废弃玻璃骨料混凝土（精选6篇）
废弃玻璃骨料混凝土 篇1
摘要：研究了废弃玻璃细骨料取代率对废弃玻璃细骨料混凝土拌和物坍落度和硬化废弃玻璃细骨料混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量的影响规律。试验结果表明,随着废弃玻璃细骨料取代率的增大,其立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量总体呈降低趋势;废弃玻璃细骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土的破坏形式及变化规律相类似。
关键词：废弃玻璃细骨料,混凝土,强度
0前言
随着经济的发展,城市的废弃玻璃日益增多,这些废弃玻璃部分被重新加工成新玻璃,大部分被作为废物填埋掉。因此,将废弃玻璃作为混凝土骨料再生利用正在成为人们关注的热点[1,2,3,4]。废弃玻璃混凝土的研制,不仅开辟了废玻璃回收利用的新途径,而且节约了有限的砂石资源,有益于国家节能减排目标的实现。因此,笔者对废弃玻璃作为细骨料的混凝土基本性能进行了试验研究,以期为废弃玻璃资源化利用提供参考。
1 试验概况
试验用原材料有42.5R级普通硅酸盐水泥,28d抗压强度51.2MPa;天然细骨料为河砂,细度模数2.6;天然粗骨料为连续级配的碎石,最大粒径25mm;碎玻璃来自废品回收站收购的废弃玻璃,经人工破碎为细骨料,其物理特性见表1。
参考JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》的配合比设计方法,按等体积废玻璃替代砂子,并将废玻璃质量计入砂率公式的设计方法进行设计。所有试件采用0.43的同一水灰比,细骨料取代率从0、20%、40%、60%、80%到100%变化,废弃玻璃细骨料混凝土配合比见表2。
kg/m3
废弃玻璃细骨料混凝土拌合物均采用容量为50L的搅拌机进行机械搅拌,试件经振捣成型后,在标准条件下养护3d、7d、14d和28d后取出进行相关试验。立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验采用边长150mm的标准立方体试件,轴心抗压强度和弹性模量试验分别采用150mm×150mm×450mm和150mm×150mm×300mm的标准棱柱体试件,试验方法按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行[5]。
2 试验结果与分析
2.1 坍落度
图1为混凝土拌和物坍落度的变化规律。从图1(a)可看出,随着废弃玻璃细骨料的不断增加,混凝土的坍落度不断增大,当废弃玻璃细骨料取代率为100%时,其坍落度为普通混凝土的1.56倍。对比研究废弃玻璃细骨料混凝土与普通混凝土拌和物在成型过程中的表观现象发现,废弃玻璃细骨料混凝土的坍落度大于普通混凝土坍落度主要是因为废弃玻璃表面较光滑,与其他骨料组成砂浆可在粗骨料之间起滚珠与润滑作用,减少粗骨料之间的摩擦力,故废弃玻璃细骨料混凝土的流动性较大。另外,废弃玻璃细骨料吸水率较普通砂的吸水率要低得多,因此,随着废弃玻璃细骨料取代率的不断增加,混凝土的和易性较好,故废玻璃细骨料可配制流动性大的混凝土。
