劉 鑫,張立業(yè),邵志偉,史云強(qiáng)

(1.河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098; 2.河海大學(xué) 隧道與地下工程研究所,江蘇 南京 210098)

泡沫混凝土是一種重要的建筑材料,美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)將其定義為水泥、水和預(yù)制泡沫的混合物。自20世紀(jì)20年代問世以來(lái),經(jīng)過不斷地改進(jìn),在20世紀(jì)70年代才開始大規(guī)模應(yīng)用于工程建設(shè)中。由于其內(nèi)部有大量的泡沫孔隙,因此具有質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好、可直立澆筑等優(yōu)點(diǎn)[1-2],在工程中應(yīng)用較為廣泛[3-5]。

作為土木工程中特殊的建筑材料,同普通混凝土一樣,在施工澆筑時(shí)會(huì)存在整體澆筑和分層澆筑的情況。不同的澆筑方式對(duì)后期的應(yīng)力分布和耐久性能會(huì)產(chǎn)生不同影響,因此合理的澆筑工藝對(duì)提高工程質(zhì)量具有重要意義。目前,關(guān)于澆筑工藝的研究主要集中在混凝土材料上[6-7],對(duì)泡沫混凝土在澆筑工藝方面的研究還較少見。

泡沫混凝土耐久性能的研究也具有重要意義。目前,已有眾多學(xué)者從不同方面對(duì)泡沫混凝土的耐久性能開展相關(guān)研究。閆華文等[8]研究了泡沫輕質(zhì)土在淡水和海水條件下的干濕循環(huán)以及在不同養(yǎng)護(hù)條件下的耐侵蝕性能,認(rèn)為干濕循環(huán)以及水的存在對(duì)泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度有重要影響。鄧安等[9]通過對(duì)不同配合比的13組試樣在不同凍融循環(huán)次數(shù)下進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),研究了凍融循環(huán)對(duì)輕質(zhì)填料抗壓強(qiáng)度與變形特性的影響。何國(guó)杰等[10]探討了吸水性與輕質(zhì)土密度的關(guān)系,評(píng)價(jià)了泡沫混凝土的抗凍融循環(huán)性能。Dae-Wook等[11]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),泡沫混凝土的強(qiáng)度隨凍融循環(huán)的進(jìn)行呈降低趨勢(shì),而隨水泥摻量的增加呈增大趨勢(shì)。章燦林等[12]研究了不同原料土摻量對(duì)泡沫混凝土凍融循環(huán)后性能的影響,發(fā)現(xiàn)原料土摻量越大,凍融循環(huán)對(duì)泡沫混凝土性能的影響越大。分析上述文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)研究都針對(duì)運(yùn)營(yíng)階段環(huán)境因素對(duì)泡沫混凝土耐久性能的影響,而施工期澆筑工藝對(duì)后期耐久性能的影響研究較少。劉鑫等[13]將層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合,對(duì)影響泡沫混凝土耐久性能的各種因素進(jìn)行權(quán)重分析,結(jié)論表明，施工期澆筑工藝對(duì)泡沫混凝土耐久性能也有較大影響。因此,開展這方面的研究對(duì)改善泡沫混凝土耐久性能具有重要實(shí)際意義。

本文中,筆者根據(jù)泡沫混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工澆筑的特點(diǎn),利用相似理論,建立室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M泡沫混凝土整體澆筑和分層澆筑兩種澆筑工藝的制樣方法,通過不同養(yǎng)護(hù)條件改變其含水量,開展凍融循環(huán)試驗(yàn),研究在凍融循環(huán)條件下不同澆筑工藝對(duì)試樣的抗壓強(qiáng)度、體積、裂縫發(fā)展的影響。本研究可為泡沫混凝土在寒冷地區(qū)的澆筑施工提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)材料按照CJJ/T 177—2012《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》[14]進(jìn)行選取。試驗(yàn)所用固化劑為南京盤固水泥廠生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥,密度為3 120 kg/m3,其主要物理力學(xué)參數(shù)如表1所示,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表1 試驗(yàn)所用水泥的物理力學(xué)參數(shù)

