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摘要：本文尝试以级配分形特征为理论基础，配置同配合比不同轻骨料级配的混凝土，进行轻骨料混凝土的早期力学性能的试验分析，以期从轻骨料角度为改善轻骨料混凝土力学性能得出有价值的结论。
关键词：轻骨料混凝土 ；级配；强度；弹性模量
Abstract: This paper attempts by the fractal characteristics of gradation theory, configuration and mix different lightaggregate concrete, analysis of early mechanical properties test of lightweight aggregate concrete, in order to light aggregate angle to improve the mechanical properties of lightweight aggregate concrete to draw valuable conclusions.
Keywords: lightweight aggregate concrete; gradation;strength; elastic modulus
中图分类号：TU757.4文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
我国天然轻集料极为丰富，然而无论是开发利用天然轻骨料的总量还是在轻骨料混凝土中占的比例都比较小。因此，加大研发力度，充分利用各地丰富的天然轻骨料资源，发展有地方特色的新型建筑材料，推广和促进天然轻骨料的应用，对于我国这个能源相对短缺的国家具有十分重要的经济和社会效益。本文就轻骨料混凝土的早期力学性能这一重要指标，尝试以级配分形特征为理论基础，配置同配合比不同轻骨料级配的混凝土，进行轻骨料混凝土早期强度的试验研究，以期从轻骨料角度为改善轻骨料混凝土性能得出有价值的结论，给施工提供技术借鉴。
2. 试验概况
2.1 试验原材料及设备
水泥：普通硅酸盐水泥。
粗骨料:天然浮石轻骨料
试验设备：微机控制电液伺服万能试验机。
2.2 试验配合比
通过计算及试配试验，LC30的配合比见表1。
表1 LC30轻骨料混凝土配合比（kg/m3）
依据骨料级配分形理论，将配合比中556kg轻骨料进行级配分形维数为2.0、2.2、2.4、2.6、2.8级配配制，其他条件各组相同，配置同配合比不同轻骨料级配的混凝土。
2.3 试件数量及试验数据
表2LC30轻骨料混凝土7d、28d立方体抗压强度
表3LC30轻骨料混凝土28d轴心抗压强度、弹性模量
3．试验结果分析
3.1 早期立方体抗压强度的分析
从图1可以看出，试件的7d立方体抗压强度发展较快，其强度值相当于28d立方体抗压强度的70%～80%，说明轻骨料混凝土早期强度发展较快。随着龄期的增加，达到28d立方体抗压强度，增加相对较慢，但强度增加率在25%左右，在这段时期，骨料强度对混凝土强度影响不大，而水泥石进一步水化，使混凝土强度有所提高。
两抗压强度曲线分别经过两个阶段的变化，表现出相近的变化曲线，即分为上升段和下降段。当级配分维数从2.0增加到2.5，强度曲线表现增长的趋势， 28d立方体抗压强度增长21%，7d立方体抗压强度增长23.92%，提高明显。级配分维数从2.5增加到2.8，强度曲线表现降低的趋势，28d减小率达23.6%，7d减小率达24.3%，减小明显。
图1LC30轻骨料混凝土7d、28d立方体抗压强度变化曲线
级配分维2.5所对应的曲线点为强度变化的拐点，根据文献研究，依据级配分维数为2.5所配制的级配轻骨料小颗粒较充分填充大颗粒空隙，紧密填充3维空间，轻骨料级配较为理想。
3.2 早期轴心抗压强度的分析
从图2可见，同的轻骨料级配，对轻骨料混凝土的轴心抗压强度影响很大。随着级配分维数增加，轴心抗压强度变化表现出与立方体抗压强度相近的变化曲线，即分为上升段和下降段，其分界点也在2.5对应的点。当级配分维数从2.0增加到2.5，强度曲线表现增长的趋势，强度增长21.0%；级配分维数从2.5增加到2.8，强度曲线表现降低的趋势，强度减小达22.7%。
图2LC30轻骨料混凝土立方体、轴心抗压强度变化曲线
试验所测得的轻骨料混凝土的轴压比为0.80～0.88,较普通混凝土0.67[5]高的多，其主要原因是因为轻骨料混凝土空隙率大，材质疏脆，试件横向约束作用较普通混凝土弱，导致立方体抗压强度比轴心抗压强度增加不多，表现为轻骨料轴压比较普通混凝土大。
3.2轻骨料混凝土早期弹性模量