从图1还可看出,当废玻璃细骨料取代率为40%时,其坍落度变化率最大。废玻璃细骨料混凝土的坍落度随着废玻璃细骨料取代率的增加而逐渐降低。当废玻璃细骨料取代率为20%~60%时,其坍落度变化率较大。故若只考虑坍落度问题,用废弃玻璃细骨料配制高流动性混凝土,其最佳掺量为20%~60%。
2.2 抗压强度
图2为废弃玻璃细骨料混凝土立方体抗压强度(fgcu)随废玻璃细骨料取代率、养护龄期的变化规律。从图中可看出:随着废弃玻璃细骨料取代率的不断增加,立方体抗压强度呈不断降低趋势。当废弃玻璃细骨料取代率在0~20%时,其立方体抗压强度与普通混凝土抗压强度差别不大,当废弃玻璃细骨料取代率为100%时,其立方体抗压强度约比普通混凝土下降25%左右。随着龄期的不断延长,废弃玻璃细骨料混凝土的立方体抗压强度逐渐增大,且增长幅度较普通混凝土要大。当废弃玻璃细骨料取代率为20%时,其3d立方体抗压强度约为普通混凝土的85%;28d时,其立方体抗压强度基本与普通混凝土相同。
考察废弃玻璃细骨料混凝土立方体抗压强度的试验过程发现:随着荷载的逐渐增大,试块的应力不断增加,在其水平方向产生膨胀变形,竖直方向产生压缩变形。当加载至试件极限荷载的80%~90%时,在试件上端的受压区附近且平行于受力方向处首先出现裂纹,随着荷载的不断增加,裂缝由上端向下端两侧发展,形成一个八字形。随后,裂缝向混凝土内部扩展,试件表层开始剥落。当荷载达到峰值应力或超过峰值应力时,裂缝数量不断剧增,且裂缝宽度也不断增大。当应力超过峰值点后,混凝土试块破坏严重,出现平行于荷载方向的裂缝,并形成斜裂缝且迅速发展,贯通整个截面,最终形成两个相对的角锥破坏面。
图3为废弃玻璃细骨料混凝土轴心抗压强度(fgc)随废玻璃细骨料取代率的变化规律。从图3可看出:随着废弃玻璃细骨料取代率的不断增加,试件的轴心抗压强度呈先略有增大而后不断降低的趋势。废弃玻璃细骨料取代率在20%以下时,试件的轴心抗压强度略大于普通混凝土试件,但差别不大。从试验过程可发现:初始加载时,由于棱柱体试件受到的荷载较小,内部微裂缝尚未发展,处于稳定阶段,试件表面没有出现肉眼可见的裂缝。随着荷载的不断增加,试件侧面两端角部出现第一条肉眼可见的裂缝,并从竖向向中间发展。随着荷载的继续加大,裂缝不断发展,当荷载加大到极限荷载时,裂缝迅速发展,并贯穿试件,棱柱体试件混凝土剥落,形成一条主斜裂缝,构件沿着斜裂缝破坏。
2.3 劈裂抗拉强度
混凝土轴心抗拉强度试验在实际工程中往往被劈裂抗拉强度试验所代替,从而间接得到其轴心抗拉强度。通过对废弃玻璃细骨料混凝土试件进行劈裂抗拉强度试验发现:废弃玻璃细骨料混凝土试件高度中部首先出现竖向裂缝;之后,随着荷载的增加,裂缝贯穿试件两端;再后,试件发出清脆的劈裂响声,并被劈成对称的两部分。观察破坏面可发现,破坏截面非常平整,破坏荷载很小。废弃玻璃细骨料混凝土劈裂抗拉强度(fgt)随废玻璃细骨料取代率的变化规律见图4。从图4可看出:随着废弃玻璃细骨料的不断增加,废弃玻璃细骨料混凝土的劈裂抗拉强度不断降低;当废弃玻璃细骨料取代率在20%左右时,其劈裂抗拉强度与天然骨料混凝土的劈裂抗拉强度基本相同。
2.4 弹性模量
图5为废弃玻璃细骨料弹性模量的变化图,从图中可看出:随着废弃玻璃细骨料取代率的不断增大,混凝土的弹性模量不断降低;当细骨料全部为废弃玻璃时,试件的弹性模量比细骨料全部为天然骨料的混凝土降低11%。当废弃玻璃细骨料取代率在20%左右时,弹性模量与普通混凝土基本相同。
3 结论
