氧化石墨烯對高性能混凝土收縮徐變的影響研究

馬艷軍 王茜 湯津 周霄

摘 要：工程建設領域，高性能混凝土為重要施工材料，通過氧化石墨烯的應用將對其收縮徐變特性帶來影響，但現階段業內對其影響機制的認識尚未成熟。鑒于此，組織試驗，根據氧化石墨烯的特性，探討該材料對于高性能混凝土在收縮徐變方面的影響機制。得知：通過氧化石墨烯的應用，制得的高性能混凝土表現出收縮應變特性，隨用量的增加而愈發顯著;同時其徐變系數呈降低的變化趨勢，隨用量的增加而快速下降。

關鍵詞：氧化石墨烯;高性能混凝土;收縮徐變

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A

0 引言

現階段，以氧化石墨烯水泥凈漿為對象的研究正大規模展開，已經對其力學性能形成較準確的認識，但就氧化石墨烯混凝土而言依然處于相對空白的狀態，為充分發揮出氧化石墨烯的應用優勢，則需要加大在此方面的研究力度。混凝土性能評價體系中，收縮徐變為關鍵指標，其細分為兩個概念：收縮發生于無應力狀態下，指的是因游離水散失而出現的體積減小現象，其主要受到時間的影響;徐變則發生在混合料受應力作用的條件下，指的是游離水被擠出后而出現的膠體體積變化現象（常伴有變形以及應變的持續增加）。收縮徐變現象的出現，將對混凝土的工程性能帶來直接影響，隨時間的延長其內力和變形量均呈現出加大的變化趨勢，且在超過某閾值后混凝土將受損，結構截面的抗裂度明顯不足，以混凝土為施工材料建成的結構體系缺乏穩定性與耐久性[1-2]。由此表明，收縮徐變效應的不良影響程度較深，需在結構設計中以合理的方式規避此問題。在現階段的高性能混凝土生產及應用領域，氧化石墨烯被小規模地應用于其中，但該類材料對混合料收縮徐變特性的具體影響機制依然未全面揭開“面紗”，業內人士尚未深度掌握氧化石墨烯的應用特性，因此其適用范圍未得到擴寬，應用頻率也相對較低。在此背景下，亟需對氧化石墨烯的特性展開探討，明確其在高性能混凝土中的應用效果，且需重點考慮該材料應用后對混凝土收縮徐變所帶來的影響機制。對此，下文圍繞試驗內容及結果展開分析。

1 試驗內容

以C50高性能混凝土為分析對象，取氧化石墨烯，將其摻入后制得3組試件，具體包含軸心抗壓、收縮、徐變三類，各自數量均為3個，如表1所示。結合表中內容展開分析，PSC指的是純凈的高性能混凝土，GOSC-1和GOSC-2兩類材料均含氧化石墨烯，具體比例為0.02%、0.08%。試件的制備、養護及性能測試等相關工作的作業規范均參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）[3]，組織收縮徐變試驗以便探討不同摻量下高性能混凝土的實際表現，具體方法參照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準》（GB/T 50082-2009）[4]。

制得試件后，將其轉入標準養護室內，分別給予持續7d的養護作業，此后取出PSC、GOSC-1、GOSC-2三組試件，分別對其展開7d軸心抗壓強度試驗，匯總所得結果，依次為36.9 MPa、38.0 MPa、42.0 MPa，在此基礎上取其40%，以作為徐變應力。

取收縮徐變試件，準備經過校準的千分表并將其置于試件的兩個側面，在確保安裝無誤后獲得初始數據;將試件轉入徐變儀下壓板中心區域，讀取該條件下的數值;施加20%的徐變應力，觀察兩側的變形量，若該值達到兩者均值的10%以上，則卸載并按照相同的方法再次加載作業（控制標準依然取徐變應力的20%），經過對變形值的校核后，進一步加載直至完全與徐變應力等值為止。期間讀取數據并記錄，明確各階段的變形值，以便后續展開對比分析。

2 氧化石墨烯對高性能混凝土收縮徐變的影響

3組試樣的收縮應變情況如圖1所示，結合圖中內容展開分析：隨時間的推移，混凝土收縮應變均呈增加的變化趨勢，且集中在前28d，此后雖有收縮應變但變化幅度較小;相比于PSC組而言，在摻入氧化石墨烯后，所得的混凝土具有更明顯的收縮應變特征，且不同摻量下所帶來的應變狀態也有所差異。結合圖2的收縮應變增加率可以得知，低摻量的氧化石墨烯混凝土在32d前的收縮應變更為顯著，隨后該規律發生變化，以0.08%高摻量的組別更為顯著。但從總體變化趨勢來看，無論氧化石墨烯的摻量如何變化，制得的高性能混凝土在收縮應變方面均無顯著的差異。

結合圖2內容展開分析：對于摻量為0.02%的組別，14d為明顯的分界點，該時間點之前收縮應變具有大幅度提高的變化趨勢，14d的增加率達到最大狀態，即8.75%;隨后，隨時間的延長該值逐步降低。對于摻量為0.08%的組別，則以28d為明顯的分界點，該時間點之前收縮應變具有大幅度提高的變化趨勢，28d的增加率達到最大狀態，即7.9%;隨后，隨時間的延長該值逐步降低。因此，在摻入氧化石墨烯后，其主要影響的是早期收縮特性，雖然會帶來后期影響但程度較為微弱。

3組試樣的徐變系數變化情況如圖3所示，結合圖中內容展開分析：各組別的徐變系數隨時間推移而具有的變化趨勢總體一致，以14d為時間節點，在此之前的徐變系數具有大幅度提高的特點，變化率較大;14d后曲線雖然提升但幅度較小，呈平緩變化特性，斜率較前期略有降低。經對比分析后可以得知，在摻入氧化石墨烯后，其樣品的徐變系數明顯偏低，相比之下則以未摻入氧化石墨烯的試樣更高。由此表明，在氧化石墨烯的作用下，可以達到降低徐變系數的效果。此外，在相同時間點的條件下，含量大的組分所帶來的徐變系數降幅更大，其作用更加明顯。

3 結論

綜上所述，文章圍繞試驗內容及結果展開分析，現就全文內容作如下總結：

（1）通過氧化石墨烯的應用，制得的混凝土收縮應變有所提高;在齡期逐步延長之下，因摻入量的增加，收縮應變也具有加大的變化趨勢。

（2）通過氧化石墨烯的應用，有助于降低混合料的徐變系數，且在含量增加時其應用效果更為顯著。

參考文獻：

[1]李昊陽.活性粉末混凝土收縮徐變效應試驗研究[D].北京交通大學，2016.

[2]林波.混凝土收縮徐變及其效應的計算分析和試驗研究[D].東南大學，2006.

[3]中華人民共和國建設部.GB/T50081-2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].2003.

[4]中華人民共和國建設部.GB/T50082-2009，普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準[S].2009.