張興華,鄭慧慧

(商丘師范學(xué)院建筑與土木工程系,河南 商丘 476000)

水泥膠砂強(qiáng)度是反映水泥性能的重要技術(shù)指標(biāo),也是劃分水泥強(qiáng)度等級(jí)的依據(jù),一般是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下測(cè)量得到的。而現(xiàn)場(chǎng)施工受自然環(huán)境、氣候條件等因素的制約很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件,造成實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)施工強(qiáng)度的差異,為此進(jìn)行水泥膠砂試體標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件與非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(室外水中、室外空氣中)力學(xué)性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn),并對(duì)結(jié)果分析研究,以期找出差異,用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)方案[2]

制作三組相同的膠砂試體,分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件、室外水中、室外空氣中養(yǎng)護(hù),并測(cè)量每組試體五個(gè)齡期(1 d、3 d、7 d、14 d、28 d)的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)、ZS-15震實(shí)臺(tái)、TYE-6型水泥膠砂抗折試驗(yàn)機(jī)、TYE-200型水泥膠砂抗壓試驗(yàn)機(jī)、40mm×40mm×160mm水泥專用三聯(lián)試模、P· O42.5水泥、蒸餾水、中國(guó) ISO標(biāo)準(zhǔn)砂(表1)。

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1.3 實(shí)驗(yàn)條件

北方地區(qū)的春季、初夏時(shí)節(jié)降水較少、溫度適宜,許多土木工程都在這個(gè)季節(jié)開工建設(shè),本實(shí)驗(yàn)的室外水中和室外空氣中的養(yǎng)護(hù)也選擇在豫東地區(qū)初夏時(shí)節(jié)。

1.3.1 成型條件

水泥膠砂試體的成型條件如表2所示:

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1.3.2 養(yǎng)護(hù)條件

1.3.2.1 第一天的養(yǎng)護(hù)

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試體:帶模放在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱里,溫度 20℃,濕度 95%。

室外水中、室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體:帶模搬到室外通風(fēng)陰涼處,用塑料薄膜覆蓋試體表面。

1.3.2.2 一天后的養(yǎng)護(hù)

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試體:脫模后放在恒溫水槽內(nèi),水溫為 20±0.5℃。

室外水槽養(yǎng)護(hù)的試體:脫模后放在室外通風(fēng)陰涼處的水槽中,實(shí)驗(yàn) 28天內(nèi)的水溫變化如圖1所示。

室外空氣養(yǎng)護(hù)的試體:脫模后放在室外通風(fēng)陰涼且可以被雨水淋到處。由于溫度和濕度是最主要的養(yǎng)護(hù)條件,所以本實(shí)驗(yàn)記錄了 28天內(nèi)的氣溫變化情況如圖1所示,降水情況如表3所示。

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圖1 實(shí)驗(yàn)期間溫度示意

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 抗折強(qiáng)度

分別對(duì)這三組試體做 1 d、3 d、7 d、14 d、28 d五個(gè)齡期的抗折強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果如圖2所示:

圖2 三組水泥膠砂試體的抗折強(qiáng)度

2.1 抗壓強(qiáng)度

分別對(duì)這三組試體做 1 d、3 d、7 d、14 d、28 d五個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果如圖3所示:

圖3 三組水泥膠砂試體的抗壓強(qiáng)度

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 表觀現(xiàn)象及分析.

(1)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試體:上面有一薄層水泥凈漿浮皮,經(jīng)抹布擦拭可以清除。原因分析:由于水泥的泌水作用,試體中的水上升至表面,并在表面形成一層水灰比較高的水泥凈漿。由于試體在養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)濕度很高,表面的水泥凈漿水分不能揮發(fā),于是形成了一層強(qiáng)度很低的水泥凈漿浮皮,它與膠砂試體基體結(jié)合很弱,經(jīng)一天養(yǎng)護(hù)后,可以用抹布輕易擦掉。

(2)室外水中、室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體:這兩種試體都是在實(shí)驗(yàn)室成型后放在室外通風(fēng)陰涼處,并用塑料薄膜覆蓋。一天后,除去薄膜后發(fā)現(xiàn)試體表面有些微露砂子,用力可使砂粒脫落。原因:室外空氣干燥、濕度低,試體雖經(jīng)塑料薄膜覆蓋,但試體與薄膜間難免會(huì)留下空隙,試體表面的水分會(huì)經(jīng)空隙揮發(fā)到空氣中,使?jié){體的高度略有下降,砂粒得以裸露;同時(shí)因砂粒的裸露使其與基體的接觸面積變小,結(jié)合力變小,因此砂粒容易脫落,這就是常說的“起砂現(xiàn)象”。

3.2 抗折強(qiáng)度對(duì)比及分析

3.2.1 縱向?qū)Ρ?/p>

如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試體的抗折強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增強(qiáng),且增長(zhǎng)速度比較均勻。

室外水中養(yǎng)護(hù)試體的抗折強(qiáng)度也隨時(shí)間逐漸增強(qiáng),但前期增速較大,后期增速較小。原因分析:由于室外溫度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度高,其抗折強(qiáng)度在早期便發(fā)揮出來,在后期發(fā)展速度就慢了。

室外空氣中養(yǎng)護(hù)試體的抗折強(qiáng)度總體是增高的,但其增長(zhǎng)規(guī)律較復(fù)雜。原因分析:由于空氣干燥,抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)速度很低,一、二齡期增加 0.6MPa,三、四齡期間竟沒有增長(zhǎng);二、三齡期間之所以增加了 1.4 MPa,是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)的第四、五、六天,豫東地區(qū)普降大雨,試體也被大雨淋著了。而四、五齡期間突然增加了 2.5MPa,是因?yàn)樵摱螘r(shí)間氣溫比較高,夜晚溫度在 20℃左右,白天溫度一般在 30℃左右,甚至達(dá)到35℃,高溫有利于水泥凝結(jié)的發(fā)展、強(qiáng)度的提高,故其抗折強(qiáng)度增加迅速。