(1)随着废弃玻璃细骨料取代率的增大,混凝土拌合物的流动性逐渐增大,坍落度也不断增大。
(2)废弃玻璃细骨料混凝土试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土试件的破坏形式及变化规律类似。
(3)随着废弃玻璃细骨料取代率的增大,试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度总体均呈降低趋势;但取代率在20%之内时,其强度与普通混凝土相差不大。
(4)随着废弃玻璃细骨料取代率的增大,弹性模量先稍有增加而后不断降低。
(5)从试验结果来看,废弃玻璃取代砂作为混凝土细骨料可能是可行的,但配合比及耐久性能有待进一步优化及研究。
参考文献
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废弃玻璃骨料混凝土 篇2
废弃玻璃混凝土梁是指用废弃玻璃破碎成粗集料或者细集料制作混凝土,然后与绑扎好的钢筋一起在模具中进行浇筑形成的钢筋混凝土梁[5]。剪切破坏是结构构件一种常见的破坏形态。一般指构件在弯矩和剪力共同作用下沿斜裂缝发生的破坏, 故又叫做斜截面破坏。国内外学者也对目前一些新型材料梁的剪切破坏性能做了深入研究,但迄今为止,对以废弃玻璃为骨料的混凝土梁的相关研究还较少,因此对该部分的研究显得更为重要。
1试验概况
1.1实验材料
水泥采用本溪工源牌525水泥,石子采用普通碴石,表观密度为2 680 kg /m3,砂采用普通河砂,表观密度为2 640 kg /m3,玻璃采用沈阳耀华玻璃厂生产过程中的废弃碎玻璃,表观密度为2 500 kg /m3。 粗细玻璃集料均由人工破碎,如图1、图2所示。
1.2试件设计及制作
试验用混凝土采用相同的配合比,试件共分三组,第一组为普通天然集料梁3根LN-1、LN-2、LN3,第二组为用废弃玻璃替代粗骨料梁3根LC-1、 LC-2、LC-3,第三组为用废弃玻璃代替细集料梁3根LF-1、LF-2、LF-3。其中字母LN代表普通天然集料混凝土梁,LC代表用废弃玻璃代替粗骨料混凝土梁,LF代表用废弃玻璃代替细骨料混凝土梁。各组梁配筋均为纵筋2Ф16,架立筋2Ф12,箍筋为 Ф8@ 110,集料替代方式按等体积替代。其中详细配合比如表1所示。
1.3加载方式及测点布置
试验采用分配梁两点加载,剪跨比分别为1、2. 25、3。梁的支座采用两个滚轴作为支座,为避免支座与梁接触面处混凝土局部压应力过大而影响梁的承载力,支座与梁接触面加垫宽10 cm钢板,实验装置如图3所示。正式加载采用逐级加载方式[6],接近预估开裂荷载时,减小每级荷载增加幅度以便于准确得到开裂荷载。
2试验结果及分析
2.1试件破坏形态
实验过程中依剪跨比的不同发生斜压破坏、剪压破坏和受弯破坏。剪跨比为1时,试件LN-2发生斜压破坏,210 k N时出现第一条斜裂缝,方向约呈60°,340 k N时支座处混凝土见部分压碎,荷载继续增加,新的裂缝不断出现并向加载点及支座处延伸, 此时跨中最大裂缝宽度为5 mm,最终加载点与支座之间发生混凝土开裂,斜裂缝间混凝土被压碎,发生斜向受压破坏。试件LF-2、LC-2与LN-2类似均发生斜压破坏,但LC-2斜裂缝开裂荷载明显低于LF2与LN-2,梁端部受力筋与混凝土之间发生明显滑移,锚固区混凝土劈裂破坏严重。剪跨比为2. 25时,试件LN-1、LF-1、LC-1破坏特征是明显的剪压破坏,加载初期出现细小垂直裂缝和斜裂缝,斜裂缝开裂荷载相差不大,随荷载的增加斜裂缝不断向斜上方延伸,宽度不断加大,最终剪弯区段混凝土在剪压复合应力作用下达到极限强度而破坏,试件失去工作能力。剪跨比为3时,试件均发生受弯破坏,最终以跨中混凝土翘曲压碎而破坏。试件破坏形态见图4。
