冶金集料对高性能混凝土力学性能的影响

　　混凝土冶金集料对高性能混凝土力学性能的影响严安，吴科如，张东，姚武（同济大学混凝土材料研究国家重点实验室，上海200092）表明：混凝土的强度和断裂韧性随冶金集料的置换率的增加而提高；断裂能随冶金集料置换率的增加而提高特别显著，采用延性指数描述了冶金集料对混凝土脆性的影响，混凝土的脆性随冶金集料置换率的增加而降低，特别对于水胶比较高的系列；从断裂面信息的分析表明，断裂面的分数维和粗糙度的增加与混凝土断裂能或延性指数增加的趋势相-致。

　　1前言随着建筑工程向高层化、大荷载、大体积、快速、经济、节能以及特殊工程的需要，高性能混凝土得到了越来越广泛的用途。但高性能混凝土存在很多问题，其中较为突出的问题是随着混凝土强度的提高材料的脆性加较快，当构筑物混凝土强度较高时有可能出现灾难性的破坏。因此Tasdemir指出：高性能混凝土由于裂缝穿集料破坏大大加了导致混凝土脆性相应加了，特别是对强度较高的硅粉混凝土12.Oluolorn和Malak采用了冶金集料置换普通集料以强韧40MPa的高性能混凝土，结果表明混凝土的强度和韧性都得到了加3.但对于混凝土的强度与脆性之间矛盾较为突出的是6CMPa以上的高性能混凝土，因此本文研究了冶金集料对60MPa和80MPa的基准高性能混凝土进行强韧，减小脆性，并采用了断裂面信息解释了冶金集料的强韧机理。

　　2试验过程2.1原材料及配合比普通硅酸盐水泥，28d抗压强度63.5MPa超细矿渣的比表面积为600mVkg.细集料为河砂，细度模数2.85.粗集料的压碎指标为8.3大粒径分别为20mm.采用高效减水剂改善混凝土的和易性。冶金集料为赤铁矿矿石，表1给出了它的化学组成。基准混凝土的配合比如表2采用冶金集料分别置换25、50和75体积的普通集料。每种配合比用六个100父100100（！）和三个缝高比为0.5的100X100X50（mm）的试件分别测试28d的抗压强度、劈拉强度和断裂能，所有试件均在成型一天后放入标准养护室内养护28d后等待测试。

　　表1冶金集料的化学组成表2基准配合比（kg/m3）系列水泥矿渣石子砂水胶比2.2断裂参数抗压强度和劈拉强度采用普通的万能试验机进行测试，断裂能采用闭环反馈控制的Ireton8501进行测试。断裂能测试的加载速率为0.试件完全断为止。试验过程按照RILEM中关于断裂能的测试步骤进行。

　　采用在Bazant的尺寸效应模型中的名义应力aN反映混凝土的自身强度。并将断裂能与名义应力的比值作为延性指数：Pu：峰值荷载，cn：与试件几何尺寸有关的常数，B：试件的深度，W：试件的宽度。对于本试验，试件尺寸均为3力学性能试验结果表3为掺不同体积冶金集料混凝土的力学性能。

　　和为冶金集料混凝土的抗压强度和劈拉强度随冶金集料体积置换率的变化，从图中可以看出通过置换部分普通集料，混凝土的抗压强度fc和劈拉强度fst均提高了。通过冶金集料置换普通集料的HPC―30系列混凝土的抗压强度提高幅度较HPC―26系列大，可能是水胶比较高的HPC-30的抗压强度对界面粘结强度不敏感。HPC―26系列混凝土劈拉强度较HPC―30系列提高幅度大，可能是混凝土的劈拉强度对界面强度较为敏感。对于HPC26系列，当集料置换率从0加到75时，拉压比从0. 071加至0.表3混凝土的力学性能标准劈拉强度与冶金集料含量的关系为掺与不掺冶金集料混凝土的切口三点弯曲梁的荷载挠度曲线，从图中可以看出，掺入冶金集料的混凝土软化段较普通混凝土平缓，这是由于冶金集料的桥接作用较为显著。和5表明断裂能Gf和断裂韧性IKc也随冶金集料体积置换率的提高而加。

　　当冶金集料体积置换率分别为25和50时，HPC―30系列的断裂能分别加了439和71.5HPC―26系列的断裂能分别加了18.4和227；当体积置换率分别为25和50时，HPC―26系列的断裂韧性分别加了10和27，HPC―30系列的断裂韧性分别加了3和6.对HPC―30的断裂参数而言，断裂能较断裂韧性加较多，表明了冶金集料对混凝土韧性提高的作用明显。

　　给出了延性指数随冶金集料掺量的关系。当冶金集料掺量加时，HPC―30和HPC―26的延性指数同时加，混凝土的脆性降低，且HPC― 30系列随冶金集料掺量的加延性指数加较快，脆性降低幅度大，与断裂能加的规律是一致的。

　　4混凝土的断裂面信息分析冶金集料的掺入加了混凝土的强度、断裂能和断裂韧性，并降低了混凝土的脆性，其强韧集料的机理可从断裂面信息获得。我们采用自行研制的混凝土断裂能三维轮廓测试系统对试件荷载挠度全曲线测试后的断裂能进行了断裂面测试，详细过程见。

　　是隆起面积比与冶金集料置换率之间的关系。隆起面积比是断裂能的真实面积与投影面积之比，中给出了定义。与断裂面分数维参数一样，冶金集料的掺入引起隆起面积比的加。从和6中可以看出HPC30系列随冶金集料的掺入，断裂能和延性指数有较大的加，与隆起面积比有较大的加是一致的。

　　5结论混凝土的强度和断裂韧性随冶金集料的置换率的加而提高，断裂能随冶金集料置换率的加而提高得特别显著。

　　采用延性指数描述了冶金集料对混凝土脆性的影响，混凝土的脆性随冶金集料置换率的加而降低，特别对于水胶比较高的系列。

　　从断裂面信息的分析表明，断裂面的分数维和粗糙度的加与混凝土断裂能或延性指数加的趋势相一致。