C60机制砂高性能混凝土热膨胀特性试验研究.pdf

2023年第6 期（总第40 4期）Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.034混凝土ConcretePRACTICAL TECHNOLOGY实用技术C60机制砂高性能混凝土热膨胀特性试验研究吉龙华1，李卫文1，樊亚男，王聪聪，柴松华2（1.山西工程职业学院，山西太原0 30 0 0 9；2.太原理工大学土木工程学院，山西太原0 30 0 2 4)摘要：为研究C60机制砂高性能混凝土的热膨胀特性，并从混凝土各组分热膨胀特性差异的角度分析高温后混凝土抗压强度下降的原因。通过高温试验，分别对粗骨料、水泥石、硬化后的混合浆体、砂浆及C60机制砂混凝土的热膨胀值以及不同高温后C60机制砂高性能混凝土试件的抗压强度、红外温升进行了测试。结果表明，C60机制砂高性能混凝土的抗压强度损失阈值为500，50 0 6 0 0 范围内，抗压强度下降幅度最大，由50 0 时的31%增至6 0 0 的6 5%。粗骨料、砂浆及混凝土的热膨胀趋势均为随温度的升高而膨胀增大，90 0 时线膨胀值达到最大，分别为1.54%、1.42%、2.12%；水泥石与混合浆体的热膨胀随温度的升高呈先膨胀后收缩的趋势，分别在2 13、145时线膨胀率达到最大值0.18%、0.12%，之后一直收缩，90 0 时的收缩率分别达到2.50%3.7 2%。对5种组分的热膨胀特性进行对比分析，并结合红外热成像技术，得出40 0 后，浆体与粗骨料变形的不协调导致混凝土内部裂缝的迅速发展，造成抗压强度快速下降。关键词：高性能混凝土；高温试验；热膨胀；抗压强度；红外温升中图分类号：TU528.01Experimental study on thermal expansion characteristics of C60 machined sand high performance concreteAbstract:In order to study the thermal expansion characteristics of C60 machined sand high performance concrete,from the angle of thedifference of thermal expansion characteristics of concrete components,the reasons for the decrease of concrete compressive strength afterhigh temperature were analyzed.By high temperature test,the thermal expansion values of coarse aggregate,cement,hardened mixed slurry,mortar and C60 machined sand concrete,as well as the compressive strength and infrared temperature rise of C60 machined sand highperformance concrete specimens at different high temperatures were tested.The results show that the compressive strength loss threshold ofC60 machined sand high performance concrete is 500 C.The compressive strength decreases the most in the range of 500 C to 600,from 30.7%at 500 C to 64.6%at 600 C.The thermal expansion trend of coarse aggregate,mortar and concrete expands with the increase oftemperature,and the linear expansion value reaches the maximum of 1.54%,1.42%and 2.12%at 900 ,r e s p e c t i v e l y.T h e t h e r m a lexpansion of cement and slurry showed a trend of expansion first and then contraction with the increase of temperature.The linear expansionrates reached the maximum of 0.18%and 0.12%at 213 C and 145 C ,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e n k e e p s h r i n k i n g.T h e s h r i n k a g e r a t e s r e a c h e d2.50%and 3.72%at 900 C,respectively.The thermal expansion characteristics of the five components were compared and analyzed,combined with infrared thermal imaging technology,it was concluded that after 400 C,the deformation of mixed slurry and coarseaggregate was not coordinated,which led to the rapid development of cracks in concrete,resulting in a rapid decline in compressive strength.Key words:high performance concrete;high temperature test;thermal expansion;compressive strength;infrared temperature rise文献标志码：AJI Longhua,LI Weiwen,FAN Yanan?,WANG Congcong”,CHAI Songhua?