2.2荷载-跨中挠度曲线
梁荷载-跨中挠度曲线如图5所示,三种不同材料梁在不同剪跨比下挠度随荷载的变化趋势基本相同。梁开裂之前,在相同荷载作用下玻璃细集料混凝土梁挠度略小于普通混凝土梁及粗骨料混凝土梁,加载初期梁挠度较小,曲线斜率较大,挠度增加缓慢。随着荷载的继续增加,混凝土梁发生开裂,挠度曲线斜率迅速减小,梁挠度增加较快,此时梁的抗弯刚度下降较快,最终破坏时曲线几乎呈水平。在相同挠度下,普通混凝土梁和玻璃细集料混凝土梁比玻璃粗集料混凝土梁承载能力高。相同剪跨比条件下,玻璃细集料混凝土梁与普通混凝土梁相应挠度曲线比较接近,说明二者的初始抗弯刚度几乎相同。
2.3荷载-箍筋应变曲线
梁荷载-箍筋应变如图6所示,在加载初期箍筋应变几乎为零,说明此时剪力大部分由混凝土承担,箍筋贡献较小。混凝土梁开裂后,箍筋应变迅速增长,曲线上出现明显拐点,说明开裂后剪力虽然由箍筋和混凝土共同承担[7],但由于此时部分混凝土退出工作,混凝土所承担剪力较未开裂时下降较多。 当剪跨比为1时,玻璃粗集料混凝土梁箍筋应变最先出现拐点,说明玻璃粗集料混凝土梁开裂荷载较普通混凝土梁和玻璃细集料混凝土梁低。当剪跨比为2. 25时,玻璃集料混凝土梁箍筋应变变化趋势基本相同,但玻璃细集料混凝土梁开裂荷载较高,玻璃骨料混凝土梁直至最终破坏箍筋应变刚达到1 000微应变,箍筋没有达到屈服强度,说明梁破坏时并没有达到抗剪极限承载力。当剪跨比为3时,玻璃集料混凝土梁箍筋应变变化趋势基本一致,梁开裂前相同荷载下普通混凝土梁箍筋应变比玻璃集料混凝土梁小; 开裂后,相同荷载下普通混凝土梁箍筋应变最大且增加较快,说明玻璃集料混凝土梁在此剪跨比条件下虽开裂荷载较低,但是带裂缝工作性能较好。
2.4抗剪承载力
我国《混凝土结构设计规范》中所规定的计算公式是根据剪压破坏形态而建立的,斜截面所承受的剪力设计值有三部分组成,如图7所示,其中主要考虑力的平衡条件 Σy = 0,即
式中: Vu是梁斜截面受剪承载力设计值,Vc是混凝土剪压区受剪承载力设计值,Vs是与斜裂缝相交的箍筋的受剪承载力设计值,Vsd是与斜裂缝相交的弯起钢筋的受剪承载力设计值,Vcs是混凝土与箍筋合计受剪承载力。
对于承受集中荷载的普通混凝土梁受力过程可以分为裂缝出现前后两个阶段,当荷载很小时,梁上无裂缝出现,纵筋和箍筋应力很小,混凝土几乎承担所有剪力,此时Vu≈Vc。斜裂缝出现后,与斜裂缝相交的箍筋限制了裂缝的开展,使骨料咬合力和销栓力都有一定程度的提高,梁截面的抗剪承载力得到提高,此时Vu= Vc+ Vs。