表2 試驗(yàn)所用水泥主要化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

試驗(yàn)中采用物理方法發(fā)泡,發(fā)泡劑使用河南華泰工程有限公司生產(chǎn)的復(fù)合型蛋白氣泡液,pH為7.0左右,密度為1.2 t/m3左右。試驗(yàn)使用長(zhǎng)寬高均為100 mm的立方體澆筑模具,一聯(lián)3個(gè)為一組。

1.2 澆筑模擬方法和試樣制備

泡沫混凝土的現(xiàn)場(chǎng)澆筑一般分為整體澆筑和分層澆筑。

1)整體澆筑。由于泡沫混凝土漿液中的水泥漿密度遠(yuǎn)大于氣泡群密度,因此在澆筑時(shí)的沖擊擾動(dòng)以及靜置后的水泥重力作用下,會(huì)使泡沫混凝土漿液中上部的水泥向下沉積而氣泡群受擠壓上移。從而導(dǎo)致整體澆筑的試樣內(nèi)部出現(xiàn)自上而下密度逐漸增大的現(xiàn)象,強(qiáng)度也隨之增大,造成內(nèi)部強(qiáng)度分布不均勻。

2)分層澆筑。泡沫混凝土現(xiàn)場(chǎng)采用分層澆筑方式時(shí),相鄰兩層之間設(shè)計(jì)一定的澆筑時(shí)間間隔,所以在兩次相鄰澆筑層之間,存在因受澆筑工藝限制而產(chǎn)生的施工縫。

CJJ/T 177—2012《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》[14]中規(guī)定,泡沫混凝土單次澆筑厚度不宜超過80 cm,室內(nèi)制樣模具高度為10 cm,室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí),各物理量根據(jù)相似比理論[15]確定。

f(t,h,P,ρ,σ,E,υ)=0

(1)

選擇t、h、P作為基本物理量,則其余4個(gè)參數(shù)可表示為

(2)

將縮尺模型下標(biāo)用m表示,根據(jù)原型與模型之間的相似關(guān)系可得式(3)。

(3)

式中,π表示相似判據(jù)。

表3 物理量相似常數(shù)

朱俊杰等[16]的研究表明,泡沫混凝土單次最佳澆筑厚度宜控制在50 cm左右,因此結(jié)合澆筑厚度相似比Ch,室內(nèi)模擬分層澆筑時(shí),分兩層進(jìn)行澆筑效果最好,即每層澆筑厚度為5 cm。

通過上述分析,室內(nèi)制備泡沫混凝土試樣的步驟如下：

1)制備水泥漿液。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比稱取水和水泥,混合攪拌均勻。

2)制備泡沫群?？刂茪馀菝芏葹?8～52 kg/m3,將氣泡液和水按照1∶40的質(zhì)量比進(jìn)行混合攪拌,經(jīng)發(fā)泡機(jī)發(fā)泡。

3)將水泥漿液和泡沫群混合攪拌后澆筑。模擬整體澆筑時(shí),可以通過控制澆筑時(shí)分層攪拌的時(shí)間來(lái)控制消泡的程度。由于攪拌時(shí)間間隔越長(zhǎng),消泡越多,漿液密度越大,進(jìn)而達(dá)到模擬現(xiàn)場(chǎng)的密度沿深度變化情況,試驗(yàn)中攪拌時(shí)間間隔設(shè)計(jì)為3 min,整體澆筑試樣如圖1所示。在模擬分層澆筑時(shí),先澆筑模具的1/2(5 cm)，然后采用保鮮膜封蓋養(yǎng)護(hù)。待達(dá)到設(shè)計(jì)澆筑時(shí)間間隔后,再澆筑1/2高度試樣,將模具充滿形成完整試樣,進(jìn)而可以模擬現(xiàn)場(chǎng)分層澆筑時(shí)出現(xiàn)的施工縫,試驗(yàn)中澆筑時(shí)間間隔設(shè)計(jì)為8 h,分層澆筑試樣如圖2所示。

4)養(yǎng)護(hù)。澆筑完成后使用塑料薄膜封蓋,在(20±2) ℃、98%±2%的恒溫、恒濕標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)48 h后脫模,編號(hào)后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28 d。

