约束程度对外掺MgO混凝土变形及劈拉强度的影响

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发布时间：2021-09-05

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约束程度对外掺M gO混凝土变形及劈拉强度的影响
沈达。邓敏，莫立武
(南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京210009)
摘要：研究了约束程度对外掺MgO膨胀剂(MEA)混凝土变形及劈拉强度的影响，试模壁厚为5、7、10mm，MEA活性指数为60、150 S，
MEA掺量为O、6％和9％。试验结果表明：相同约束条件下MEA混凝土的应变随MEA膨胀剂掺量的增加而增大，养护温度越高，应变越
大。3O℃时，掺6％MEA．60的混凝土在壁厚为5 ml／1的试模约束下，28 d时的应变为11．8x10 ，大于在壁厚为10啪的试模约束下混凝
土的应变，但在壁厚为10 ITarl的试模约束下，其劈拉强度比在壁厚为5 nlm试模约束下高13％0
关键词： MEA膨胀剂；约束程度；应变；劈裂抗拉强度
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)10—0014—04
Efectof restraintdegreeontheexpansionandtensilesplittingstrengthofconcretecontainingM gO-basedexpansiveagent
SHENIDa，DENGMin，MO Li-WU
(State Key Laboratory ofMaterials·Oriented Chemical Engineering，College ofMaterials Science and Engineering，
Nanjing University ofTechnology，Nanjing 210009，China)
Abstract： Efect ofrestraint degree on the expansion and tensile spliting strength ofconcrete containing MgO-based expansive agent(MEA)
were investigated．The wall thicknesses ofthe mold used to ingrain the expansion ofconcrete specimen were 5，7，10 nnTl respectively．The activity
values ofMEA used were 60 S and 150 s，an d the amount ofMEA added in concrete were O、6％ and 9％ respectively．Results showed that with in·
creasing am oun t ofMEA，the expansion of concrete increased correspondingly．Furthermore，higher curing temperature caused larger expan sion
strain ofthe concrete．The expansion strain ofconcrete containing 6％ MEA-60 res~ained by using 5mm—thick mold was 11．8x10 at 28 d when
curedunder 30℃。whichwash!gherthanthatofthe concrete restrainedbyusing 10nlln-mickmold．andthetensile splitting strengthofthelatter，
however，Was increased by 13％ in comparison to that ofthe former．
Key w ords： M gO-based expansive agent；restraint degree；strain；tensile spliting s~ength
0 引言
混凝土结构的开裂是一个世界性的技术难题【，它不仅降
低混凝土的力学性能，还会为有害介质的进入提供快速通道，
严重影响混凝土结构的耐久性能和使用性能，缩短混凝土结构
的寿命。在水泥水化硬化过程中，由于水泥的水化放热会使混
凝土特别是大体积混凝土内部温度升高40~50℃，甚至更高，
混凝土在降温过程中将产生收缩，引起温度应力，再伴随着干
燥收缩、自收缩等收缩，在混凝土内部产生较大的收缩拉应力，
可能导致混凝土开裂 _司。在浇筑混凝土大坝的过程中，为了防
止混凝土开裂，必须采取一系列的温控防裂措施。目前常用的
坝内预埋水管冷却、坝面保温和加冰拌和混凝土等方法，既不