表2给出了相同剪跨比废弃玻璃混凝土梁与普通混凝土梁的抗剪承载力实测值。相同条件下玻璃细集料混凝土梁开裂荷载略大于普通集料混凝土梁,玻璃粗集料混凝土梁开裂荷载小于普通混凝土梁。原因是水泥水化反应中产生大量游离的氢氧根离子,与玻璃中富含的活性二氧化硅发生碱硅反应, 当玻璃作为粗骨料时,碱硅反应会产生膨胀,影响骨料与水泥桨的结构强度[8],同时玻璃表面的光滑度要大于天然骨料,骨料咬合力低,使混凝土本身抗剪承载力Vc降低,相当于使Vcs下降,降低了混凝土梁的开裂荷载; 而当玻璃粒径较小充当细骨料时,能阻止碱集料反应[9],提高混凝土的性能,相当于增大Vc的值,使玻璃细集料混凝土梁开裂荷载略大于普通混凝土梁。剪跨比相同条件下,玻璃细集料混凝土梁屈服荷载与极限荷载均与普通混凝土梁接近[10],玻璃粗骨料混凝土梁则比普通混凝土梁小。随着剪跨比的减小,玻璃混凝土梁极限荷载呈上升趋势,与普通混凝土梁相同。这是由于玻璃在破碎过程中会使玻璃产生微裂缝,降低了部分骨料强度,在浇筑过程中在水泥与骨料接触面形成薄弱区,在斜裂缝处容易被拉断,控制裂缝开展的能力较天然粗骨料差, 导致箍筋屈服较早,影响梁的抗剪承载力。
3结论
( 1) 玻璃集料混凝土梁的剪切破坏形态与普通混凝土梁并无本质区别。
( 2) 玻璃细集料混凝土梁与普通混凝土梁初始刚度基本相同,玻璃粗集料混凝土梁相对较小。
( 3) 玻璃细集料混凝土梁的开裂荷载略高于普通集料混凝土梁,玻璃集料混凝土梁极限承载力与普通混凝土梁接近。
( 4) 玻璃混凝土梁的抗剪承载力随剪跨比的增大逐渐减小,但不成线性关系,废弃玻璃细集料梁的抗剪承载力比普通混凝土梁高5% 左右,废弃玻璃粗集料梁抗剪承载力比普通梁低13% 左右。
参考文献
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废弃玻璃骨料混凝土 篇3
进入21世纪以来, 我国进入了城镇化的快速发展时期。对原有建筑物的拆除、改造与日俱增, 随之而来的则是建筑垃圾的大量堆积, 生态环境越发脆弱。据工信部统计, 我国建筑垃圾的数量已经占到城市垃圾总量的30%~40%。2012年, 我国产生建筑垃圾15亿t, 其中占建筑垃圾总量80%左右的废砖、废混凝土、废砂浆可进行循环利用。相比欧美等发达国家95%以上的利用率, 我国的建筑垃圾利用率仅为5%左右, 只有几千万吨的建筑垃圾被利用。这些垃圾往往被运送到城郊填埋, 由于处理不当, 造成目前的“垃圾围城”现象。
将建筑垃圾粉碎后得到的再生细骨料, 可作为原材料制作再生砂浆, 这是解决“垃圾围城”困境的主要措施之一。目前大规模采用的填埋法, 不仅占用了大量土地, 对当地的生态环境也造成了破坏, 这与可持续发展理念相悖。将建筑垃圾进行资源化循环利用, 化害为利、变废为宝, 是解决生态资源枯竭和垃圾围城困局的必由之路。
1 国内外再生细骨料研究发展状况
建筑垃圾的再生利用已成为全世界共同关心的课题, 也是工程界研究的热点问题之一。发达国家寻求环境保护和可持续发展的重要途径是建筑垃圾的资源化, 不少国家通过立法来保证建筑垃圾的回收再利用。日本、美国以及欧洲各国在政策、技术和应用等方面起步较早, 且比较成熟。目前我国在此方面与发达国家相比滞后, 其中对再生混凝土有了一定的研究[1,2,3,4], 但对于再生细骨料的应用研究很少, 大多还处于探索研究阶段, 且利用率很低。
1.1 国外情况
