的特點(diǎn)，加入混凝土中對(duì)混凝土的力學(xué)性能有較大的影響。?；⒅楸鼗炷僚c普通混凝土都屬于脆性材料，具有尺寸效應(yīng)，即隨著結(jié)構(gòu)尺寸的變化，其基本力學(xué)性能也隨之發(fā)生改變[1-2]。目前，關(guān)于?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能尺寸效應(yīng)的研究相對(duì)于普通混凝土較少，所以需要研究現(xiàn)有規(guī)范中關(guān)于普通混凝土的尺寸效應(yīng)的論述是否適用于?；⒅楸鼗炷?。為了更好地研究?；⒅楸鼗炷恋幕玖W(xué)性能的尺寸效應(yīng)，了解試塊尺寸隨著強(qiáng)度等級(jí)的變化對(duì)混凝土基本力學(xué)性能的影響，完善相關(guān)規(guī)范，與國(guó)內(nèi)外科研成果作對(duì)比，本文參考關(guān)于混凝土力學(xué)性能的相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范[3-7]，對(duì)C30、C40、C50、C60、C70五種強(qiáng)度等級(jí)?；⒅楸鼗炷恋目箟簭?qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量及抗折強(qiáng)度進(jìn)行研究，得出強(qiáng)度等級(jí)的變化規(guī)律和試塊尺寸對(duì)4種?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

?；⒅椋毫?.5~1.5 mm，筒壓強(qiáng)度209 kPa，24 h吸水率40%，河南信陽(yáng)某公司生產(chǎn)；水泥：太原獅頭牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，比表面積340 m2/kg，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為7.6、42.6 MPa；石子：粒徑 5~20 mm，表觀密度 2680 kg/m3，含泥量0.7%，壓碎指標(biāo)9.5%，太原某廠家；砂：Ⅱ區(qū)中砂，太原某廠家；硅灰：四川某公司產(chǎn)，平均粒徑180 nm，比表面積14 000 m2/kg；減水劑：聚羧酸減水劑；水：自來(lái)水。

1.2 試塊設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)5種強(qiáng)度等級(jí)的?；⒅楸鼗炷?，主要配合比如表1所示，強(qiáng)度等級(jí)的劃分參考GB 50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》。

表1 ?；⒅楸鼗炷恋呐浜媳?kg/m3

制備棱柱體和圓柱體2種不同形狀的?；⒅楸鼗炷猎嚰?，每組3個(gè)試件，圓柱體試塊尺寸參考ASTM標(biāo)準(zhǔn)均設(shè)計(jì)為Φ150 mm×300 mm，立方體和棱柱體試塊尺寸參考GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，立方體抗壓強(qiáng)度試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，棱柱體軸心抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，棱柱體靜力受壓彈性模量試塊尺寸為150 mm×150 mm×300 mm，棱柱體抗折試塊尺寸為150 mm×150 mm×400 mm。

1.3 試驗(yàn)方案

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比依次將?；⒅楸鼗炷恋脑贤度霐嚢铏C(jī)進(jìn)行機(jī)械攪拌，然后將混凝土拌合物裝入相應(yīng)尺寸的模具，靜置24 h后編號(hào)拆模，之后送至實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)池中養(yǎng)護(hù)至28 d，參照GB/T 50081—2016測(cè)試玻化微珠保溫混凝土的抗壓、劈裂抗拉、抗折強(qiáng)度和靜力受壓彈性模量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

不同強(qiáng)度等級(jí)下各個(gè)尺寸?；⒅楸鼗炷恋目箟簭?qiáng)度見表2。

由表2可知，在相同強(qiáng)度等級(jí)下，保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度是3種形狀的保溫混凝土抗壓強(qiáng)度中最高的，圓柱體的抗壓強(qiáng)度相對(duì)立方體較小，棱柱體的抗壓強(qiáng)度最低。這表明由于保溫混凝土試塊尺寸的不同導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度有所差異，并且在相同強(qiáng)度等級(jí)下保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著尺寸的增大而降低，即保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度具有尺寸效應(yīng)[8]。保溫混凝土的尺寸效應(yīng)可以從細(xì)觀結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行分析，保溫混凝土的破壞實(shí)質(zhì)上是細(xì)觀結(jié)構(gòu)層面的破壞和損傷，即水泥砂漿和骨料過(guò)渡區(qū)的破壞開裂。保溫混凝土的尺寸越大，其過(guò)渡區(qū)的范圍就越大，形成的裂縫更容易連通，更容易破壞，所以尺寸越大混凝土抗壓強(qiáng)度越低[9]。如果單獨(dú)比較圓柱體和立方體的靜力抗壓強(qiáng)度會(huì)發(fā)現(xiàn)，C30～C70五種強(qiáng)度等級(jí)下圓柱體的抗壓強(qiáng)度比棱柱體分別提高了2.7%、8.3%、21.0%、14.2%、15.8%，這表明強(qiáng)度等級(jí)越高，試塊尺寸對(duì)靜力抗壓強(qiáng)度的影響越大。

表2 4種尺寸保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度

保溫混凝土立方體、棱柱體和圓柱體的抗壓強(qiáng)度f(wàn)c（d）與基準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu，150的換算系數(shù)[fc（d）/fcu，150]與強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系如圖1所示。

圖1 保溫混凝土fcu，100/fcu，150、fc（d）/fcu，150與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系

