泡沫混凝土压缩特性及抗压强度模型_周顺鄂

密实阶段 。 这个阶段应力变化较大 , 应力随着应变呈线性增长 , 此阶段主要反映了孔结构的强度特性 。 该阶段主要会发生 2 种情况 , 一种是脆性密实 , 如图 1(c)所示 , 另一种弹性密实 , 如图 1(d)所示 。 脆性密实 伴随着内部一部分孔壁的坍塌破坏 , 应力发生小幅的下降 , 随着压缩的继续 , 破坏的孔壁被压实在一起 , 以至 于相对的壁面接触 , 接着进一步的压缩应变使泡沫混凝土本身被压缩 , 应力会随着应变的增加而继续增加 , 一般情况下发生脆性密实时 , 应力随应变至少发生一次波动 。产生弹性密实的泡沫混凝土处于线弹性范围 , 孔壁经受弹性变形 。 总体而言 , 随着泡沫混凝土相对密度的提高 , 杨氏模量增大 , 密实化开始点的应变值会
泡沫混凝土压缩特性及抗压强度模型
周顺鄂 , 卢忠远 ,焦 雷 ,李三霞
(西南科技大 学材料科学与工程学院 , 先进建筑材料四川省重点实 验室 , 绵阳 621010)
摘 要 : 制备了一系列的泡沫混凝土 , 对泡沫混凝 土的压缩力学性能进行了测试 , 研 究了泡沫混 凝土压缩应 力-应变曲
线的特征 , 分析了影响泡沫混凝土压缩性能的相关因素 , 并运用 G ibson-Ashby 模 型对抗压强 度进行了 模拟 , 通过 拟合得
在同等条件下 , 屈服强度会随着容重的提高而提高 。 泡沫混凝土屈服强度与孔隙率有密切关系 。屈服
强度随着容重的增加而急剧增加 , 且与密度成线性关系 , 表观弹性模量也随之升高 。 不同的孔隙率其压缩应
力应变曲线也不尽相同 , 主要表现在密实类型 、屈服类型 、弹性模量的大小 、最大应力及屈服平台的长度上 。
收稿日期 :2010-01-06 . 基金项目 :“ 十一五” 国家科技支撑计划子课题(2006BAF02A24)和四川省科技攻关项目(2006Z02-044). 作者简介 :周顺鄂(1985-), 男 , 硕士生 .E-mail:zhoushune1985@163 .com
1 0 武 汉 理 工 大 学 学 报 2010 年 6 月
ZHOU Shun-e , LU Z hong-yuan , J IAO Lei , LI San-xia
(School of M aterials Science and Engineering , Southwest U niversity of Science and T echnology , Key Laboratory for Advanced Building Ma terials of Sichuan P rovince , M ianyang 621010 , China)
Key words : foamed co ncrete ; compression proper ty ; Gibbso n-Ashby model
泡沫混凝土又名发泡混凝土 , 它是采用发泡剂通过机械制出泡沫 , 再将泡沫加入胶凝材料浆体 , 制成泡 沫料浆 , 然后成型或现浇 , 经自然养护或者蒸压养护所形成的微孔轻质材料 。它的突出特点就是在混凝土内 形成泡沫孔 , 使混凝土轻质化和保温隔热化[ 1] 。 泡沫混凝土属于以固相为连续相气相为分散相的保温材 料 。 泡沫混凝土具有重量轻 、保温隔热 、吸音防震的特点 。 泡沫混凝土是一种利废 、环保 、节能 、价格低 、性能 好的新型保温隔热材料 。
帮助 。
关键词 : 泡沫混凝土 ; 压缩特性 ; Gibbson-A shby 模型
中图分类号 : T U 55
文献标识码 : A
文章编号 :1671-4431(2010)11-0009-05
Compression Property and Compression Strength Model of Foamed Concrete
∑ 97 .25 98 .21
2 结果分析与讨论
2 .1 泡沫混凝土的压缩特性 使用微机控制电子万能试验机 , 对多组泡沫混凝土砌块进行压缩实验 , 自动绘制应力-应变曲线图 。 作
者结合多孔材料和混凝土应力-应变曲线图[ 2, 3] , 通过大量分析泡沫混凝土砌块应力-应变曲线图 , 总结出泡 沫混凝土砌块轴向压缩应力-应变曲线基本上分为 4 个阶段 。
屈服应力提高 。
2 .2 Gibson-Ashby 模型对抗压强度的分析
Ashby 和 Gibson 根据孔壁弯曲机制 , 通过量纲相似分析的方法 , 对各向同性多孔材料 , 建立了图 2 所示 的立方体模型[ 2] 。 图 2 中 l 表示立方体的边长 , t 表示棱边的尺寸 , t s 表示闭口胞面的厚度 。 模型的建立是
Abstract : A series of foamed concrete were prepared in this paper .Co mpression mechanical property of foamed co ncrete was
tested.T hen, we have do ne research on stress-strain curve characteristics of foamed concrete , and analyzed relative facto rs effect on compression proper ty of fo amed co pression strength v alues were simulated by Gibbso n-Ashby model .T he equation of compressio n streng th and relative density was deduced out by fitting compression streng th .M icrostructure parameters characterizing the propo rtion of po re rib and po re wall fracture streng th was de termined.T he results show that there are four steps in foamed co ncrete co mpression process, namely plateau step, compacting step , yield step and decline step.T he compression mechanical proper ty is affected by matrix material, volume w eight , morphology and distribution o f pore , etc .Fitting results of G ibbson-A shby model had high rationality .It could be helpful in analy zing mechanical property of fo amed concrete microstructure .
