建筑材料实验报告-2

建筑材料实验六混凝土主要力学性能和氯离子扩散系数实验报告

实验六混凝土主要力学性能和氯离子扩散系数实验名称：混凝土主要力学性能和氯离子扩散系数实验实验目的：1.掌握混凝土主要力学性的测试方法。2.学习用混凝土中氯离子扩散系数的方法评定混凝土的渗透性。实验内容1.混凝土28天抗压强度实验3块100x100x100的龄期为28天C60泵送混凝土块试件2.混凝土劈裂抗拉强度实验3块100x100x100的龄期为7天C60泵送混凝土块试件3.混凝土与钢筋的握裹力实验3块长100x100x200分别裹有一根φ16钢筋的C60泵送混凝土块试件4.混凝土中氯离子扩散系数实验2块100×100×50mm经过氯化钠溶液浸透处理的C60混凝土试件实验原理：混凝土抗压强度实验1）混凝土强度等级的概念混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值划分。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（以N/mm2计）表示。混凝土立方体抗压强度标准值系指对按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期,用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值的百分率不超过5%。2).试验依据标准:GB/T50081-20023).试验要求混凝土强度等级≥C60，试件周围应设防崩裂罩。4.6.1钢垫板的平面尺寸应不小于试件的承压面积，厚度应不小于25mm.4.6.2钢垫板应机械加工，承压面的平面度公差为0.04mm;表面硬度不小于55HRC;硬化层厚度约为5mm.当压力试验机上、下压板不符合4.6.2条规定时,压力试验机上、下压板与试件之间应各垫以符合4.6.2条规定的钢垫板。不同强度等级的混凝土在劈裂抗拉强度、钢筋握裹强度方面都会存在一定的差异。混凝土劈裂抗拉强度实验混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：式中，为混凝土劈裂抗拉强度(Mpa)；F为破坏荷载(N)；A为试件劈裂面面积(mm2)。劈裂抗拉强度计算精确到0.01。取立方体试件的劈裂抗拉强度为标准值。用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，对100×100的试件取值为0.85。数据处理与混凝土抗压强度相同.3.混凝土与钢筋握裹强度混凝土钢筋握裹力强计算公式:τ:钢筋握裹强度P1:滑动变形为0.01mm时的荷载(N).P2:滑动变形为0.05mm时的荷载(N).P3:滑动变形为0.1mm时的荷载(N).不同强度的混凝土其内部空隙大小、分布都存在不同，故氯离子在其内部的扩散速率也不同，通过测定氯离子的扩散系数，可以间接地评定混凝土的内部结构性质。氯离子扩散系数法的实验原理:基于Nernst-Einstein方程发展起来的混凝土中氯离子扩散系数测定方法，其实质是通过测定混凝土的饱盐电导率来计算混凝土中的氯离子扩散系数。若把饱盐混凝土看成是固体电解质，氯离子在混凝土中的扩散系数与混凝土饱盐电导率关系为：Dc1=（RTtc1σ）/（Z2C1F2CC1）此即著名的Nernst-Einstein方程，式中：Dc1–氯离子扩散系数；R：气体常数，为8。314（J/mol.K）T:绝对温度（K）tc1氯离子迁移数，饱盐混凝土通常取1.0σ饱盐混凝土电导率(S/CM)ZC1氯离子化合价,即-1;F常数Faraday(96500Coul/mol);CC1氯离子浓度(mol/m3)不同强度等级的混凝土其氯离子扩散系数如下:混凝土强度等级氯离子扩散系数C151×10－7cm2/sC30—C405×10－8cm2/sC40以上1×10－8cm2/sC60以上0.9×10-8~2×10-8cm2/s实验仪器：1.压力试验机2.拉力试验机3.氯离子扩散系数测定设备实验结果及分析：1．劈裂抗拉强度测定：80,80,66千牛序号极限应力P（kN）劈裂抗拉强度f（MPa）1805.102805.103664.20取值805.10劈裂抗拉强度测定结果可得=5.10（MPa）标准化：0.85=4.34（MPa）分析：下表是不同等级的混凝土的轴心抗压强度fck和轴心抗拉强度ftk的标准值强度混凝土等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11混凝土的轴心抗压强度fck和轴心抗拉强度ftk的标准值由于劈裂抗拉强度与轴心抗拉强度有一定的换算系数，故可通过换算获得C60混凝土的标准劈裂抗拉强度，并与实验结果对照评定。但未查得换算系数，故没能采用这种办法对照评定。但是文献一指出混凝土劈裂拉伸试验高估混凝土抗拉强度大10-15%，所以实际混凝土单轴抗拉强度应在3.94-3.77Mpa范围内。所以提高混凝土的强度可相应提高其抗拉强度。影响混凝土的强度的因素也可间接影响抗拉强度。2.与钢筋的握裹强度测定：61,66.0,48.5千牛，取值61千牛计算得到握裹强度为6.07Mpa评定：实验所得握裹力强度符合C60混凝土相关要求。查资料得，（1）在UFA掺量一定的条件下,HPC钢筋握裹力随水胶比的增大而减小。（2）在水胶比一定的条件下,HPC握裹力随UFA掺量的增加而减小。