采用河砂替代石英砂并添加粗骨料的方式制備含粗骨料的超高性能混凝土（UHPC）,研究不同粗骨料摻量和粒徑對UHPC力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:粗骨料摻量的增加對UHPC基體新拌混合物的流動性具有降低作用,粗骨料粒徑對新拌混凝土的流動性具有不規(guī)則增強效應(yīng);當(dāng)粗骨料摻量不大于400kg/m³時,UHPC基體立方體抗壓強度和軸心抗壓強度呈現(xiàn)不同程度的增長,當(dāng)粗骨料摻量繼續(xù)增加,UHPC基體立方體抗壓強度和軸心抗壓強度出現(xiàn)下降;粗骨料粒徑的增加對UHPC基體的立方體抗壓強度和軸心抗壓強度具有增強效應(yīng),而對UHPC抗折及劈裂抗拉強度影響不大。骨料摻量對UHPC基體的彈性模量具有增強效應(yīng),骨料粒徑越小,彈性模量越大;UHPC初裂強度、峰值強度、初裂撓度、峰值撓度以及各階段耗能均隨粗骨料摻量的增加緩慢降低;初裂強度、峰值強度、各階段耗能均隨粗骨料粒徑的增大而降低,初裂撓度與峰值撓度隨粗骨料粒徑的增加呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢;韌性指數(shù)I₅、I₁₀、I₂₀均隨骨料摻量和粒徑的增加而逐漸減小。 

【文章來源】：硅酸鹽學(xué)報. 2020年11期 第1747-1755頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

粗骨料對UHPC工作性的影響

圖2為不同粗骨料摻量與粒徑的UHPC抗壓強度試驗結(jié)果，由圖2a可以看出：當(dāng)粗骨料摻量為400 kg/m3時，立方體抗壓強度和軸心抗壓強度達(dá)到最大值，相比于無粗骨料時分別增加了7.63%和10.17%；在400 kg/m3摻量外，增加或者減少骨料摻量立方體抗壓強度及軸心抗壓強度均會降低，當(dāng)摻量至800 kg/m3時，相比400 kg/m3立方體抗壓強度與軸心抗壓強度分別降低了11.05%和9.01%；骨料從400 kg/m3繼續(xù)增加至600、800 kg/m3時，立方體抗壓強度下降幅度要大于從0～400 kg/m3的增長幅度。這主要原因包括是因為輝綠巖質(zhì)地堅硬，本身具有較高的抗壓強度，且本組實驗采用粒徑5～8 mm的輝綠巖碎石，表面粗糙，與基體的粘結(jié)能力較好，保證界面過渡區(qū)不會輕易破壞；粗骨料在UHPC的基體內(nèi)部形成整體性較好的剛性骨架，且骨料之間的咬合作用力增強，加之鋼纖維在骨料與基體之間的錨固作用，使得體系整體性能更好，抗壓強度隨之增加。當(dāng)骨料摻量繼續(xù)增加，混凝土強度出現(xiàn)降低主要是因為骨料摻量繼續(xù)增加最先造成的是新拌混凝土的流動性下降。當(dāng)摻量從0～800 kg/m3時，新拌混凝土的坍落度擴(kuò)展度從555 mm下降至465 mm(見圖1)，纖維存在結(jié)團(tuán)風(fēng)險，漿體攪拌均勻性變差，內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷增多，造成UHPC強度下降；此外當(dāng)骨料摻量增加過多時水泥漿體無法充分包裹集料界面或者包裹層較薄，則會造成骨料與基體黏結(jié)力不足，同樣造成混凝土強度降低。文獻(xiàn)[12,14]的研究結(jié)果也證明了粒徑為5～10 mm或者5～20 mm時，在一定范圍內(nèi)增加粗骨料摻量會提高UHPC的抗壓強度，但超過這個范圍，強度反而會下降。從圖2b可以看出：當(dāng)粗骨料摻量一定時(400 kg/m3)，粗骨料粒徑為8～10 mm的UHPC抗壓強度和軸心抗壓強度達(dá)到最大值，分別為143.0 MPa和125.9 MPa，相比于骨料粒徑為5～8 mm和3～5 mm時立方體抗壓強度分別增長了5.24%和5.94%，軸心抗壓強度分別增長了0.35%和3.84%，但總體增幅較小，可認(rèn)為粗骨料粒徑對UHPC抗壓強度的提升作用并不明顯；而粗骨料粒徑較大時抗壓強度及軸心抗壓強出現(xiàn)小幅增長。這是因為一方面當(dāng)骨料粒徑為較小時，相同質(zhì)量的碎石粒徑越小則比表面積越大，造成UHPC基體流動性降低，骨料與基體的粘結(jié)能力變?nèi)�，且由于流動性降低�?dǎo)致硬化后基體內(nèi)部缺陷增加，影響混凝土強度；另一方面骨料粒徑較大時，骨料之間的咬合作用更明顯，基體與骨料之間接觸面積增加，粘結(jié)力變大，抗壓強度出現(xiàn)小幅增長。文獻(xiàn)[12]中指出，在骨料摻量分別為10%、20%與30%時，骨料粒徑為5～20 mm的UHPC都比5～10 mm的抗壓強度要高，但是由于2種粒徑為包含關(guān)系，不能區(qū)分具體哪一范圍的粒徑增強效果更佳。

圖3為粗骨料對UHPC彎拉性能的影響結(jié)果，由圖3a可見，在粗骨料摻量小于400 kg/m3時，粗骨料對UHPC基體的抗折強度、劈裂抗拉強度影響較小，當(dāng)粗骨料摻量為400 kg/m3時，UHPC的劈裂抗拉強度最高，達(dá)到17.6 MPa；當(dāng)粗骨料繼續(xù)增加，UHPC基體的抗折強度和劈裂抗拉強度出現(xiàn)下降，但總體下降幅度較小。這與文獻(xiàn)[14]中的結(jié)論一致。當(dāng)粗骨料摻量小于400 kg/m3時，粗骨料對UHPC基體抗彎拉性能影響較小的原因主要是：在骨料摻量較少時，基體中的漿體較多，新拌混凝土的流動性較好，纖維分布比較均勻，與基體的粘結(jié)與錨固更牢固，對基體抗彎拉性能的貢獻(xiàn)更大，此外輝綠巖粗骨料形成的架構(gòu)良好的剛性骨架有利于抗彎拉性能的提高，并且由于骨料本身強度較高，在基體承受彎拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫時，必然繞過粗骨料，但骨料之間的咬合作用又會限制內(nèi)部微裂縫的發(fā)展；而當(dāng)粗骨料摻量繼續(xù)增加至600 kg/m3和800 kg/m3時，基體抗折強度和劈裂抗拉強度出現(xiàn)下降是因為：粗骨料摻量增加，基體中自由流動狀態(tài)的漿體減少，新拌混凝土的流動性下降(見圖1)，導(dǎo)致纖維分散不均勻，纖維的有效利用率下降；此外自由漿體減少致使包裹纖維的漿體減少，纖維與基體的粘結(jié)力減弱，受拉過程中更容易被拔出，但由于影響UHPC彎拉強度的主要因素是纖維[17]，而在探究過程中并未改變纖維摻量，所以UHPC的抗彎拉強度變化并不明顯。


本文編號：2912036