圖1 整體澆筑試樣Fig.1 Whole casting sample

圖2 分層澆筑試樣Fig.2 Layered casting sample

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 配合比和含水量水平

試驗(yàn)設(shè)計(jì)水灰比為0.58、氣泡體積含量為700 L/m3、濕容重為7 kN/m3。泡沫混凝土作為一種多孔材料,其含水量難以控制,參考文獻(xiàn)[17]考慮含水率的影響,本試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)含水量水平:室內(nèi)環(huán)境下放置7 d(w室內(nèi))、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)放置7 d(w標(biāo)準(zhǔn))和浸水環(huán)境放置7 d(w浸水),從養(yǎng)護(hù)后稱質(zhì)量以及含水量試驗(yàn)結(jié)果可知,含水量大小順序?yàn)閣浸水>w標(biāo)準(zhǔn)>w室內(nèi)。為避免試樣在凍融循環(huán)過程中造成水分流失,所以對(duì)浸水條件養(yǎng)護(hù)試樣采取密封處理。

1.3.2 凍融循環(huán)試驗(yàn)

凍融循環(huán)試驗(yàn)參考美國(guó)ASTM D560/D560M:2016[18]規(guī)范進(jìn)行,步驟如下：

1)凍循環(huán)。將冷凍柜-40 ℃預(yù)冷1 h后,將兩種試樣放入冷凍柜中,在(-30±5) ℃下冷凍24 h后取出稱質(zhì)量,并測(cè)量其長(zhǎng)寬高3次取平均值。

2)融循環(huán)。將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣和浸水養(yǎng)護(hù)試樣置于(20±2) ℃、濕度100%±2%的養(yǎng)護(hù)室中融化23 h,將室內(nèi)養(yǎng)護(hù)試樣置于室內(nèi)環(huán)境中融化23 h。然后稱質(zhì)量,并測(cè)量其長(zhǎng)寬高3次取平均值。

試驗(yàn)共進(jìn)行10次凍融循環(huán)[19],每次凍融循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)并記錄峰值強(qiáng)度,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照J(rèn)TG E40—2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[20]進(jìn)行。整體澆筑試樣編號(hào)為CD,分層澆筑試樣編號(hào)為DJ,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)編號(hào)為1,浸水養(yǎng)護(hù)編號(hào)為2,室內(nèi)養(yǎng)護(hù)編號(hào)為3。同一澆筑工藝每種含水量制備30個(gè)平行試樣,每次凍融循環(huán)結(jié)束后取每種含水量下的3個(gè)試樣測(cè)量其長(zhǎng)寬高,計(jì)算前后體積變化,并進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),取3個(gè)試樣的體積與強(qiáng)度平均值作為最終值。試驗(yàn)示意圖如圖3所示。

圖3 凍融循環(huán)試驗(yàn)示意圖Fig.3 Schematic diagram of freezing-thawing cycle tests

2 結(jié)果與分析

2.1 含水量

表4為不同養(yǎng)護(hù)條件下試樣含水量統(tǒng)計(jì)表。由表4可以看出:在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下兩組試樣含水量相差較大,總體范圍為20%～27%;浸水養(yǎng)護(hù)試樣含水量?jī)山M之間相差較小,為30%左右;室內(nèi)養(yǎng)護(hù)試樣含水量約為6%～8%,說明3種含水量的設(shè)計(jì)對(duì)各組初始劣化試樣的區(qū)分較為明顯。

作為連接翻譯理論與翻譯實(shí)踐的一條重要紐帶，翻譯批評(píng)所肩負(fù)的責(zé)任不僅僅是對(duì)眾多的翻譯作品進(jìn)行評(píng)論和解析，它還會(huì)影響并指導(dǎo)翻譯活動(dòng)朝更健康的方向發(fā)展。在文學(xué)翻譯實(shí)踐中，誤譯在所難免。譯者必須小心謹(jǐn)慎，反復(fù)琢磨，堅(jiān)持從翻譯批評(píng)的角度對(duì)作品進(jìn)行分析，以翻譯理論指導(dǎo)翻譯實(shí)踐，促進(jìn)翻譯水平的提升，從而確保譯文的可讀性和準(zhǔn)確度，充分實(shí)現(xiàn)文學(xué)翻譯在語(yǔ)言文化溝通領(lǐng)域的橋梁作用。

