鄭紅勇，柴麗娟

（1.太原學(xué)院，山西 太原 030032；2.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

1 引言

我國能源短缺，建筑能耗所占比例較大，建筑節(jié)能至關(guān)重要。我國相關(guān)部門相繼發(fā)布了一系列建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，如 《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2015)[1]等。另外，我國在一些地方頒布了補(bǔ)貼政策，北京市鼓勵建筑工程申請綠色建筑標(biāo)識，政府負(fù)責(zé)支付評審費(fèi)，并對高星級綠色建筑實行補(bǔ)貼政策[2]等。建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)以及綠色建筑補(bǔ)貼政策的實施，促進(jìn)了建筑新型節(jié)能材料的研發(fā)和推廣。

?；⒅楸鼗炷潦且环N集保溫和承重的新型材料，目前對保溫混凝土的研究較成熟[3]。?；⒅楸鼗炷羻屋S受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的基礎(chǔ)[4-6]。文獻(xiàn)[7]參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)[8]中規(guī)定的普通混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式以及峰值應(yīng)變等，對保溫混凝土的相關(guān)性能進(jìn)行了研究，并得出保溫混凝土的峰值應(yīng)變隨強(qiáng)度等級的增加而減少，與普通混凝土的峰值應(yīng)變變化規(guī)律相反的結(jié)論。

為了研究?；⒅楸鼗炷练逯祽?yīng)變隨強(qiáng)度等級的變化規(guī)律，試驗設(shè)計了三種不同配方，研究C30、C40和C50保溫混凝土的峰值應(yīng)變變化規(guī)律以及單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

2 試驗材料

1）試驗所用?；⒅檫x自河南信陽某工廠，其主要物理性能見表1。

表1 ?；⒅榈闹饕阅躎able 1 Themain properties of glazed hollow beads

2）試驗所用水泥是42.5級普通硅酸鹽水泥，細(xì)度是0.65，比表面積是400m2/kg。

3）試驗所用砂子是中砂，細(xì)度模數(shù)是2.67；石子是碎石，級配是5~20mm。

4）試驗所用硅灰選自四川某廠家，平均粒徑180nm。

5）試驗所用減水劑是課題組自制的減水劑，試驗所用水是太原市自來水。

3 試驗方案

試驗設(shè)計了三種不同配合比，如表2所示。

表2 1m3保溫混凝土試驗配合比設(shè)計Table 2 The design mixture

試驗參考 《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》 (GB/T 50081-2002)，每種強(qiáng)度等級下制作邊長為150mm的立方體試塊三塊來測量抗壓強(qiáng)度，參考已有的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系研究方法，每種強(qiáng)度等級下制作150mm×150mm×300mm的棱柱體試塊三塊，參考文獻(xiàn)[9]中保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法，制作300mm×300mm×30mm試塊兩塊。

試塊制作過程如下：首先將?；⒅轭A(yù)濕90s，再將其他材料倒入攪拌機(jī)中攪拌240s。將制作好的試塊編號拆模后，放在溫度為23℃的養(yǎng)護(hù)池水中養(yǎng)護(hù)28天，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗。

保溫混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗所用儀器是太原理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實驗室2000kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)，加載速率為0.6MPa/s；應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗所用儀器是5000kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗上升段的應(yīng)變用敏感柵長度為80mm的應(yīng)變片測量，應(yīng)變片縱向粘貼在棱柱體澆筑位置的兩個側(cè)面，下降段用光電百分表測量。保溫混凝土本構(gòu)關(guān)系上升段的加載速率是0.002mm/s，待荷載達(dá)到峰值荷載的90%后，速率為0.001mm/s[10]；導(dǎo)熱系數(shù)試驗所用儀器是沈陽合興檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DRCD-3030型智能化導(dǎo)熱系數(shù)測定儀。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 峰值應(yīng)變、極限應(yīng)變

試驗所測得的保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu、導(dǎo)熱系數(shù)λ、棱柱體峰值應(yīng)力fc，r以及同強(qiáng)度等級下保溫混凝土和文獻(xiàn)[8]中規(guī)定的普通混凝土棱柱體的峰值應(yīng)變 εc，r、極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值εc，u/εc，r如表 3 所示。