近现代对建筑垃圾的再生利用较早开始于二战中建筑设施受到严重破坏和资源比较匮乏的国家, 如德国、前苏联和日本等[5]。日本的国土面积较小且资源匮乏, 在建筑垃圾再生利用研究方面起步较早, 技术也比较成熟。在政策方面, 2005年, 日本制定了《建筑工程材料再生资源法》和《建设循环法》;在规范和标准方面, 日本混凝土工程学会成立了再生骨料标准化委员会, 该委员会制定了JIS A 5021—2005《用于混凝土的再生骨料H》等一系列标准 (2) ;在应用方面, 日本的建筑垃圾利用率达到了90%以上, 这归功于日本建立了许多再生加工厂, 这些工厂主要负责处理混凝土废弃物和生产再生骨料。韩国虽然在建筑垃圾循环利用方面没有日本起步早, 但韩国的《建筑废物再生促进法》详细规定了从国家、政府到企业、个人等建筑垃圾排放者的义务, 对处理建筑垃圾企业的许可标准、再生骨料质量标准、设计施工指南以及违反该法在不同事项下的处罚, 使韩国的建筑垃圾利用率在2007年就达到90.7%[6]。美国于1996年修订完成的《固体废弃物处理法》, 详细规定了建筑垃圾废弃物循环利用的各项法律制度。美国的再生骨料研究与应用取得了很多成就, 特别是在公路建设方面。美国是世界上拥有最长公路里程的国家, 在再生骨料应用于公路的研究中, 美国在这方面的技术相对成熟且有诸多成功经验。德国是世界上最早开展循环经济立法和最早推行环境标志制度的国家, 制定了《废物处理法》等一系列法律提供政策支持和发展平台。德国的再生骨料制备技术处于世界领先水平, 现已形成完备的生产工艺体系, 且已用于德国的2 000多座再生骨料生产厂。
1.2 国内情况
改革开放以来, 我国进入了经济快速发展时期, 城市建设如火如荼。随着城市化进程的加快, 天然骨料的短缺和建筑垃圾带来的环境污染问题日趋严峻, 我国政府和各研究部门已经开始了建筑垃圾资源化的研究。目前, 国内在这方面的研究大多数还处于实验室阶段, 但也取得了一定的成果。例如同济大学肖建庄的《再生混凝土》一书中, 详细介绍了再生混凝土配合比设计、再生混凝土的基本力学性能及其耐久性、再生混凝土构件的基本性能等。我国的建筑垃圾循环利用于2010年取得了实质性的进展, GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》和GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》这两个规范的颁布, 为我国再生骨料在工程中的应用提供了技术支持。
2 再生细骨料的性能研究
2.1 再生细骨料的主要性能和特点
再生细骨料主要是建筑垃圾在破碎、筛分后得到的粒径<4.75 mm的颗粒[7], 主要由天然砂、废弃混凝土碎屑、石屑和细小粉料 (如泥土) 等组成。相对于天然细骨料, 再生细骨料的表观密度小、吸水率高、吸水速率快, 含有大量硬化水泥浆, 颗粒棱角多, 表面粗糙且具有较多微裂缝[8]。
2.2 再生细骨料的加工工艺和流程
建筑垃圾的破碎与筛分是再生骨料应用于实际工程的前提, 目前国内有多种再生骨料破碎方式, 利用颚式破碎机破碎是常用的方法。侯景鹏等[9]在加工再生细集料过程中添加了一套带有风力分级及吸尘的设备, 能将0.15~5 mm的再生细骨料分离出来, 为再生细集料的分离提供了新的方法。肖建庄等[10]根据我国劳动力相对低廉的现实, 参考国外生产工艺, 提出了一套适合我国的生产工艺 (见图1) , 该工艺首先通过建工方法对建筑垃圾进行分选, 剔除大块的杂物, 例如竹木材、钢材、建筑装饰废弃物等, 然后利用磁铁分离器和分离台清除细小的铁屑和塑料等。刘巧玲等[11]利用高温煅烧、石灰熟化、球磨推开、水筛分离等工艺, 得到可直接使用的石灰膏和细粉等。该工艺生产清洁, 无二次污染, 但高温煅烧阶段需将废弃混凝土在900~1 100℃下煅烧5~10 h, 能耗较大。