图3可知，弹性模量变化曲线与强度变化曲线相似。分维数从2.0至2.5，骨料级配逐渐趋于合理，骨料逐渐密实，骨料间的孔隙率逐渐减小，骨料约束能力增强，弹性模量曲线表现增长的趋势，LC30的弹性模量增长15.5%；从2.5至2.8，此阶段小粒径的骨料逐渐增多，级配细化，降低了整个体系的稳定程度，降低了骨料间的咬合力，故弹性模量曲线表现降低的趋势，减小15.8%。
对试验的弹性模量（表3）进行分析，拟合出轻骨料混凝土弹性模量公式1，与现行采用式2对比见图4，由于轻骨料自身的弹性模量较低，轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土的弹性模量低16%～20%左右，主要是由于轻骨料自身的弹性模量较低。
(1)(2)
式(44)中，为混凝土的静力抗压弹性模量(MPa)；为混凝土的立方体抗压强度(MPa)。
一般情况下，轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低，而且轻骨料混凝土的强度越低，弹性模量与同强度等级的普通混凝土相差越大。弹性模量也是随混凝土的表观密度为转移的，轻骨料混凝土的弹性模量取决于其松散表观密度及其抗压强度。随着应力的增大，混凝土的弹性模量也逐渐减少，轻骨料混凝土也遵循这一变化规律。
4．结束语
利用级配分维理论，尝试分析了不同级配的轻骨料对混凝土早期的强度及弹性模量的影响。通过试验及分析，得出了几点试验性的结论。轻骨料混凝土早期强度及弹性模量发展较快。随着分维级配的变大，轻骨料级配由最初的粗化向理想化发展，当级配维数为2.5左右时，轻骨料级配较为理想，进而由理想化向细化发展，而这一变化情况，由试验的混凝土强度及弹性模量的变化也得到印證。其强度及弹性模量的变化表现出相近的变化曲线，即分为上升段和下降段，其分界点也在2.5对应的点。另外仅考虑轻骨料级配的差异，得出轻骨料混凝土有效的弹性模量及强度关系式，较普通混凝土，轻骨料混凝土弹性模量较低，而轴压比较大。
参考文献
[1] 沈鸿珍，申向东. 不同分维级配的轻骨料混凝土力学性能的研究[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2011,32(3):223-225
[2]谢和平，高峰，周宏等. 岩石断裂和破碎的分形研究[J].防灾减灾工程学报，2003，23（4）): 1-9
[3] 沈鸿珍， 申向东， 李晓丽. 浮石轻骨料统计分形特征试验研究[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2009,30(1):215-218
关键词：轻骨料混凝土 ；级配；强度；弹性模量
Abstract: This paper attempts by the fractal characteristics of gradation theory, configuration and mix different lightaggregate concrete, analysis of early mechanical properties test of lightweight aggregate concrete, in order to light aggregate angle to improve the mechanical properties of lightweight aggregate concrete to draw valuable conclusions.
Keywords: lightweight aggregate concrete; gradation;strength; elastic modulus
中图分类号：TU757.4文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
我国天然轻集料极为丰富，然而无论是开发利用天然轻骨料的总量还是在轻骨料混凝土中占的比例都比较小。因此，加大研发力度，充分利用各地丰富的天然轻骨料资源，发展有地方特色的新型建筑材料，推广和促进天然轻骨料的应用，对于我国这个能源相对短缺的国家具有十分重要的经济和社会效益。本文就轻骨料混凝土的早期力学性能这一重要指标，尝试以级配分形特征为理论基础，配置同配合比不同轻骨料级配的混凝土，进行轻骨料混凝土早期强度的试验研究，以期从轻骨料角度为改善轻骨料混凝土性能得出有价值的结论，给施工提供技术借鉴。
2. 试验概况
2.1 试验原材料及设备
水泥：普通硅酸盐水泥。
粗骨料:天然浮石轻骨料
试验设备：微机控制电液伺服万能试验机。
2.2 试验配合比
通过计算及试配试验，LC30的配合比见表1。
表1 LC30轻骨料混凝土配合比（kg/m3）
依据骨料级配分形理论，将配合比中556kg轻骨料进行级配分形维数为2.0、2.2、2.4、2.6、2.8级配配制，其他条件各组相同，配置同配合比不同轻骨料级配的混凝土。