表3 試驗結(jié)果Table 3 The test results

由表3可知，隨著強(qiáng)度等級的增加，?；⒅楸鼗炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)逐漸增加，棱柱體峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變也逐漸增加，保溫混凝土峰值應(yīng)變的變化趨勢與普通混凝土的一致，這與文獻(xiàn)[7]得出的規(guī)律不同。同強(qiáng)度等級下保溫混凝土的峰值應(yīng)變以及極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值比普通混凝土的大，說明保溫混凝土的延性比普通混凝土的好。隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值逐漸減小，說明保溫混凝土的延性逐漸變差。

隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的密度逐漸增加，空隙率逐漸減小，空氣含量越少，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)增加；?；⒅槭怯绊懕鼗炷翆?dǎo)熱系數(shù)的主要因素，而三種配合比中，?；⒅榈暮渴且粯拥?，隨著強(qiáng)度等級的增加，?；⒅榈淖饔眯Ч兴鶞p弱，故保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)的逐漸增加。因此，在保溫混凝土強(qiáng)度提高的同時，保溫性能變差。

?；⒅檩p質(zhì)多孔，受力小，變形大，導(dǎo)致保溫混凝土的變形增加，故保溫混凝土的延性比普通混凝土的稍好。三種強(qiáng)度等級下?；⒅榈暮恳粯?，強(qiáng)度等級較高的保溫混凝土中玻化微珠所起的分散能量的作用不如低強(qiáng)度等級的保溫混凝土，故隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的延性逐漸變差。

4.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)中規(guī)定的普通混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模如下：

其中，

n-本構(gòu)曲線上升段參數(shù)值；

αc-本構(gòu)曲線下降段參數(shù)值；

dc-混凝土受壓損傷演化參數(shù)；

參考以上公式，對?；⒅楸鼗炷翍?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行擬合，以 ε/εc，r、σ/fc，r為坐標(biāo)的保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的擬合曲線以及同強(qiáng)度等級下普通混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

圖1 保溫混凝土和普通混凝土棱柱體的應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線圖Fig.1 The stress-strain fitting curves of prisms of TIC and NC

?；⒅楸鼗炷晾庵w本構(gòu)關(guān)系擬合參數(shù)n、αc，以及 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 (GB50010-2010)規(guī)定的同強(qiáng)度等級下普通混凝土的擬合參數(shù)如表4所示。

表4 保溫混凝土和普通混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系擬合參數(shù)Table 4 The fitting parameters of stress-strain relationships of prisms of TIC and NC

?；⒅楸鼗炷寥N強(qiáng)度等級下的應(yīng)力-應(yīng)變無量綱曲線如圖2所示。

由表4可知，參考 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)擬合保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較理想，三種強(qiáng)度等級下，上升段曲線擬合度均較高，C30和C50下降段曲線擬合度較高，而C40下降段擬合度較低，具體原因有待研究。

保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變上n值與混凝土的彈性模量和峰值點的割線模量有關(guān)，n越大，應(yīng)力-應(yīng)變無量綱曲線的斜率越小，曲線越平緩；αc越大，說明曲線越陡。由圖2可知，保溫混凝土三種強(qiáng)度等級下，強(qiáng)度等級越高，n越大，上升段曲線越平緩，αc逐漸增加，下降段曲線越陡，說明保溫混凝土的延性變差。

同強(qiáng)度等級下，與普通混凝土相比，保溫混凝土的n較小，說明保溫混凝土上升段較陡，而且隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土和普通混凝土上升段參數(shù)的比值逐漸增加，說明二者上升段曲線越接近，這與?；⒅楹坑嘘P(guān)，?；⒅楹肯嗤?，強(qiáng)度等級較高的保溫混凝土中?；⒅閷ψ冃蔚挠绊懶Ч鹊蛷?qiáng)度等級的保溫混凝土中玻化微珠的??；與普通混凝土相比，保溫混凝土的αc較小，說明保溫混凝土下降段曲線比較平緩，延性較好，但隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土和普通混凝土下降段參數(shù)的比值規(guī)律不明顯，可能是混凝土的離散型，有待研究。

圖2 保溫混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變無量綱化曲線Fig.2 The dimensionless stress-strain curves of prisms of TIC

5 結(jié)論

1)隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的峰值應(yīng)變逐漸增加，與普通混凝土的峰值應(yīng)變變化趨勢相同。

2)隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的延性變差，但比同強(qiáng)度等級的普通混凝土的延性較好。