2.3 再生细骨料的分类
依据GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》, 再生细骨料按性能要求可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。该规范对再生细骨料的分类方法作了严格界定, 对再生细骨料的微粉和泥块含量、有害物质含量、碱集料反应等有明确的限制, 引入了秦原等[12]提倡的再生细骨料的需水量比指标, 并对压碎指标、表观密度、堆积密度和孔隙率作了规定 (见表1) 。
2.4 再生细骨料的强化及整形
再生细骨料是使用破碎机械设备对建筑废弃物进行破碎的, 由于外力的作用, 会导致再生细骨料与天然细骨料在各项性能指标上均有较大程度的差异。通过对再生细骨料进行强化或颗粒整形, 可以改善其粒形, 减小再生细骨料的孔隙率、表面棱角等, 以提高再生细骨料的性能。李秋义等[13]利用骨料整形机对经简单破碎的再生骨料进行整形处理, 再生骨料经过在整形机内的反复撞击、剪切和磨擦, 使附着在再生骨料表面的硬化水泥浆剥落, 从而改善骨料粒形, 提高骨料的性能。
在拌和再生砂浆的过程中, 由于再生细骨料表面较为粗糙, 其表面不容易粘附水泥浆, 使用效果较差。杨宁等[14]利用聚乙烯醇溶液与再生骨料混合, 使再生骨料表面形成能够与水泥浆良好粘合的粘结层, 从而增加再生骨料与水泥浆之间的粘结力, 使再生骨料的强度得到提高, 提升了再生混凝土强度。
3 再生砂浆的性能研究
3.1 再生砂浆的主要性能和特点
在配制砂浆过程中掺用了再生细骨料, 且再生细骨料占骨料总质量30%以上的建筑砂浆称为再生砂浆[15]。再生砂浆包括再生砌筑砂浆、再生抹面砂浆等。相对于普通砂浆而言, 再生砂浆具有密度小、需水量大、内养护等特点[16]。
3.2 不同种类再生砂浆的研究
建筑垃圾的来源具有多样性, 配制再生砂浆可以采用不同种类的再生细骨料。鄢朝勇等[17]以废渣生态水泥作为胶凝材料, 分别采用粉碎后的废砖、废砂浆、废混凝土和混合建筑垃圾等再生砂取代天然砂作细骨料, 配制了M 5.0、M 7.5、M 10等3种生态砂浆。试验结果表明, 砂浆用水量随着取代率的增大而增大, 分层度趋于减小;不同种类的天然砂配制中低强度砂浆时, 对砂浆强度没有明显的不利影响, 28 d强度均能达到设计强度的要求, 取代率为50%时获得最佳级配;再生细骨料的种类对再生砂浆性能影响较小。黄天勇等[16]以再生细骨料中的粉料 (粒径<0.075 mm) 作为掺合料制成再生砂浆。试验表明, 再生粉料在再生砂浆中发挥了很好的微集料效应, 显著提高了再生砂浆的抗压强度。刘凤利等[18]将废弃陶瓷制成再生细骨料, 部分取代天然砂制成陶瓷再生混合砂的砂浆。以天然中砂砂浆、黄河特细砂砂浆及陶瓷再生粗砂砂浆等3种砂浆为对照组, 对比了和易性和力学性能的差异。试验表明, 陶瓷再生混合砂砂浆具有良好的流动性和力学性能。
3.3 不同取代率对再生砂浆的性能研究
陈宗平等[19]采用再生细骨料11种取代率 (0~100%, 级差为10%) 的水泥砂浆制成标准试块, 并研究了其抗压强度。结果表明, 再生细骨料砂浆具有流动性好、保水性差的特点, 与天然细骨料水泥砂浆相比, 抗压强度降低明显。而段邦政等[20]对湖北襄阳地区的建筑垃圾破碎筛分得到再生砂, 并用粉煤灰作为掺合料配制再生砂浆的试验结果表明, 再生砂浆用水量随着取代率的增大而增加, 保水性趋于提高, 获得良好骨料级配时的取代率为40%, 强度提高。李如雪等[8]以不同再生骨料和不同取代率配制再生砂浆的试验结果表明, 再生细骨料取代率在0~10%, 再生砂浆强度是不断增加的;若取代率>10%, 强度呈下降趋势。