(1.Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan 030009,China;2.College of Civil Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)文章编号：10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 16 8-0 5出了16 5 50 0 范围内砂浆、石材及钢筋热膨胀系数随温0引言度的变化规律。施忠旗研究得出，随着石粉掺量增大，机以机制砂为细骨料配制而成的混凝土称为机制砂混制砂混凝土1d孔隙率降低，早龄期热膨胀系数增大。姚武凝土!，由于机制砂可以有效缓解天然砂资源短缺的问题，等 7 研究得出，当用水量一定时，热膨胀系数随水灰质量比机制砂混凝土被广泛应用于房建、桥梁等工程 2-4。对C60的增大而降低。陈薇8 对掺与不掺聚丙烯纤维的C80高性机制砂高性能混凝土的热膨胀特性进行研究,并从混凝土能混凝土在2 0 8 0 0 温度段内的线膨胀系数进行研究，各组分热膨胀特性差异的角度分析高温后混凝土抗压强得出了C80高性能混凝土热膨胀性能变化规律机理。张大度下降的原因具有重要意义。游凡5通过极端温度试验，得弓9通过改良的热膨胀系数测定仪器测定了骨料和混凝土收稿日期：2 0 2 2-0 3-13基金项目：山西省重点研发项目（2 0 190 3D321113）168的热膨胀系数，得出骨料对混凝土热膨胀系数的影响要弱于水泥石，水灰比对于混凝土的热膨胀系数的影响最大最直接。Bazant等 10 通过研究混凝土热膨胀特性得出，混凝土高温爆裂主要是由高温后混凝土内部热膨胀及产生高应力造成的。对机制砂混凝土及其各组分在不同温度下的热膨胀性能进行了更加系统的研究，通过模拟建筑火灾升温过程，分别对粗骨料、水泥石、硬化后的混合浆体、砂浆及C60机制砂混凝土的热膨胀值以及不同高温后C60机制砂高性能混凝土试件的抗压强度、红外温升进行了测试与分析，以期对C60机制砂混凝土实际工程在遭受火灾后的评估鉴定及修复加固提供可靠的理论依据。1试验概况1.1原材料水泥采用太原产PO42.5级水泥，主要技术指标如表1所示，满足GB175一2 0 0 7 通用硅酸盐水泥规定。表1音普通硅酸盐水泥的主要技术指标密度细度抗压强度/MPa抗折强度/MPa凝结时间/min/(g/cm)/%3.15.0矿物掺合料选用太原产S95级矿渣粉和I级粉煤灰，矿渣粉比表面积为42 0 m/kg，密度为2.8 g/cm,主要技术指标如表2 所示，矿渣粉粒径分布如图1所示。粉煤灰比表面积为6 6 2.7 m/kg，密度为2.2 4g/cm,45m方孔筛的筛项目表观密度/(kg/m)技术指标2 600检测结果2.670100元%8060402000.150.300.60 1.182.364.759.50网孔尺寸/mm图2砂子筛分级配曲线拌和用水采用太原市自来水。1.2配合比试验制备的混凝土试件为C60高性能混凝土,混凝土流动性设计为落度（18 0 2 0）mm、落扩展度为（550 50）mm，抗渗等级要求满足P8。经前期计算与试配,水胶比为0.3,矿渣粉和粉煤灰掺量分别为胶凝材料总量的15.1%、10%，符合GB/T510032014矿物掺合料应用技术规范规定，砂率为41%,混凝土性能满足设计要求。混凝土配合比如表5所示。表5C60机制砂高性能混凝土配合比kg/m水泥矿渣粉粉煤灰机制砂碎石水减水剂41283表2 矿渣粉主要技术指标密度比表面积/g/cm)/(m/kg)2.8420.016口筛余量14累积一1210/喜光864200.1表3粉煤灰的主要化学成分SiO,Al,O,Cao Fe,O,SO,MgO Na,O K,O TiO,P,O,Loss45.26 28.963.697.112.110.420.270.761.270.259.90余量为10.5%，粉煤灰化学成分如表3所示。粗骨料采用太原产粒径为5 2 5mm连续级配的石灰岩碎石，各项性能均符合要求，颗粒级配合格，具体如表4所示。3d28d29.752.855711流动性比/%100.0110粒径/um图1矿渣粉粒径分布3d28d初凝终凝5.88.6堆积密度/(kg/m)一1 750-1区2区-+3区1024165含水率Loss/%/%0.12.071001806040200100100010000细骨料采用太原产石灰石机制砂，其表观密度为260330表4粗集料性能指标空隙率/%含泥量/%泥块含量/%针、片状含量/%压碎值/%45.01.034.50.651.3试件制作与养护1.3.1混凝土试件制备按配合比称量好各组分原材料，先将粗骨料和机制砂充分搅拌，再将水泥、矿渣粉和粉煤灰投入搅拌机继续搅拌均匀，最后将水与减水剂的混合物缓慢加人搅拌机，继续搅拌4 5min即可出料。出料后及时测定混凝土拌合物的落度，测得落度19 5mm、落扩展度为58 5mm，符合要求，分层装人150 mmx150mmx150mm立方体模具中振捣成型。试样在成型后2 4h脱模，将成型后的试块在（2 0 1）、相对湿度9 5%以上的标准养护条件下养护至2 8 d进行相关试验。1.3.2热膨胀试验试件制备粗骨料：选取较大颗粒石子加工成5m