《科學(xué)報(bào)告》發(fā)表研究指出，含有粉煤灰陶粒的輕質(zhì)骨料混凝土（LWAC）在經(jīng)歷高溫暴露后，其穩(wěn)態(tài)蠕變期長(zhǎng)于普通骨料混凝土（NWAC）。該研究由董曉（Dong Xiao）團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，旨在探究不同骨料類型對(duì)混凝土高溫處理后長(zhǎng)期變形性能的影響。

實(shí)驗(yàn)采用單軸階梯壓縮蠕變測(cè)試，試樣經(jīng)受20℃至800℃的溫度處理。研究重點(diǎn)對(duì)比分析了骨料類型對(duì)總應(yīng)變、荷載誘導(dǎo)熱應(yīng)變（LITS）、蠕變變形及速率模式的影響，以直接評(píng)估普通與輕質(zhì)骨料在熱暴露及后續(xù)機(jī)械載荷下的響應(yīng)差異。

在200℃以下，LWAC表現(xiàn)出比NWAC更高的荷載誘導(dǎo)熱應(yīng)變。具體而言，輕質(zhì)混凝土的LITS比普通混凝土高出約83.3%。研究將此差異歸因于輕質(zhì)骨料較低的彈性模量，使其在初始應(yīng)變響應(yīng)上區(qū)別于密度更大的普通材料。

當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，兩者行為出現(xiàn)顯著分化。NWAC的蠕變應(yīng)變?cè)诖碎撝迪录眲≡黾印Ｑ芯咳藛T指出，骨料與水泥漿體在界面過(guò)渡區(qū)（ITZ）的熱膨脹失配是加速變形的主要驅(qū)動(dòng)因素，由此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力改變了普通混凝土的蠕變速率。

相比之下，含粉煤灰陶粒的LWAC展現(xiàn)出不同的響應(yīng)機(jī)制。陶粒的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)揮了“熱緩解”作用，有效抑制了材料內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展。因此，LWAC在高溫暴露并承受持續(xù)載荷后，能夠維持更長(zhǎng)的穩(wěn)態(tài)蠕變期，呈現(xiàn)出更穩(wěn)定的變形特征。

掃描電子顯微鏡（SEM）分析為上述力學(xué)觀測(cè)提供了微觀結(jié)構(gòu)證據(jù)。高溫下，NWAC的界面過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)了寬度達(dá)數(shù)微米的拉伸裂紋，這與普通試樣蠕變應(yīng)變的急劇增加相吻合。相反，LWAC試樣在界面處保持了相對(duì)完整的結(jié)構(gòu)，未出現(xiàn)NWAC中常見(jiàn)的微裂紋跡象。

研究還評(píng)估了伯格斯模型（Burgers model）在描述輕質(zhì)混凝土蠕變數(shù)據(jù)中的適用性。該模型對(duì)LWAC蠕變數(shù)據(jù)的擬合度極高，決定系數(shù)（R-squared）達(dá)到0.99。這一高相關(guān)性驗(yàn)證了模型在刻畫高溫處理后LWAC減速蠕變與等速蠕變階段的適用性，為該材料的特定蠕變階段提供了數(shù)學(xué)表征框架。

該成果揭示了粉煤灰陶粒在高溫環(huán)境下的變形機(jī)制，為輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)及災(zāi)后評(píng)估提供了理論依據(jù)。通過(guò)闡明多孔骨料如何緩解熱應(yīng)力并抑制裂紋擴(kuò)展，研究為理解極端溫度暴露后輕質(zhì)混凝土的長(zhǎng)期變形性能提供了新視角。

資料來(lái)源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-24。本文為資料編譯。