(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010018)

引言

混凝土是一種應(yīng)用廣且用量大的建筑材料。主要由水泥膠體和粗細(xì)骨料組成，其硬化后內(nèi)部形成的孔是混凝土的組成部分，因此，對于混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)的研究十分有必要。很多學(xué)者對混凝土孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究表明[1-7]，孔結(jié)構(gòu)對混凝土的力學(xué)性能和耐久性能有很大的影響。雖然研究中大部分研究僅考慮了孔隙率這一因素，其他因素如比表面積、孔平均弦長、氣孔間距系數(shù)以及孔徑分布并未展開研究，這便導(dǎo)致所得結(jié)論比較單一，不具有普遍適用性。同時(shí)，當(dāng)前研究多集中于孔結(jié)構(gòu)對混凝土耐久性的影響，對于抗壓強(qiáng)度的影響并未過多研究，而混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對于抗壓強(qiáng)度的影響是混凝土微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能研究的另一重要方面。孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系面臨許多問題，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏、影響因素多等，為了解決上述問題此次試驗(yàn)中引入了灰色理論?；疑碚揫8-10]是由鄧聚龍教授首先提出，當(dāng)研究對象具有不確定性時(shí)，通過灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)來描述各因素之間的緊密程度。具有所需樣本量小、無需考慮分布、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)[11]。此次試驗(yàn)將運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法將孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與兩種類型的浮石混凝土28 d抗壓強(qiáng)度建立關(guān)系，研究孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)原材料及配合比

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：由內(nèi)蒙古呼和浩特市冀東水泥生產(chǎn)的P·O 42.5。

砂：河砂，級配良好，細(xì)度模數(shù)為2.6，中砂，表觀密度為2 650 kg/m3。

粗骨料：天然浮石，粒徑為5～20 mm，連續(xù)級配，堆積密度為1 530 kg/m3，表觀密度為1 292 kg/m3。

橡膠顆粒：由河北某廠生產(chǎn)，粒徑為2～4 mm左右，表觀密度為1 200 kg/m3。

玄武巖纖維：由上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)，其性能見表1。

表1 玄武巖纖維各項(xiàng)性能

減水劑：萘系高效減水劑。

水：呼和浩特市普通自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比

此次試驗(yàn)將玄武巖的摻量定為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%；橡膠顆粒摻入方式為等體積取代砂的10%、20%、30%；以3個(gè)試件為一組，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，共8組，配合比見表2。混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表3。

表2 混凝土配合比 單位：kg/m3

注：A-0為普通輕骨料混凝土；F-X表示玄武巖纖維摻量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%；R-X表示橡膠顆粒摻量為10%、20%、30%。

表3 單摻纖維和橡膠輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度

2 試驗(yàn)步驟與方法

2.1 試驗(yàn)步驟

取養(yǎng)護(hù)28 d混凝土試塊，將其切割為15 mm厚的薄片，經(jīng)研磨，涂抹填充孔隙等一系列操作后，運(yùn)用Rapid Air混凝土氣孔結(jié)構(gòu)分析儀測定混凝土氣孔的比表面積、氣孔平均弦長、孔徑分布和氣孔間距系數(shù)等各參數(shù)，然后運(yùn)用灰色理論將混凝土抗壓強(qiáng)度與孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，得出結(jié)論。

2.2 試驗(yàn)方法

采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法,其具體操作步驟如下[12]：

(1)確定參考序列

將體現(xiàn)系統(tǒng)特征的數(shù)據(jù)序列，設(shè)定為參考序列，T=[T(k)|k=1,2,…,m]，將影響系統(tǒng)行為的因素組成的序列，設(shè)定為比較數(shù)列，Xi=[Xi(k)|k=1,2,…,m;i=1,2,…,n]。

(2)無量綱處理

由于數(shù)據(jù)之間量綱往往不一致，為了便于分析，采用下列方法處理數(shù)據(jù)。

(k=1,2,…m;i=1,2,…,n)

(1)

(3)計(jì)算兩種序列的絕對差

Δi(k)=|t(k)-xi(k)|

(2)

(4)找絕對差中最大值與最小值

(3)

(4)

(5)計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)

(5)