3.2.2 橫向?qū)Ρ?/p>

如圖2所示,第一天的抗折強(qiáng)度:標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試體的抗折強(qiáng)度比在室外水中、室外空氣中的抗折強(qiáng)度低了許多(約1.5MPa),因?yàn)槌尚彤?dāng)日室外溫度(19～29℃)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度高,高溫有利于水泥試體強(qiáng)度的發(fā)展。

從第三天開始,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、室外水中兩組養(yǎng)護(hù)的試體抗折強(qiáng)度要優(yōu)于空氣干燥養(yǎng)護(hù)的試體(約 2Mpa),這說明了水中養(yǎng)護(hù)有利于抗折強(qiáng)度的發(fā)展,在空氣中干燥養(yǎng)護(hù)限制了抗折強(qiáng)度的發(fā)展,對(duì)抗折強(qiáng)度極其不利。

3.3 抗壓強(qiáng)度對(duì)比及分析

3.3.1 縱向?qū)Ρ?/p>

如圖3所示,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與室外水中養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而增加,其增加規(guī)律也相似,前期增幅較大,后期增幅較小。原因分析:水泥強(qiáng)度逐漸發(fā)揮出來,時(shí)間越久強(qiáng)度變化趨勢(shì)越小。

室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體,其抗壓強(qiáng)度也隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而增加,但其增加規(guī)律不明顯,一二齡期增加約為 16.5 MPa,二三齡期增幅比較少,僅 7.3 MPa,三四齡期增加約13.6MPa,四五齡期增加約 9.5MPa。原因分析:二三齡期增幅僅為 7.3MPa,這與下雨期間氣溫較低(13～20℃)有關(guān),低的氣溫導(dǎo)致水泥水化緩慢,強(qiáng)度增加量小。四五齡期間氣溫較高(20～30℃左右),室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體增幅大于室外水中養(yǎng)護(hù)試體同齡期的增幅,這說明了室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體因?yàn)榕c空氣直接接觸,對(duì)外界氣溫變化的感知更為敏感,更為強(qiáng)烈。

3.3.2 橫向?qū)Ρ?/p>

如圖3所示,室外水中養(yǎng)護(hù)與室外空氣中養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度基本一致,但室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體受氣溫波動(dòng)的影響很大,氣溫低時(shí)強(qiáng)度增加緩慢,氣溫高時(shí)強(qiáng)度增加迅速;而室外水中養(yǎng)護(hù)的試體由于受水對(duì)氣溫的緩沖作用,氣溫的波動(dòng)對(duì)室外水中養(yǎng)護(hù)試體的抗壓強(qiáng)度影響不那么強(qiáng)烈。由于初夏時(shí)節(jié)豫東地區(qū)的氣溫普遍高于 20℃, 故室外養(yǎng)護(hù)試體的抗壓強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試體的抗壓強(qiáng)度。

4 理論分析

從本實(shí)驗(yàn)三組試體抗折強(qiáng)度的變化情況可以看出:水泥膠砂試體養(yǎng)護(hù)時(shí)所在的物理介質(zhì)對(duì)抗折強(qiáng)度影響很大。原因分析:空氣干燥,濕度低,水泥試體中的水分一部分參與了水泥水化,還有相當(dāng)一部分通過一定的孔道散失到空氣中,這些孔道保留下來并形成微裂紋,分布在水泥試體的表面,且大部分與試體表面相垂直(如圖4所示)。在進(jìn)行三點(diǎn)彎曲抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí),微裂紋處更容易引起應(yīng)力集中,斷裂往往會(huì)從微裂紋處開始。水泥試體無論在水中還是在空氣中養(yǎng)護(hù)都會(huì)形成微裂紋,但是在空氣中養(yǎng)護(hù)時(shí)微裂紋更粗、更長(zhǎng),更加影響水泥的抗折強(qiáng)度[3]。

圖4 試體表面的微裂紋

本實(shí)驗(yàn)中室外空氣中養(yǎng)護(hù)的試體與室外水中養(yǎng)護(hù)的試體的抗壓強(qiáng)度相近,沒有抗折強(qiáng)度差距明顯。原因分析:(1)空氣中養(yǎng)護(hù)的試體的微裂紋主要是集中在泥試體表面,而內(nèi)部的微裂紋較少,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí),構(gòu)件往往從內(nèi)部破壞開始,因此試體表面的微裂紋對(duì)對(duì)抗壓強(qiáng)度的損失較小;(2)空氣中的溫度常高于水中的溫度,促進(jìn)水泥的水化反應(yīng),增加水泥的強(qiáng)度。以上兩種作用效果相互抵消,所以兩者強(qiáng)度相差無幾。

5 結(jié)論

(1)豫東地區(qū)初夏時(shí)節(jié),室外用水養(yǎng)護(hù)良好的試體力學(xué)性能優(yōu)異,其 28 d抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)略高;室外空氣干燥養(yǎng)護(hù)的試體28 d抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)略高,但抗折強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試體。

(2)由于豫東地區(qū)初夏時(shí)節(jié)空氣干燥,主要承受抗折強(qiáng)度的水泥構(gòu)件,例如各種橋梁、橫梁、樓板等,一定要注意施工后期的養(yǎng)護(hù)工作。

[1]陳志源,李啟令.土木工程材料(第二版)[M].武漢理工大學(xué)出版社,2003

[2]GB/T 17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法[S]

[3]胡清社.水泥 28天抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果的誤差分析[J].廣東建材,2004(11)