表4 不同養(yǎng)護(hù)條件下試樣含水量

2.2 抗壓強(qiáng)度變化

泡沫混凝土作為一種多孔材料,其凍融循環(huán)的破壞機(jī)制與普通混凝土不同,Senbu等[21]認(rèn)為在較大空氣孔隙中存在水分是引起泡沫混凝土劣化破壞的主要原因。泡沫混凝土與普通混凝土之間的差異導(dǎo)致了明顯的兩相凍融劣化,一相是受冷凍水的膨脹力[22],另一相是受飽和表層和非飽和表層的差異力[23]。在這兩相力的作用下,造成了泡沫混凝土的凍融循環(huán)劣化。因此，含水量對(duì)泡沫混凝土凍融劣化有著重要影響。

為了研究不同含水量對(duì)凍融循環(huán)條件下兩種澆筑試樣抗壓強(qiáng)度的影響,定義相對(duì)強(qiáng)度變化率(η)為28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(qu)和凍融循環(huán)結(jié)束后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(q′u)的差值與qu之比,如式(4)所示。

(4)

η越大表示含水量對(duì)凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度影響越大。

針對(duì)各組試樣進(jìn)行10次凍融循環(huán)試驗(yàn),圖4和5分別為整體澆筑試樣和分層澆筑試樣的抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化曲線。圖4和5中，n為凍融循環(huán)次數(shù),R2為相關(guān)系數(shù)。

圖4 整體澆筑試樣抗壓強(qiáng)度變化曲線Fig.4 Compressive strength variation curves of whole casting samples

圖5 分層澆筑試樣抗壓強(qiáng)度變化曲線圖Fig.5 Compressive strength variation curves of layered casting samples

由圖4可看出:整體澆筑試樣凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)呈良好的線性關(guān)系,可以用直線(qu,n=an+b)擬合。當(dāng)含水量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、浸水養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí),η分別為42.35%、43.95%和35.22%。因此,含水量越大,凍融循環(huán)結(jié)束后抗壓強(qiáng)度下降也越大,即對(duì)凍融循環(huán)后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響越大。產(chǎn)生這種規(guī)律的原因是含水量越大,隨著凍融循環(huán)的進(jìn)行,產(chǎn)生的凍脹效應(yīng)越明顯,對(duì)試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞越大,因此導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降越大。由圖5可知:分層澆筑試樣凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)呈良好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系,可以用曲線(qu,n=a+bcn)來(lái)擬合,在第4次到第7次凍融循環(huán)時(shí),抗壓強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯減緩。當(dāng)含水量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、浸水養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí),η分別為36.66%、38.25%、35.15%,也呈現(xiàn)出含水量越大,凍融循環(huán)后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降越大的規(guī)律。

對(duì)比圖4和5的相對(duì)強(qiáng)度變化率可以發(fā)現(xiàn):分層澆筑試樣在凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度變化小于整體澆筑試樣的抗壓強(qiáng)度變化,并且分層澆筑試樣凍融循環(huán)后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度受含水量的影響程度小于整體澆筑試樣。說明分層澆筑工藝有助于提高泡沫混凝土在不同含水量下的抗凍融能力。

2.3 體積變化

體積的變化情況通過相對(duì)體積變化率(β)表示,定義β為試樣第n次融循環(huán)后的體積VRn和第n次凍循環(huán)后體積VDn的差值與初始體積V0之比,即

(5)

試驗(yàn)中取3個(gè)試樣體積平均值作為該含水量下的體積,圖6和7分別為整體澆筑試樣和分層澆筑試樣在3種含水量下相對(duì)體積變化率隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化曲線。