由表2、圖1可知，隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，100 mm立方體與150 mm立方體抗壓強(qiáng)度的換算系數(shù)呈增大的趨勢(shì)偏離1.0，棱柱體與150 mm立方體抗壓強(qiáng)度的換算系數(shù)呈減小的趨勢(shì)偏離1.0。這表明尺寸效應(yīng)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)保溫混凝土立方體和棱柱體抗壓強(qiáng)度的影響更加顯著，這與蘇捷和方志[10]所得出的普通混凝土尺寸效應(yīng)隨強(qiáng)度改變的變化規(guī)律一致。圓柱體與150mm立方體抗壓強(qiáng)度的換算系數(shù)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高呈增大的趨勢(shì)接近1.0。這表明尺寸效應(yīng)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)保溫混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度的影響逐漸減小。

2.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

不同強(qiáng)度等級(jí)保溫混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體和圓柱體的劈裂抗拉強(qiáng)度及兩者換算系數(shù)見表3。

表3 保溫混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體和圓柱體的劈裂抗拉強(qiáng)度及換算系數(shù)

由表3可知，相同強(qiáng)度等級(jí)下圓柱體的劈裂抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)立方體的。這表明玻化微珠保溫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度一樣，都具有尺寸效應(yīng)。這是由于保溫混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和劈裂面的面積有關(guān)，劈裂面面積越小，劈裂抗拉強(qiáng)度就越大[11]。

保溫混凝土圓柱體劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體劈裂抗拉強(qiáng)度的換算系數(shù)（ft，cy/ft，cu）與強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系如圖 2 所示。

圖2 保溫混凝土ft，cy/ft，cu與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系

由圖2可知，隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，保溫混凝土圓柱體和立方體劈裂抗拉強(qiáng)度的換算系數(shù)呈增大趨勢(shì)，且在C30到C50階段增幅較大，C50到C70階段增幅相對(duì)較緩，但是均小于1.0。這表明隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，換算系數(shù)在增大趨勢(shì)減緩的同時(shí)越來(lái)越接近1.0，保溫混凝土的尺寸效應(yīng)也越不明顯。這是由于混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，試塊的孔隙和缺陷就會(huì)越少，這與文獻(xiàn)[12]所得出關(guān)于劈裂抗拉強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的結(jié)論一致。

2.3 靜力受壓彈性模量

為不同強(qiáng)度等級(jí)下保溫混凝土棱柱體和圓柱體靜力受壓彈性模量見表4。

表4 保溫混凝土棱柱體和圓柱體的彈性模量

由表4可知，在相同強(qiáng)度等級(jí)下，保溫混凝土棱柱體靜力受壓彈性模量均小于圓柱體靜力受壓彈性模量，而且隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，保溫混凝土棱柱體和圓柱體的靜力受壓彈性模量也不斷上升。這說(shuō)明保溫混凝土的靜力受壓彈性模量具有尺寸效應(yīng)。其主要原因是，保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度具有尺寸效應(yīng)，并且在相同等級(jí)下棱柱體的抗壓強(qiáng)度低于圓柱體。又因?yàn)樵趶椥阅Ａ康募虞d試驗(yàn)中，所加載的抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到破壞強(qiáng)度的1/3，所以加載在棱柱體上的壓強(qiáng)就比加載在圓柱體上的小，棱柱體的受壓變形就相對(duì)較小，所測(cè)得的靜力受壓彈性模量也就相對(duì)較小。這與文獻(xiàn)[13]所得出關(guān)于靜力受壓彈性模量尺寸效應(yīng)的結(jié)論一致。

比較5種強(qiáng)度等級(jí)下，圓柱體靜力受壓彈性模量比棱柱體的增加幅度發(fā)現(xiàn)，隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，圓柱體的靜力受壓彈性模量依次提高了1.2%、1.8%、2.1%、2.4%、2.5%。這表明試塊尺寸對(duì)保溫混凝土靜力受壓彈性模量的影響和對(duì)靜力抗壓強(qiáng)度的影響相同，但是沒(méi)有對(duì)靜力抗壓強(qiáng)度的影響明顯。

2.4 抗折強(qiáng)度

折壓比是分析保溫混凝土脆性的一個(gè)重要參數(shù)，表5為不同強(qiáng)度等級(jí)保溫混凝土棱柱體的抗折強(qiáng)度和折壓比。

表5 保溫混凝土棱柱體的抗折強(qiáng)度和折壓比

由表5可知，隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，保溫混凝土的抗折強(qiáng)度提高，折壓比減小。這表明保溫混凝土與普通混凝土相同，其脆性隨強(qiáng)度等級(jí)提高而增大[14-15]。

3 結(jié)論

（1）尺寸效應(yīng)對(duì)?；⒅楸鼗炷恋撵o力抗壓、劈裂抗拉、抗折強(qiáng)度和靜力受壓彈性模量都有影響，但是相比于靜力抗壓強(qiáng)度，尺寸效應(yīng)對(duì)靜力受壓彈性模量的影響較小。

（2）尺寸效應(yīng)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)?；⒅楸鼗炷晾庵w抗壓強(qiáng)度的影響更加顯著，對(duì)圓柱體抗壓強(qiáng)度的影響逐漸減小，對(duì)玻化微珠保溫混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響也逐漸減小。

（3）?；⒅楸鼗炷恋恼蹓罕入S著強(qiáng)度等級(jí)的提高而減小。