C70高性能混凝土的力学性能试验研究

摘要：通过主要通过试验研究了C70高性能混凝土的力学性能，包括静力受压弹性模量、泊松比及棱柱体在单轴受压状态下的应力应变关系等，为高性能混凝土的应用和生产应用提供了一些依据。

关键词：矿渣微粉硅灰高性能混凝土强度弹性模量泊松比

1 引言

近年来，随着土木工程材料科技的不断进步，混凝土的组成及施工工艺也发生了巨大变化，混凝土结构的研发与创新，新材料、新工艺、新技术的开发应用等方面均取得了长足的进步。高性能混凝土（High Performance Concrete,简写为HPC）是一种体积稳定性好、具有高耐久性、高强度与高工作性能的混凝土[1]，它的推广应用有着显著的技术经济、社会和环境效益。

高性能混凝土又被称为六组份混凝土[2]，所用的原材料，除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水四大组成，还有化学外加剂（第五组分）和矿物外加剂（第六组分）。使用新型的高效减水剂和矿物掺合料是使混凝土达到高性能的主要技术措施。

本文的技术途径是立足于地方材料和常规生产工艺，依靠掺加化学外加剂，同时外加一定比例的矿物掺合料，使混凝土拌合物具有良好的工作性及高强度，从而实现混凝土的高性能。

2 高性能混凝土的静力受压弹性模量

在弹性材料中应力与应变是线性关系，因而存在一个不变的材料常数，即弹性模量。而混凝土不是真实的弹性材料，而是兼有弹、黏、塑三性，只是在很小的应力范围内（

本文所采用的是边长为150mm×150mm ×550mm的棱柱体试件（非标准试件），按照规范《普通混凝土力学性能试验方法标准》[8]所规定的试验方法进行试验。

2.1 混凝土配合比

本文进行了一种配合比、不同材料的6组高强混凝土的弹性模量试验，混凝土的配合比为每立方米混凝土材料用量：水145 kg 、水泥377 kg（P.O42.5）、细骨料516kg（中砂）、粗骨料1204kg（A组5~15mm、B组5~20mm）、矿粉145 kg、硅粉58 kg、高效减水剂11.28kg，合计24562456 kg/m3；6组混凝土采用养护条件的是室内自然养护。

2.2 试验的加载制度

按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）[4]所规定的加载制度进行加载，加荷方法如图1所示。

图1 弹性模量加荷方法示意图

2.3 静力受压弹性模量实测值

试验实际测得6组混凝土的立方体抗压强度值、轴心抗压强度值及静力受压弹性模量值如表1所示：

由表1可以看出：

① 高强混凝土的弹性模量值很大，要比一般强度混凝土的弹性模量值高很多；

② 高强混凝土的轴心抗压强度值与立方体抗压强度值相差不大；

③ 粗集料的颗粒级配及矿物外加剂的种类对高强混凝土的弹性模量值影响较大。

表1 混凝土的抗压强度值及弹性模量值

3 应力应变关系

边长为150mm×150mm×550mm的棱柱体应力-应变关系曲线如图2所示，试验所采用的加载制度如图1所示。

从应力-应变关系图2可知：

① 对于高强混凝土，当压应力小于抗压强度的80~90%时，应力-应变关系呈线性递增，一旦超过很快发生破坏；

与普通混凝土相比，由于高性能混凝土中含有硅粉，可生成典型的致密结构，其扩展到骨料表面，大大地消除了过渡区的不均衡性，改善了混凝土结构，使得高性能混凝土的界面粘结强度得以提高，只有当压应力较大时，初始界面裂缝才会有所增加，所以，高性能混凝土应力-应变曲线的直线段与普通混凝土相比相应要长[9]。

② 两种混凝土的峰值压应变相差较大，A组峰值微应变为900με左右，B组为1600με左右。这与粗骨料的粒径及矿物外加剂的种类等因素有关。

③ A组混凝土的峰值拉应变在230~250με左右，拉应变要比压应变先达到弹性极限状态。

图2棱柱体σc-ε曲线

4 泊松比

通过试验文献[5]得出如下结论：高性能混凝土的泊松比与普通混凝土的泊松比比较接近，初始泊松比基本保持在0.17~0.23之间。文献[6]试验测得高性能混凝土泊松比的变化范围为0.14~0.19，平均值为0.17。

本文通过试验测得A组混凝土的泊松比如表所示，其中两个试件的σc/σmax-v关系曲线如图3所示，试件A-3形状不规则，出现纵向劈裂裂缝较早，强度较低，没有得到完整的σc/σmax-v关系曲线。

图3棱柱体σc/σmax-v关系曲线

由图3可以看出：

① C70高性能混凝土的初始泊松比在0.21~0.25之间，要比文献[5]中的值高一点。

② 在1/3极限强度范围内的低周荷载作用下（σc/σmax＜0.33），泊松比v在0.06~0.25之间有所变化，试件A-1可能因为应变片的原因离散性比较大；0.33≤σc/σmax＜0.6时，泊松比v略有增加；0.6≤σc/σmax＜0.9时，泊松比v增加较大；0.9＜σc/σmax时，泊松比v急剧增加，横向变形达到极限拉伸状态，混凝土破坏；与文献[5]试验所得的规律相同。

7 结论

（1）采用常用的水泥、砂石骨料,使用一般的施工工艺，依靠掺加高效减水剂与超细活性矿物外加剂，就可以配制出高性能混凝土。由此可见,利用高效减水剂与超细活性矿物外加剂使混凝土获得高性能具有良好的经济性与实用性。

（2）高性能混凝土的弹性模量值很大，要比一般强度混凝土的弹性模量值高很多；高强混凝土的轴心抗压强度值与立方体抗压强度值相差不大；粗集料的颗粒级配及矿物外加剂的种类对高强混凝土的弹性模量值影响较大。

（3）对于高性能混凝土，当压应力小于抗压强度的80~90%时，应力-应变关系呈线性递增，一旦超过很快发生破坏；粗骨料的颗粒级配及矿物外加剂的种类不同时，混凝土的峰值压应变相差较大。80~90MPa高强混凝土的混凝土的峰值拉应变在230~250με左右，拉应变要比压应变先达到弹性极限状态。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看