经济。施工工艺又较复杂。而在混凝土中掺入MgO膨胀剂，利用
膨胀变形来补偿其收缩变形，可以在混凝土中产生一定的压应
力，部分或全部抵消混凝土结构在收缩过程中产生的拉应力，
这是一种防止和减少混凝土开裂的有效方法。目前MgO膨胀
剂已成功应用于大坝等大体积混凝土中，取得了良好的经济效
益和社会效益[7-9]。
目前关于掺MgO膨胀剂对混凝土性能的影响，试件大都处
在自由条件或相同约束条件下养护。李延波【叼f究了在一维、二
维、三维约束条件下外掺轻烧MgO混凝土的性能，掺5％、8％
和12％MgO混凝土三维约束试件180 d时的劈拉强度分别比
自由试件提高33％、31％和33％。但对于在不同约束程度下外
掺MgO混凝土的变形及其力学性能研究较少，本试验对不同约束
程度下外掺MgO混凝土的变形及劈裂抗拉强度作了初步研究。
1 原材料及试验方法
1．1 原材料
水泥：中国水泥厂生产的金宁羊牌P·II42．5R级水泥；粗集
料：南京天宁采石厂石灰石，小石粒径为5-20 inln，中石粒径为
20--40 II1／ll；细集料：河砂，细度模数为2．6；粉煤灰：华能电厂
I级灰；氧化镁：南京工业大学自行研制，使用2种活性的MgO
膨胀剂(MEA)，柠檬酸法测定其活性指数分别为60、150 S；减
水剂：江苏博特新材料有限公司生产的JM．II高效减水剂。水
泥、粉煤灰和氧化镁的化学成分见表1。
1．2 试验方法
混凝土中：胶凝材料总用量为220kg／m3,细集料为725kg／m3，
粗集料为1 289 kg／m3，JM-B减水剂为O．7％，水为1 10 ke／m ，粉
收稿日期：2012--04—13
基金项目：国家科技支持计划项目(2011BAE27B01)；国家重点基础研究发展计划(2009CB623105)
· l4 ·
表1 水泥、粉煤灰和氧化镁的化学成分％
煤灰掺量为胶凝材料的30％，氧化镁为外掺，掺量分别为胶凝
材料用量的0、6％和9％。
1．2．1 混凝土变形试件的制备与养护
采用规格为612ominx240mm(即内径120nlnl、高240 rnn1)
的钢管试模，所用钢材为Q235钢。试模壁厚分别为5、7、10 toni，
两端盖板厚度分别与壁厚对应，试模为三维密封型试模，内埋
vws．15型振弦式应变计，其中上面盖板中间有一小孔，用于引
出应变计接线。按照SL 352-2006《水工混凝土试验规程》“混
凝土拌合物室内拌合方法”根据配合比拌合混凝土拌合料[11l。混
凝土试件均放入混凝土蒸汽养护箱养护。
混凝土的应变量按式(1)计算：
e~k(P-Po)+(6一 )(T-To) (1)
式中： ——被测物的应变量，10 ；
k— —应变计的测量灵敏度，10哪；
b— —应变计的温度修正系数，1O叫℃ ；
— — 被测物的线膨胀系数，10-6／~C；
F、 — —应变计的实时测量值、基准值，F；
、 — — 温度的实时测量值、基准值，℃。
1．2．2 混凝土劈裂抗拉强度试件的制备与养护
采用规格为612ommxl20mm(即内径120mln、高120mil1)
的钢管试模，所用钢材为Q235钢。试模壁厚分别为5、7、lO mln，
两端盖板厚度分别与壁厚对应，试模为三维密封型可拆卸试模，
按照SL 352-2006(水工混凝土试验规程》“混凝土拌合物室内
拌和方法”根据配合比拌和混凝土拌合料[11】。自由试件放入混凝
土蒸汽养护箱养护，三维约束试件带模约束放人混凝土蒸汽养
护箱至规定龄期，取出脱模后测劈拉强度。
混凝土劈裂抗拉强度按式(2)计算【11】(准确至O．叭MPa)：
f．- (2)
式中i — —试件的劈裂抗拉强度，MPa；
P——试件破坏载荷，N；
A——试件劈裂面面积，mm 。
2 结果与讨论
2．1 试模的约束程度对混凝土试件变形的影响
图1为3O℃下不同试模壁厚对掺6％MEA混凝土试件应
变的影响。其中，未掺MEA的对比样由壁厚为5 mrfl的试模约
束。未掺MEA的混凝土试件的自收缩在60 d内快速发展，在
30℃养护下，60 d时其自收缩应变为一23x10-6o此后混凝土收
缩速率变慢，并趋于稳定，至180 d时，其应变量为一27x10-60掺
MEA．60的试件在28 d龄期内应变增加较多，说明试件的膨胀
速率较快。28 d后膨胀速率变慢。掺MEA．150的试件总体上也
呈膨胀趋势，60d后膨胀速率相对增大，后期膨胀趋势较明显。到
180 d时，最大应变量为18．2x10 ，膨胀应变趋于减小。
在相同的约束程度下，随着龄期的增加，混凝土试件的应
变逐渐增大。掺MEA．60混凝土试件的应变在30 d前增长较
快，30 d后趋于平缓。而掺MEA．150混凝土试件在30 d后应变
还有增长趋势。在相同龄期时，随着试模壁厚的增加，混凝土试
件的应变减小。30℃养护下，掺6％MEA。60的混凝土试件在壁厚
为5＼7、10 mm的试模约束下，其180 d的应变分别为14．5：<10 、
12．3x10-6．9．5x10-6o这是由于试模壁薄，对混凝土试件的约束相
对较小，导致试件变形较大。相反，试模壁越厚约束越大，试件