高强混凝土力学性能试验研究

张立

（淮南职业技术学院 工程管理系，安徽 淮南 232001）

高强混凝土力学性能试验研究

张立

（淮南职业技术学院 工程管理系，安徽 淮南 232001）

试验数据分析显示，掺加矿渣和硅粉等矿物的C80高强混凝土具有优异的超早强和后期强度力学性能，比例极限点显著升高，其应力值接近峰值应力，其轴心抗压强度与立方体抗压强度比值与混凝土静弹性模量均高于C40普通混凝土，工作性能进一步提高。

高强混凝土；力学性能；试验

前言

混凝土力学性能数据，是钢筋混凝土结构设计和施工最基础的数据。对于普通混凝土，国内相关人员做了大量的较为详尽的试验研究工作，在实际工程设计工作中一般以混凝土的抗压强度 (等级)为准，选取或推算其它基本力学性能计算指标，并制定了法定的设计规范。但高强高性能混凝土的研究工作相对滞后，应用工作只是开始起步，高强高性能混凝土在我国尚未得到真正的广泛应用。目前，国内外对于高强高性能混凝土，总体上尚处于试验研究阶段，对其力学性能的研究也资料有限且零碎。为推动高强高性能混凝土在未来工程中得到更加广泛的应用，迫切需要对其力学性能进行系统的甚至是重复性的研究。

1 混凝土配合比

混凝土物理力学性能测试均按国家有关规定进行，所有试块成型后在室内静置1天，然后编号拆模，送入标准养护箱中养护至试验日期。对于同一个配比，用于各种力学性能试验的所有试件，都是在60L的强制后搅拌机中一次拌成，这样可以减少因搅拌所带来的误差。C80高强混凝土和C40普通混凝土（作为参照）所用配合比详见表1。

表1 混凝土配合比

2 高强混凝土工作性能

在本次试验中，粘性是采用倒置的坍落度桶加上活动挡板来测定桶内混凝土拌合物全部落下的时间，即为流下时间。C80高强高性能混凝土与C40普通混凝土混凝土工作性能测试结果见表2。

表2 工作性能测试结果

从试验可知NF高效减水剂与水泥相容性较好，对水泥有强烈的分散作用，从而增大了混凝土的坍落度，用水量减小，可见C80高强混凝土在较小的水灰比下就具有很好的流动性，工作性能较好。而C40普通混凝土的水胶较大，且存在一定的离析和泌水现象，粘聚性和保水性也相对不好，这必定会影响混凝土的强度和耐久性能。

3 混凝土立方体抗压强度

混凝土立方体抗压强度试验采用100mm× 100mm×100mm的立方体试件（尺寸换算系数按规范要求取0.95）。每组三个试件，试件的尺寸和平整度符合规范要求，试验采用WAW－300系列微机控制电液伺服万能试验机，其加载速度能够进行调整，并能连续均匀加载。试验中C80混凝土加载速度为0.70Mpa/s，C40混凝土为0.50Mpa/s。当试件接近破坏而开始迅速变形时，加载软件会自动控制压力机卸载，并记录破坏荷载。测得的各龄期强度值（乘以尺寸换算系数0.95）见表3。

表3 混凝土立方体抗压强度

可见，C80强度增长快，3天强度达到设计要求的占79.5%，7天强度达到设计要求的92.2%。28天时，混凝土强度均能够满足设计强度要求，后期强度均有不同程度的增长，但C80增长速度大大超过C40普通混凝土强度的增长，说明矿渣和硅粉等矿物掺和料有利于后期强度的增长，改善了混凝土性能，从而使得高强混凝土强度性能优于普通混凝土。

4 混凝土轴心抗压强度

本试验采用100mm×100mm×300mm的立方体试件，每组三个试件，试件的尺寸和平整度符合规范要求。28天龄期时，采用WAW－300系列微机控制电液伺服万能试验机对试件进行连续、均匀加载，加载速度C80为0.65Mpa/s，C40为0.50Mpa/s，其破坏荷载见表4：

表4 混凝土轴心抗压强度

从试验结果看，C80高强混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高于C40普通混凝土。同时，高强混凝土轴压强度试验呈现的破坏过程与普通混凝土有明显的区别，表现出更大的脆性：内部裂缝在很高应力水平下突然出现和发展，破坏过程急促，残余强度跌落快，裂缝几乎全部穿越粗骨料。而普通混凝土裂缝的开展、贯通、直至破坏相比之下缓慢得多，裂缝出现在粗骨料的胶结面。

5 混凝土弹性模量

试验中，混凝土静力受压弹性模量，采用应力为轴心抗压强度40%时的加荷割线模量。弹性模量试件尺寸为100mm×100mm×300mm，改变传统的用变形测量仪以及千分表来测量，而是应用应变片和应变仪来测量应变。为了防止试件在受压的过程中有偏心，在试件的两侧均沿竖向轴线贴应变片，将试件的线连接到YE2538程控静态应变仪的“1/4桥形式”上的接线柱上，补偿片也接入应变仪，两个应变片串联对加载竖向应变进行测试。测得数据，并按混凝土弹性模量计算,结果见表5和表6。

表5 C80混凝土弹性模量

表6 C40混凝土弹性模量

所测得的C80混凝土静弹性模量高于C40混凝土弹性模量，可见C80高强混凝土在刚度、变形、裂缝开展及大体积混凝土的温度应力方面的性能具有一定的优势。

6 混凝土应力应变曲线

测定应力—应变曲线的试件尺寸为100mm× 100mm×300mm，试验过程中同时记录了全过程的轴向压力、纵向应变和横向应变。采用应变片和应变仪来测量试件的纵向应变和横向应变，并在试件上加了两个横向应变片，与竖向应变片相互垂直。为了防止试件在受压的过程中有偏心，在试件的两侧均沿竖向、横向轴线贴应变片，将这两个应变片串联来测得在加载情况下的应变。因试验机释放大量的弹性应变能对混凝土试件造成的冲击破坏而无法进行测试，混凝土试件应力—应变曲线的上升段如图1所示。

图1 混凝土应力—应变曲线

C80应力—应变曲线的上升段几乎接近直线，即使在试件接近破坏前的一段时间，纵向刚度也无显著改变。也说是说，比例极限点显著升高，其应力值接近峰值应力，应力—应变曲线的上升段已不存在裂缝临界应力点，或者说临界应力点和应力峰值点非常接近。低强混凝土应力—应变关系下降段较平缓，相对来说有较好的延性，而高强混凝土表现出很大的脆性，应力一旦达到峰值即呈现剥落，此后反映的是高强混凝土的破碎过程。通过对破坏面的观察发现，C80高强高性能混凝土的破坏面穿越的粗骨料被整齐地劈开，较少出现粗骨料和水泥浆的粘结破坏，而C40普通混凝土则主要为粘结界面破坏，这与混凝土抗压试块破坏现象一致。

7 结语

充分利用高效减水剂和复合掺合料的超叠加效应，通过对骨配合比参数的优选和优化，配制出的强度高、工作性能优异、耐久性能好而成本相对较低的高强高性能混凝土，对提高建筑工程的施工速度、加快模板的周转和节约投资成本具有十分重要的意义。因此，今后应进一步对这些方面进行研究，提高高强混凝土理论与实践水平。

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O6-33

A

1009-9530（2010）05-0007-02

2010-04-14

淮南职业技术学院科技基金项目（HKY10-7）

张立（1980-），男，安徽淮北人，淮南职业技术学院讲师，硕士研究生，主要研究方向：土木工程。