研究砂浆的抗压强度为材料成分的功能性，可操作性和试样的几何形状

抽象

本文研究了砂浆抗压强度随试件几何参数变化的统计分散性，以及砂浆和易性差对抗压强度的影响。为此，制备了六种类型的砂浆试样：两种常规砂浆，比例分别为1 ： 1 ： 6和1 ： 2 ： 9水泥、熟石灰和砂，两种用粘土代替石灰，两种用大理石废料代替石灰。结果证实了由于模压层高度的不同，两种几何形状的结果之间存在差异，并表明砂浆的和易性改变了阻力特性，特别是在模压试样更为复杂的圆柱形模具中。通过对比常规砂浆破坏性试验结果与有限元模拟结果之间的差异，可以清楚地看出，在压缩试验过程中，试样中多余材料的影响并没有改变所研究的强度特性。这有助于分析的执行，因为样品可能会在侧面过度使用，而无需样品校正。

1.简介

巴西建筑业在国民经济中占有突出地位。根据民用建筑工业联合会的统计，它占国内生产总值的6%[1个]。水泥材料，如混凝土和砂浆，在大规模由民用建筑使用，主要是由于它们的抗压强度[2个]. 事实上，混凝土和砂浆是复合材料，根据所含相的比例，它们将呈现每种混合物的特定特性。为了确定这些材料的压缩性能，采用适当的试件进行了数学建模和破坏性试验，并进行了比较。

通常，压缩试验用的圆柱形试样混凝土和棱柱砂浆进行的，按照巴西标准[三]. 然而，一些国际标准使用不同几何形状的试样（包括圆柱形试样）来评估砂浆的抗压强度[4个,5个]。砂浆，另一个重要的参数是可加工性，即，评估在该材料被模制的容易程度[度量6个]。这项工作的目的之一是确定迫击炮操作性对其抗压强度的影响。

数学建模在土木工程中也被广泛应用于解释建筑材料的力学行为。在建模方法中，有著名的有限元法（FEM）。该方法由基于数值逼近的微分方程解组成，对结构工程非常有用[7个,八]. 有限元法的最大优点是在子区域中使用由原始区域生成的局部逼近，而不是在全局特征中使用数学解。为了得到更精确的结果，可以增加子域的数目。有限元法应用的一个相关点是评估研究区域周围的近场区域（外模）的力学行为的可能性。现对本程序作简要说明。

数字1个[9个]显示了两个相邻的元素，分别命名为Ω（1）和Ω（2）。也在图中1个,十（1） 以及十（2） 表示每个元素的两个外部节点。约束包含在由Г表示的问题中σ, Гu型，和c类分别对应于位移（支承）和边界条件（两个元件之间的接触）的荷载条件[9个]。这些条件包括在原始域并传递给定义的有限元素。有限元网格和元件的类型的定义在建模中使用后（线性，三角形，和二次的），对应于每个元件的特性的矩阵可以被开发，然后分组，构成方程的全球系统[9个]。

该系统的解决方案为在结点未知数的值。至于接壤不同元素的节点，问题变量的值必须是相同的，无论所考虑的边界条件。以这种方式，也可能使用该结点的计算值，其用作插值函数[以获得一个元素的其他点的未知数的值10个]。

因此，通过施加边界条件（表示施加到原始区域的荷载和预定义参数），可以获得在建模开始时定义的问题的整个区域中的变形和强度响应[10个]。

几项工作研究了通过实验数据获得的实验参数与通过数学建模获得的参数之间的关系[11个–14个]。

因此，该工作的主要目的是比较砂浆数值模拟的结果，使用基于节点外FEM，和在砂浆试样具有不同的几何形状（圆柱形和棱柱形）和不同的加工性的比较试验得到的实验数据。

2。材料和方法

为了评价加工性的砂浆抗压强度的影响和试样的几何形状，六个不同的混合物被选择。Two conventional mortars containing proportions of 1 : 1 : 6 (REF116) and 1 : 2 : 9 (REF129) of Portland cement, hydrated lime and natural sand, two mortars with clay replacing hydrated lime (CLA116 and CLA129), and two containing marble waste replacing hydrated lime (MAR116 and MAR129). The amount of water used was defined using the consistency limit of 260 ± 5 mm, which is associated with mortar workability, as recommended by the Brazilian ABNT NBR 13276 standard [15个]。A consistency test was performed on mortars REF116 and REF129 to define the amount of water required to maintain the workability index at 260 ± 5 mm. After that, the same amount of water was used to perform the tests on mortars CLA116, CLA129, MAR116, and MAR129.

通过在相应的金属模具中加入水的砂浆混合物，制备了棱柱形和圆柱形试件。干燥后，将试样从模具中取出，静置28天。

对于所研究的每种砂浆混合物，制备了6个试样，棱柱体尺寸为40 × 40 ××160 mm，圆柱形尺寸为100（长） ××50（直径）mm。根据巴西ABNT NBR 13279标准，对试样进行压缩试验[三]。值得注意的是，圆筒形试样的表面，通过封盖正规化和测试期间使用氯丁橡胶软化的标本可能缺陷。

数字2个说明了不同几何形状试样的压缩试验。根据巴西ABNT NBR 5739，在室温（∼25°C）和500   10 N/s加载速度的EMIC试验机上进行试验[16个]。已执行的是与所述压接的样品的表面的正则化，从而使机械强度测试是足够的。

