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1、陶粒在混凝土中吸水返水特性预测模型研究Researchforthewaterabsorptionanddesorptioncharacteristicpredictionmodelofceramsiteinconcrete(CollegeofCivilEngineering.FuzhouUniversity,Fuzhou.FujianProvince350108,China)Abstract:Thechangelawofthewaterabsorptionanddesorptionofdifferentstyleandprewettingdegreeofceramsiteinconcretew
2、asstudiedbymeansofU-shapedtubemicropressuremeasuringdevice.Theresultsshowthatthewaterabsorptionanddesorptionofceramsiteinconcreteisakindofdynamicequilibrium,whichcanbedividedintothreestages:ascendingsegment(waterabsorption),fallingsegment(waterdesorption)andequilibriumstage.ByMATLABandIstOptsoftware
3、,usingthreephasefittinganalysisofthewaterabsorptionanddesorptioncharacteristicpredictionmodelaboutage,waterabsorptionrate,netwatercementratio.Andthemodelisvalidatedbythepreviousexperimentaldata,foundwhenthepreviousexperimentalusingthesamedesignmethodwhichusingthesametotalwatercementratiolikethispage
4、rareingoodagreement,otherwisemodelanddataexistcertaindeviation.Keywords:ceramsite;concrete;waterabsorptionanddesorptioncharacteristic;predictionmodel;U-shapedtube1前言轻骨料混凝土因其轻质、抗震性能好、节能环保等优点而备受瞩目，被认为是21世纪最有发展潜力的新型建筑材料之一。陶粒本身是一种多孔材料，而水泥浆体发生水化反应会形成毛细孔，因此陶粒混凝土内存在陶粒和水泥浆双重微孔体系。陶粒混凝土在拌制和硬化过程中，陶粒从水泥浆吸水和向水泥石
5、返水这一过程,对陶粒混凝土起到内养护的作用，提高了界面过渡区强度，使得陶粒混凝土的性能和内部结构与普通混凝土相比发生了变化。高含水率的陶粒由于更加充分的内养护作用，使周围水泥石结构更加密实，而低含水率陶粒的内养护作用较弱，对界面结构的改善作用较弱134叫国内外已有不少学者研究了轻骨料的吸水及返水特性。崔宏志等从骨料自身的结构特性研究了三种结构轻骨料的吸水性能；宋绍铭等提出利用U型管原理，直观观察并证实了陶粒在水泥浆中吸水返水现象；郑秀华等研究了陶粒在水中和水泥浆中的吸水返水特性，但未对陶粒在混凝土中的吸水返水特性进行研究；HenkenSiefken对采用不同方法测得的轻骨料吸水能力的差异进行评
6、价，得到轻骨料在可控湿度室内的返水能力，用X射线吸收仪测定了在龄期2475h之间，水分从轻骨料迁移至水泥浆体的距离约为1.8mm；Castro等助研究了轻细骨料吸水返水特性，但试验在可控湿度的环境下进行，与在混凝土中的情况是有区别的，也未研究各种影响因素变化的影响。可见，国内外学者对陶粒吸水返水特性已有一定的重视和研究成果，但主要是陶粒在水泥浆中的吸水返水过程，不够全面、系统。在水泥浆中进行陶粒吸水返水试验，陶粒周围被水泥浆层层包裹，陶粒的孔隙压力与周围水泥浆的毛细孔压力相差较大，压力差越大，陶粒从水泥浆中的吸水能力就越强，且由于陶粒在水泥浆中的单颗效应，陶粒的“蓄水池”功能远不能对远离陶粒的
7、水泥浆产生明显的养护效果；而在混凝土中，陶粒周围的水泥浆厚度比在水泥浆中小得多，且陶粒散布在混凝土中，这样才能真实反映陶粒混凝土中陶粒的吸水返水特性及对混凝土的内养护功效，因此研究陶粒在陶粒混凝土中的吸水返水特性更具有理论及工程应用意义。文1113对陶粒类型、预湿程度对陶粒在陶粒混凝土中的吸水返水特性也开展了一些研究,但这些研究只是定性的说明了混凝土中陶粒的吸水返水特性，并没有建立预测模型。陶粒的吸水返水特性模型的建立可以预测不同龄期陶粒的含水率的变化，从而可以预测混凝土的微观结构和宏观性能。因此建立陶粒的吸水返水规律模型对预测轻骨料混凝土性能具有重要意义。木文对陶粒在混凝土中的吸水返水规律进