（3）当UFA掺量在30%以内时,对HPC钢筋握裹力的影响很小,当UFA掺量达到50%时,对握裹力的影响就很明显了。（4）在抗压强度相同的条件下,掺UFA的HPC钢筋握裹力大于不掺UFA混凝土钢筋握裹力。（5）钢筋表面有一定铁锈可以提高握裹力，提高混凝土强度也可以提高握裹力。328天抗压强度实验试件尺寸序号抗压荷载（KN）抗压强度（MPa）取值（MPa标准值（MPa）100×100×100163463.470.967.4277677.6371871.8数据分析：按GBJ107规范，混凝土28天抗压强度为平均不小于69Mpa，最小值不小于57兆帕。我们的实验结果比要求少了1.6MPa。混凝土的强度由孔隙、过渡区和裂缝扩展过程来确定。C60高强混凝土过渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。水泥、粗细集料性能、掺和料的性能及掺量、缓凝型高效缓凝减水剂的性能及掺量是对C60混凝土性能起关键作用的因素，同时也是决定C6O混凝土性能是否良好、是否经济的决定因素。（1）粗细料的级配对强度的影响级配对C60混凝土性能的影响是非常显著的。级配良好的集料具有较大的堆积密度，同时也具有较小的空隙率，在混凝土中能形成坚强的骨架。换言之，在其他条件相同时，堆积密度最大，即空隙率最小的集料，是理想的而且，C60高强混凝土的骨料强度对整体强度起着很重要的影响。细集料品种对混凝土强度的影响程度比粗集料小，所以混凝土公式中没有反映砂对混凝土强度的影响，但砂的质量对混凝土强度也有一定影响。由于施工现场砂石质量变化相对较大，因此应根据现场砂含水率及时调整水灰比，以保证混凝土配合比，不能把试验配合比与施工配合比混为一谈。而我们在实验时并未根据实验状况及时调整，这也是引起强度偏低的原因之一。（2）矿物掺和料对强度的影响掺粉煤灰的混凝土，由于延缓了其凝结时间，故早期强度与混凝土相比较低，但后期强度得到较大的增长。粉煤灰与硬化水泥石的骨面层受到火山灰反应产物的填充，相互结合强化，从而使粉煤灰混凝土的抗压强度和抗弯强度都比基准混凝土要高。硅灰颗粒非常微细，在高效减水剂和强力搅拌作用下，可以分散填充到水泥颗粒的间隙中，大幅度降低水胶比，提高混凝土强度。加入SF一方面起到填充作用，减少水泥石的空隙，使水泥石致密，降低透水和透气性；另一方面，SF与Ca(0H)2反应生成CSH凝胶，该凝胶中Ca0／Si02变小，Ca0／Si02比越小，组织结构越致密，对强度发展越有利.所以混凝土初期强度较低也可能与硅灰和粉煤灰的慢反应速率对强度产生了影响有关。（3）外加剂对强度的影响高性能减水剂的高减水功能能达到大幅度降低混凝土水灰比、保证预期强度的目的；其保塑功能达到泵送施工要求。矿物掺合料的掺入，减少了混凝土的水泥用量，随之减少了水化热，从而减少了由于水化热引起的体积变形、开裂等一系列问题；由于矿物掺合料的加入，水泥熟料与外加矿物的水化产物有相互填充的作用，提高了混凝土的密实性；矿物掺合料与水泥熟料有二次以至多次水化反应，致使混凝土的水泥基多相系矿物生成物发育充分。上述效应对混凝土的长期性、耐久性及强度均有提高作用。但是我们实验中的减水剂效率超出了实验预期，且出现了一定的泌水现象，这也可能使混凝土初期强度降低。4.离子扩散系数测试本实验采用氯离子扩散系数测试仪进行测定我们组的氯离子扩散系数为氯离子渗透速率2.6908cm2/s，2.2043cm2/s，均值为2.4476cm2/s，与老师给出的参考范围C60以上0.9×10-8~2×10-8cm2/s相比，渗透性强，抗渗性弱。分析：1粉煤灰与混凝土对Cl离子的抗渗性（1）火山灰反应生成的CSH凝胶堵塞了扩散通道，（2）总离子浓度Ca,Al是基准水泥的两倍限制了Cl离子移动，（3）粉煤灰水泥浆扩散通道更弯曲。（4）粉煤灰的形态效应（粉煤灰混凝土的铝硅酸盐玻璃微珠可填充水泥浆体）、活性效应（粉煤灰中SiO2、Al2O3水化生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙降低了混凝土的孔隙率，改善了孔结构）和微集料反应（其中微细颗粒有利于混和物的水化反应，提高了混凝土的密实性）均能提高混凝土的抗渗性。但是，火山灰反应较慢，对前期的抗渗性提高不大。混凝土中用粉煤灰并等量取代水泥后,在早、中期水化产物减少,毛细孔增多,水的渗透性与空气的渗透性都高于基准水泥，这在粉煤灰活性较差,混凝土需水量相应增加的情况下尤为突出。养护，骨料级配，水灰比也有一定影响。这可能也是引起我们组混凝土抗渗性能早期较差的原因。260℃养护的样品具有较小的孔隙率,但渗透性较高,其主要差别是由60℃养护样水温的不同对混凝土的抗渗性也有着不同的影响,当水温从20℃提高到50℃,混凝土的渗透性提高13%～62%,温度再提高到80℃时,混凝土的渗透性又增加3%～55%。随着龄期延长,水泥浆体水化程度增加,浆体孔隙率减少。同时,孔径减少3混凝土的渗透性和孔径分布存在直接关系。“最大连续孔径”是代表性的孔尺寸，“临界孔径”是渗透性和孔径分布关系中的一个重要参数，大孔对渗透性的影响比小孔更为重要。有可能我们的混凝土中大孔径较多，降低了抗渗性。4环境因素如相对湿度、温度和大气中CO2也显著影响混凝土的渗透性。为了降低环境对混凝土渗透性的影响，首先要减少混凝土对腐蚀性介质的易感成分，提高自身的密实度；另外可在混凝土表面涂刷保护层。而我们在实验中并未