最终存在于棱柱状试样侧面的多余材料（图2个（a） ）在压缩试验过程中，使用两个具有不同边界条件的有限元模型（1和2）评估其效果，如图所示三. 第一个（图图3（a）)限制试验底部的砂浆，在材料顶部施加荷载。第二个模型（图图3（b）)包括横向限制，模拟材料侧面多余的砂浆在这些方向上造成移动限制。分析多余材料对试样的影响很重要，因为巴西标准建议在试验前对试样进行校正。利用所提出的模型，可以证明研磨是不必要的，因为多余的材料对试样没有影响。

在建模中，使用软件ABAQUS/CAE，考虑到40×××40××40 40 mm的立方几何材料，该材料起源于40××40 ××160 mm的棱柱试样的弯曲断裂。域被划分为1000个元素。根据专门文献，确定了砂浆的弹性参数。选择0.2作为泊松系数，1.80 GPa和4.00 GPa分别作为砂浆弹性模量参考文献116和参考文献12[17岁–19个]。

3。结果与讨论

3.1条。材料成分分析

为在圆筒和棱柱形样品的抗压强度以及从，一致性测试，也称为流表中的加工性的结果试验所获得的结果，显示在图4个.

而含有粘土（CLA）损害加工性砂浆，含大理石（MAR）废物的那些与基准（REF）时迫击炮提高此属性。粘土呈现相对较厚的颗粒，而大理石浪费较薄的颗粒，如图5个. 这种粒径的差异可以证明和易性的不同。此外，参考文献1 ： 1 ： 6砂浆（参考文献116）由于水泥量相对较大且熟石灰量较小，其工作性低于1 ： 2 ： 9砂浆（参考文献129）。这种行为通常在迫击炮中发现，并已被报道[20个–24个]。

因此，可以发现，砂浆的组成直接影响材料，其中具有更细的颗粒（如大理石残基）砂浆显示加工性的增加的可加工性参数。在材料的增加，使上升的物质，它在新鲜状态仍然没有表现均匀的颗粒之间的摩擦，使用粗颗粒的。这根据用于含粘土砂浆获得的结果损害加工性的特性。

3.2。试样的几何形状分析

当比较的结果显示在图4个,for cylindrical specimens, there is no statistically significant difference between 1 : 1 : 6 and 1 : 2 : 9 mortars. For mortar with marble (MAR) waste the difference in compressive strength is relatively lower than that for 1 : 2 : 9 mortars (CLA129) containing lime and clay. It is also lower than 1 : 1 : 6 (CLA116) for the same mixture. This behavior can be justified by the preparation of the samples that occur in two layers, receiving 30 strikes on the table on each layer.

The height of the prismatic samples is 40 cm while that for the cylindrical sample is 100 cm, meaning that each layer has 20 and 50 cm for prismatic and cylindric samples, respectively. The difference between the height of the prismatic and cylindrical layer on the samples is too small to affect the density of the material for a deposition in 2 layers considering the great workability of the marble-based mortars. However, the lower workability is enough to affect the other specimens with the same difference in height. Moreover, this behavior can justify the lower results of the cylindrical samples as compared with the prismatic ones [25个,26个]。

3.3。在过量样品材料的分析

数字6个显示了REF116砂浆模型1和模型2的有限元结果，而图7个介绍了REF129砂浆的试验结果。

图形模型1的临界区域比较6个和7个根据棱柱体试件压缩试验得到的破坏形态，发现其行为具有等价性。原则上，它提供了模型1是研究所提议的迫击炮最好的证据。此外，试验获得的REF116和REF129的抗压强度值分别为3.81 MPa和3.32 MPa。利用模型1，得到的阻力值分别为4.0 MPa和3.5 MPa。这导致相对误差分别为4.92%和4.57%，可以认为是非常低的。然而，使用模型2，砂浆的阻力值分别增加到5.8 MPa和4.7 MPa，导致相对较大的误差为34.49%和29.87%[27个]。

因此，模型1对获得的实验数据进行了较好的数学调整。这支持先前提出的假设，即试样侧面多余的砂浆不会对设备设置产生任何限制性影响，以保持40 × 40 mm的尺寸。

因此，不必遵循NBR 13279标准中的建议，因为如果使用多余的试样，砂浆压缩试验前对试样的校正不会改变试验中获得的结果。这是因为试件侧面的材料数量不足以产生任何卷边效应，因为它不能防止砂浆的侧向位移。模型1证实了这一信息，其相干值高于模型2。

四。结论

实验和建模结果确认了试样的几何形状会干扰的抗压强度特性由于用于棱柱形获得的结果与那些用于圆柱形试样很大的不同。

砂浆的和易性直接影响较大尺寸试件的阻力，但对低高度砂浆的阻力影响不大。此外，砂浆的和易性越高，其对抗压强度的影响越小。

为引用REF116和REF129迫击炮，实验和通过数值模拟获得的抗压强度的结果，使用模型1在测试过程中不横向限制由于过量材料砂浆时显示非常接近的值。该模型呈现了4.92％和分别REF116和REF129，4.57％的相对误差，并指示断裂的该抗压强度试验期间发生的形状。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据可根据要求从相应的作者处获得。

利益冲突

作者宣称，他们没有利益冲突。

致谢

笔者想承认和的CNPq的披肩这项研究获得的财政支持。

工具书类

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