2.3 试件数量及试验数据
表2LC30轻骨料混凝土7d、28d立方体抗压强度
表3LC30轻骨料混凝土28d轴心抗压强度、弹性模量
3．试验结果分析
3.1 早期立方体抗压强度的分析
从图1可以看出，试件的7d立方体抗压强度发展较快，其强度值相当于28d立方体抗压强度的70%～80%，说明轻骨料混凝土早期强度发展较快。随着龄期的增加，达到28d立方体抗压强度，增加相对较慢，但强度增加率在25%左右，在这段时期，骨料强度对混凝土强度影响不大，而水泥石进一步水化，使混凝土强度有所提高。
两抗压强度曲线分别经过两个阶段的变化，表现出相近的变化曲线，即分为上升段和下降段。当级配分维数从2.0增加到2.5，强度曲线表现增长的趋势， 28d立方体抗压强度增长21%，7d立方体抗压强度增长23.92%，提高明显。级配分维数从2.5增加到2.8，强度曲线表现降低的趋势，28d减小率达23.6%，7d减小率达24.3%，减小明显。
图1LC30轻骨料混凝土7d、28d立方体抗压强度变化曲线
级配分维2.5所对应的曲线点为强度变化的拐点，根据文献研究，依据级配分维数为2.5所配制的级配轻骨料小颗粒较充分填充大颗粒空隙，紧密填充3维空间，轻骨料级配较为理想。
3.2 早期轴心抗压强度的分析
从图2可见，同的轻骨料级配，对轻骨料混凝土的轴心抗压强度影响很大。随着级配分维数增加，轴心抗压强度变化表现出与立方体抗压强度相近的变化曲线，即分为上升段和下降段，其分界点也在2.5对应的点。当级配分维数从2.0增加到2.5，强度曲线表现增长的趋势，强度增长21.0%；级配分维数从2.5增加到2.8，强度曲线表现降低的趋势，强度减小达22.7%。
图2LC30轻骨料混凝土立方体、轴心抗压强度变化曲线
试验所测得的轻骨料混凝土的轴压比为0.80～0.88,较普通混凝土0.67[5]高的多，其主要原因是因为轻骨料混凝土空隙率大，材质疏脆，试件横向约束作用较普通混凝土弱，导致立方体抗压强度比轴心抗压强度增加不多，表现为轻骨料轴压比较普通混凝土大。
3.2轻骨料混凝土早期弹性模量
图3可知，弹性模量变化曲线与强度变化曲线相似。分维数从2.0至2.5，骨料级配逐渐趋于合理，骨料逐渐密实，骨料间的孔隙率逐渐减小，骨料约束能力增强，弹性模量曲线表现增长的趋势，LC30的弹性模量增长15.5%；从2.5至2.8，此阶段小粒径的骨料逐渐增多，级配细化，降低了整个体系的稳定程度，降低了骨料间的咬合力，故弹性模量曲线表现降低的趋势，减小15.8%。
对试验的弹性模量（表3）进行分析，拟合出轻骨料混凝土弹性模量公式1，与现行采用式2对比见图4，由于轻骨料自身的弹性模量较低，轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土的弹性模量低16%～20%左右，主要是由于轻骨料自身的弹性模量较低。
(1)(2)
式(44)中，为混凝土的静力抗压弹性模量(MPa)；为混凝土的立方体抗压强度(MPa)。
一般情况下，轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低，而且轻骨料混凝土的强度越低，弹性模量与同强度等级的普通混凝土相差越大。弹性模量也是随混凝土的表观密度为转移的，轻骨料混凝土的弹性模量取决于其松散表观密度及其抗压强度。随着应力的增大，混凝土的弹性模量也逐渐减少，轻骨料混凝土也遵循这一变化规律。
4．结束语
利用级配分维理论，尝试分析了不同级配的轻骨料对混凝土早期的强度及弹性模量的影响。通过试验及分析，得出了几点试验性的结论。轻骨料混凝土早期强度及弹性模量发展较快。随着分维级配的变大，轻骨料级配由最初的粗化向理想化发展，当级配维数为2.5左右时，轻骨料级配较为理想，进而由理想化向细化发展，而这一变化情况，由试验的混凝土强度及弹性模量的变化也得到印證。其强度及弹性模量的变化表现出相近的变化曲线，即分为上升段和下降段，其分界点也在2.5对应的点。另外仅考虑轻骨料级配的差异，得出轻骨料混凝土有效的弹性模量及强度关系式，较普通混凝土，轻骨料混凝土弹性模量较低，而轴压比较大。
参考文献
[1] 沈鸿珍，申向东. 不同分维级配的轻骨料混凝土力学性能的研究[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2011,32(3):223-225
[2]谢和平，高峰，周宏等. 岩石断裂和破碎的分形研究[J].防灾减灾工程学报，2003，23（4）): 1-9
[3] 沈鸿珍， 申向东， 李晓丽. 浮石轻骨料统计分形特征试验研究[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2009,30(1):215-218