平台阶段 。 这阶段与表层孔穴坍塌相关联 。 泡沫混凝土的平台阶段分 2 种 , 如图 1(a)和图 1(b)所示 。 在出现塑性屈服的平台阶段 , 泡沫混凝土存在一些较脆弱的孔隙和缺陷 , 这些孔隙和缺陷首先被压实 , 应力 随着应变的增加而增长缓慢 。 在产生弹性屈曲的平台阶段 , 泡沫混凝土应力随着应变增加而呈加速增长的 趋势 。
出了抗压强度与相对密度的方程 , 确定了表征孔棱材料分数和孔壁断裂强度的微观结构参数 。 研究表明 , 泡沫 混凝土压
缩过程分为 4 个阶段 , 即平台阶段 、密实阶段 、屈服阶段和衰退阶段 , 其压 缩力学性能 受到基 体材料 、容重 和气孔 形态及
分布等因素的影响 ;G ibbson-A shby 模 型拟合的结果具有较高的 合理性 , 对分 析泡沫 混凝土 微观结 构力学 性能有 较大的
降 。 该层面被压实 , 形成一条变形带 , 而变形带之外的孔壁仍处于弹性阶段 。在这层面的孔全部被压垮后 ,
应力会随着应变的增加而小幅上升 , 但不会超过峰值 , 接着另外一层面的气孔被压实 , 应力随着应变的增加
而下降 。 就这样应力随着应变的增加发生振荡式的衰减 , 振荡次数一般为 2 到 3 次 。 2)点屈服 , 如图 1(f)所示 。 在经过密实阶段后 , 当泡沫混凝土断面上骨架承载力超过其断裂强度时 , 发
容重 、气孔的形态大小 、分布和孔壁上的微缺陷 。 基体材料和容重对泡沫泡沫混凝土材料的压缩力学性能影
响最大 , 其次是孔形态大小 、分布及孔壁上的微缺陷 。
由于基体材料压缩力学性能的差异 , 导致泡沫混凝土材料骨架部分在压缩过程中的表现不同 。 基体材
料的压缩力学性能受到其组成材料的细度 、形态 、配比 、化学成分和物理力学性能等的影响 。
目前泡沫混凝土孔结构力学机理研究较少 , 影响力学性能的因素探讨很少 , 还没有建立适用于分析泡沫 混凝土孔结构力学模型 。 作者将对不同条件下制备出的的泡沫混凝土进行压缩测试 , 分析其应力-应变过 程 , 并讨论影响压缩特性各个因素 。 最后运用 Gibbson-Ashby 模型对抗压强度进行模拟 , 确定表征其微观结 构性能的参数 。
1 实 验
普通硅酸盐水泥 , P O32 .5R , 四川双马集团 ;粉煤灰 , 四川江油巴蜀火电厂 , 内江循环流化床电厂 ;发泡
剂 , 自制 ;外加剂若干 。 粉 煤灰化学成分 见表 1 。 有关泡沫 混凝土试验参照 标准《泡沫混凝 土砌块》(JC/
T 1062 —2007)执行 。
表 1 各种类粉煤灰 的化学成分
第 32 卷 第 11 期 周顺鄂 , 卢忠远 , 焦 雷 , 等 :泡沫混凝土压缩特性及抗压强 度模型 11
降低 。
屈服阶段 。 根据实验 , 发现泡沫混凝土的屈服阶段大致分 2 种情况 。
1)振荡屈服 , 如图 1(e)所示 。当应力达到峰值后 , 从孔的失效过程来看 , 首先个别孔壁被压垮 , 接着其 所在层面上(平面或曲面)的其余孔壁产生应力集中 , 导致整层孔壁被压垮 , 应力随着应变的增加而小幅下