由圖6可知:整體澆筑試樣的相對(duì)體積變化率在3種含水量下變化趨勢(shì)大致相同,當(dāng)含水量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、浸水養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí),相對(duì)體積變化率的方差分別為0.225%、0.226%和0.490%。因此,體積變化幅度最大的是室內(nèi)養(yǎng)護(hù)試樣,浸水養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)試樣體積變化幅度差別不大。由圖7可知:當(dāng)含水量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、浸水養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí),分層澆筑試樣的相對(duì)體積變化率的方差分別為0.173%、0.085%和0.072%。因此,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試樣體積變化幅度最大,浸水養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí)試樣體積變化幅度差別不大。

圖6 整體澆筑試樣相對(duì)體積變化率曲線Fig.6 Relative volume change rate curves of whole casting samples

圖7 分層澆筑試樣相對(duì)體積變化率曲線Fig.7 Relative volume change rate curves of layered casting samples

對(duì)比圖6和7還可以看出:分層澆筑試樣的體積變化幅度小于整體澆筑試樣,同時(shí)分層澆筑試樣凍融循環(huán)后體積變化受含水量的影響程度也小于整體澆筑試樣,在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)條件下,兩種澆筑試樣凍融循環(huán)后相對(duì)體積變化率的方差相差最大,為0.418%。這也說明了分層澆筑更適合于含水量變化較大的高寒環(huán)境下的施工。

2.4 裂縫發(fā)展分析

在每次凍融循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),選取兩種澆筑試樣分別觀察其裂縫發(fā)展形式,其中典型試樣的裂縫形式如圖8和9所示。

圖8為整體澆筑試樣在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的裂縫發(fā)展情況。由圖8可以看出:裂縫形式主要為縱向貫穿裂縫;在最后一次凍融循環(huán)時(shí),密度交界面處還會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫(圖8(d))。這是由于在密度交界處,上下密度的差異導(dǎo)致含水量存在差異,產(chǎn)生凍脹應(yīng)力的應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而在密度分界面處出現(xiàn)局部橫向裂縫。

圖9為分層澆筑試樣在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的裂縫發(fā)展情況。由圖9可以看出:裂縫形式雖然還是以縱向貫穿裂縫為主,但在澆筑分層處,會(huì)使縱向裂縫發(fā)生偏移,并且在分層處還會(huì)產(chǎn)生壓碎現(xiàn)象。這是由于在澆筑分層處存在類似于巖石的“節(jié)理”面,在受壓時(shí),由于施工縫的存在,產(chǎn)生的各向異性使應(yīng)力方向發(fā)生改變,從而產(chǎn)生了裂縫的橫向偏移。

圖8 整體澆筑試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)裂縫Fig.8 Uncofined compressive strength test cracks of whole casting samples

圖9 分層澆筑試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)裂縫Fig.9 Uncofined compressive strength test cracks of layered casting samples

3 結(jié)論

通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)泡沫混凝土的兩種澆筑工藝進(jìn)行模擬,分析了兩種澆筑工藝試樣在不同含水量下的抗壓強(qiáng)度、體積以及裂縫隨凍融循環(huán)的發(fā)展變化規(guī)律及其原因,可以得出以下結(jié)論:

1)通過控制澆筑時(shí)分層攪拌的時(shí)間來(lái)控制消泡的程度，進(jìn)而控制漿液密度，從而模擬現(xiàn)場(chǎng)整體澆筑;通過設(shè)置澆筑時(shí)間間隔模擬分層澆筑。

2)在3種含水量下,整體澆筑試樣和分層澆筑試樣的抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)分別呈良好的線性和指數(shù)函數(shù)關(guān)系,且整體澆筑試樣在凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度的變化幅度以及受含水量的影響程度均大于分層澆筑試樣。

3)在3種含水量下,整體澆筑試樣在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)條件下凍融循環(huán)后的體積變化幅度最大,分層澆筑試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下凍融循環(huán)后的體積變化幅度最大,且整體澆筑試樣在凍融循環(huán)后體積變化幅度以及受含水量的影響程度均大于分層澆筑試樣。

4)整體澆筑試樣的裂縫形式主要為縱向貫穿裂縫;而分層澆筑試樣的裂縫形式以縱向貫穿裂縫為主,在澆筑分層處,縱向裂縫還會(huì)發(fā)生橫向的偏移,并且在此處產(chǎn)生壓碎現(xiàn)象。