8、行量化研究，根据试验结果提出预测模型，从而为后人研究轻骨料混凝土性能提供理论依据。2试验方案2.1 试验材料水泥：福建炼石牌42.5普通硅酸盐水泥，表观密度3050kg/d,烧失量Lo/1.06%。陶粒：选用湖北宜昌圆球型陶粒（代号A）、福建永安碎石型陶粒（代号B）和福建永安圆球型陶粒（代号C）,A、B、C三种陶粒堆积密度分别为850kg791kgm852kgm表观密度分别为1478kgm1333kgm1416kgm3,筒压强度分别为6.1MPa6.7MPa5.7MPa,Ih吸水率分别为2%、4.1%、8.4%,24h吸水率分别为4.06%、8.1%、12.08%。砂：闽江中砂，细度模数2.5
9、,表观密度2591kg11130减水剂：福建建科院生产的TW-JS缓凝高效减水剂，减水率1520%。水：自来水。2.2 试验配合比本试验参考前人文献IT的配合比如表2-1所示。试验配合比中保持骨料的体积含量不变，变化了两个参数，一为陶粒类型，分别为宜昌圆球型陶粒、永安碎石型陶粒和永安圆球型陶粒；二为陶粒的预湿程度，分别为0、Ih和24h。采用总用水量相同的配合比设计方法,总水灰比保持为035,所有的粗骨料在试验前均在太阳下曝晒至恒重。表2-1中净用水量与水泥用量的比值即为净水灰比，是指不考虑陶粒的吸水返水，混凝土搅拌时加入的水量与水泥用量的质量比；总用水量与水泥用量的比值即为总水灰比，是指考虑
10、陶粒吸水返水的情况下，陶粒吸收的水与拌合时加入的水量之和与水泥用量的质量比；有效水灰比是指考虑陶粒的吸水返水，混凝土内部有效水量（不包含粗骨料内部的水分）与水泥用量的质量比。表2-1混凝土配合比序号水泥(kgm3)砂子(kg)陶粒(kgm3)总用水量（kgm3）净用水量（kgm3）减水剂(kgm3)预湿时间（h）骨料类型Al47669858316716780宜昌圆A247669858316715581球型A3476698583167143824Bl47669852616716780永安碎B247669852616714281石型B3476698526167124924Cl47669855916
11、716780永安圆C247669855916712091球型C347669855916710010242.3 试验方法2.3.1 陶粒吸水返水特性模型本文中陶粒吸水返水规律试验数据繁多且规律不统一，采用函数形式拟合不仅工作量大，而且效果不理想，因此采用MATLAB中的曲线拟合工具界面的”来进行拟合，并用IstOpt软件对参数进行优化，以下通过一些具体的试验数据来介绍本文的陶粒吸水返水特性模型建立过程。3试验结果及分析3.1 陶粒28天龄期的吸水返水特性不同类型及预湿程度陶粒28d龄期吸水返水变化规律如图3-1所示。0.040.04O 4812 16 20 24 28龄期(d)04812 16
12、20 24 28龄期(d)0.020.02(a)宜昌圆球型陶粒吸水返水规律(b)永安碎石型陶粒吸水返水规律0.06O 4812 16 20 24 28龄期(d)(C)永安圆球型陶粒吸水返水规律0.040.06龄期(d)0.04(=_)衽博定*龄期(d)(d)未预湿时陶粒吸水返水规律04812 16 20 24 28龄期（d）(e)预湿Ih的陶粒吸水返水规律(f)预湿24h的陶粒吸水返水规律图3-1陶粒28d龄期的吸水返水规律从图3-1可以看出，陶粒在混凝土中的吸水返水变化规律表现为上升段(吸水)一下降段(返水)一平衡段三个阶段。当陶粒初加入到混凝土中，相对湿度RHQRHt,水分由水泥浆向陶粒迁
13、移，表现为U型管液面上升，处于上升段；当水泥水化进行一段时间后，水泥浆中的水分减少，而陶粒之前已从水泥浆中吸收了部分水分或拌制时本身含有水分，此时RH,RL,这时水分从陶粒向水泥浆迁移，U型管液面下降，处于下降段；水泥水化到后期，水泥石中相对湿度降至较低时，陶粒也返出大部分的水，陶粒内部湿度与水泥石湿度达到平衡，U型管液面变化不大，即第三个阶段。这和文献I陶粒在水泥浆体中的吸水返水规律如图3-2基本一致。图2陶粒在混凝土中吸水返水的变化规律3.2 陶粒吸水返水规律拟合3.2.1 吸水返水规律-上升段记龄期为3水柱高差为f(t),两者之间的关系记为y=(f,0),其中a为参数，使用曲线拟合工具界
14、面加。/分别对不同类型、不同预湿程度的陶粒在混凝土中的吸水返水上升段进行拟合，结果如图3-3和表3-1所示。(b)预湿Ih的陶粒吸水返水(a)未预湿的陶粒吸水返水0.012（C）预湿24h的陶粒吸水返水图-3陶粒吸水返水上升段拟合效果图表3-1陶粒吸水返力K上升段拟合计算结果陶粒类型预湿程度拟合函数系数SSE（误差平方和）R（相关系数）宜昌圆球型0/(0=pF+V+P3P=-16.52P2=l.478p3=-0.00014452.554e-70.9998IhP=-10.5P2=l.135p3=l.446e-191.206e-35124hpF-9.5p2=0.715P3=3.674e-193.8
15、97e-361永安碎石型0p1=-12.29p2=l.442Pb-O.00046641.079e-60.9995IhP=-7p2=0.72p3=l.242e-193.025e-36124hPi=Op2=0.5P3=001永安圆球型0Pi=-Il.05p2=1.517p3=0.OOlll4.Ole-60.9991IhPi=OP2=O.58p3=O01由图3-3可以看出，采用二次多项式函数进行拟合，各曲线与试验数据拟合效果很好，能真实反应出各试验数据的变化规律；表37中给出了各组拟合多项式函数中的参数取值，误差平方和(数据的估计值与实际值之差的平方和)均较小，R(相关系数)均接近1,说明拟合效果很好，