式中，ρ——分辨系數(shù)，ρ的取值范圍是(0,1)，通常取0.5。

(6)計(jì)算關(guān)聯(lián)度

對關(guān)聯(lián)度系數(shù)取平均值，得到ri即為關(guān)聯(lián)度。

(6)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)將混凝土28 d抗壓強(qiáng)度值作為參考序列T，將孔結(jié)構(gòu)的各參數(shù)作為比較序列X，試驗(yàn)分為兩組：A組為摻纖維的輕骨料混凝土；B組為摻橡膠的輕骨料混凝土。表4和表5分別為兩組混凝土的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和抗壓強(qiáng)度情況。

表4 A組混凝土的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與抗壓強(qiáng)度

表5B組混凝土的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與抗壓強(qiáng)度表

參數(shù)A-0R-10R-20R-30含氣量/%17.048.4314.515.48比表面積/(/mm)18.5337.2833.4947.87氣孔平均弦長/mm0.2160.1070.1190.084氣孔間距系數(shù)/mm0.0920.0920.0620.039孔徑分布/%<100μm42.3269.4168.1479.62100～200μm25.215.2615.6610.92200～300μm12.956.846.844.21300～400μm6.453.543.541.89>400μm13.15.835.833.71抗壓強(qiáng)度/MPa45.736.633.531.3

(1)無量綱化操作，確定初像值見表6和表7。

表6 A組混凝土的初像值

表7 B組混凝土的初像值

(2)計(jì)算兩種序列的絕對差值，計(jì)算結(jié)果見表8和表9。

表8A組序列絕對差值

絕對差值Δi(k)00.00180.00900.48130.405900.14000.65141.03070.276800.41300.44680.61530.469700.32840.46330.30490.251100.41070.47790.64400.212500.47840.36990.57210.356600.38550.39380.66050.490800.48820.47550.57970.365000.54930.50200.71040.59007

表9 B組序列絕對差值

(3)求絕對差值中的最大值與最小值，見表10。

表10最大值與最小值

組別A組B組Max1.03071.8980Min00

(4)確定關(guān)聯(lián)系數(shù)，見表11和表12。

表11A組關(guān)聯(lián)度系數(shù)

關(guān)聯(lián)度系數(shù)ξi(k)10.99660.98310.51710.559410.78640.44170.33330.651010.55510.53560.45580.523210.61080.52660.62830.672410.55650.51890.44450.708010.51860.58210.47390.591010.57210.56680.78020.512210.51350.52010.47060.585410.48410.50660.42040.4662

表12 B組關(guān)聯(lián)度系數(shù)

(5)確定關(guān)聯(lián)度，見表13。

表13 兩組關(guān)聯(lián)度

從表13中兩組情況的關(guān)聯(lián)度，通過分析可得出：

A組中隨著纖維摻量的增加影響混凝土抗壓強(qiáng)度的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)排序?yàn)椋簹饪灼骄议L<比表面積<氣孔間距系數(shù)<含氣量?？讖椒植加绊懪判?yàn)椋?>400 μm)<(300～400 μm)<(100～200 μm)<(<100 μm)<(200～300 μm)。

B組中隨著橡膠摻量的增加影響混凝土抗壓強(qiáng)度的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)排序?yàn)椋罕缺砻娣e<氣孔間距系數(shù)<含氣量<氣孔間距系數(shù)?？讖椒植加绊懪判?yàn)椋?<100 μm)<(>400 μm)<(200～300 μm)<(300～400 μm)<(100～200 μm)。

4 結(jié)論

經(jīng)過孔結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分析,得到以下結(jié)論：

4.1 隨著纖維摻量的增加，孔結(jié)構(gòu)中含氣量對浮石混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度影響最大，氣孔平均弦長影響最小?？讖椒植加绊懼?，孔徑為200～300 μm的孔對浮石混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度影響最大，而孔徑>400 μm的孔影響最小。

4.2 隨著橡膠摻量的增加，在孔結(jié)構(gòu)特征中，氣孔間距系數(shù)對混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度影響最大，比表面積影響最小。而在孔徑分布影響中，孔徑為100～200 μm的孔對混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度影響最大，孔徑<100 μm的孔影響最小。