4 结语
再生细骨料的研究与应用, 对于建筑垃圾的充分资源化和环境保护意义重大, 符合我国国情和可持续发展的理念, 同时也是建筑材料技术的一种拓展和革新。但目前我国在再生砂浆的大规模应用上还有许多问题亟待解决。
(1) 再生细骨料具有地域性差异。由于原混凝土的配制所采用的水泥、骨料、掺合料、外加剂和破碎方式的不同, 会导致破碎之后的再生骨料存在差异, 各地应因地制宜地制定地方性标准, 完善再生细骨料研究与应用的规范体系。
(2) 目前关于再生细骨料种类、取代率对再生砂浆抗压强度和和易性的研究较多。而对于力学性能中的抗折强度、弹性模量等指标, 耐久性中的抗冻性、抗渗性、抗碳化性能等指标, 再生砂浆的强度形成机理、水泥浆与再生细骨料的界面分析等的研究还比较缺乏, 有待于不断补充和完善。
(3) 再生细骨料制品的新产品开发以及配套设备的生产相对缺乏, 目前推广应用较好的大多是再生砖和再生砌块, 对再生细骨料更深层次的产品如再生保温砂浆、再生粘结砂浆、再生抗裂砂浆及再生预拌砂浆等的开发尚不充分。
废弃玻璃骨料混凝土 篇4
目前我国城市化进程的快速推进, 产生着大量的建筑废弃物。相关资料显示, 我国年产建筑固体废弃物近十亿吨, 主要是废弃混凝土, 占建筑固体废弃物比例高达50%~60%, 这是一个相当庞大的数字。但如今我国建筑固体废弃物的再生利用发展步伐缓慢, 不足10%的综合利用率与世界上一些发达国家 (再生利用率达80%以上) 形成了很大的差距。再生利用这些建筑固体废弃物, 不仅可以解决建筑固体废弃物造成的一系列环境污染问题, 而且利用再生骨料替代天然骨料, 可以缓解我国目前资源日渐匮乏的局面, 也为推进绿色建材和绿色建筑起着极其重要的作用。
2 再生粗骨料的来源
根据建筑固体废弃物逐步破碎、逐步分离、先易后难的工艺流程要求, 应用专利设备与现有设备进行建筑固体废弃物多级破碎、多级分选、分离, 以达到建筑固体废弃物更高利用率的目标。因此, 工艺流程采用在破碎过程中, 先逐步分离钢筋、轻质物与有机物, 再分离砖、混凝土、余泥、灰粉的总体工艺方案, 充分利用风力、重力、密度、磁力、热力、浮力等原理对建筑固体废弃物中不同物料分离, 基本实现建筑固体废弃物的相对分离, 为综合利用创造条件。
再生粗骨料时对建筑固体废弃物采用了粗处置、细处置二段工艺流程。再生粗骨料按粒径分为5~16mm、5~20mm、5~25mm三种, 这里只对5~25mm进行试验研究。经多次测验, 废混凝土中粗骨料的回收率约41.3%。
3 再生粗骨料物理性能检测
由于建筑固体废弃物再生粗骨料表面附着少量的硬化水泥砂浆, 所以与天然粗骨料相比, 表观密度较低, 吸水率较大。试验测得再生粗骨料的粒径级配和物理性能数据分别如表1、表2所示。
由表1、表2中数据可知:本批5mm~25mm连续级配再生粗骨料的各项指标都符合《混凝土用再生粗骨料》 (GB/T25177-2010) 的相关要求, 可作为配制C60以下再生混凝土的原材料使用。
4 再生粗骨料混凝土设计
4.1 设计要求
再生骨料混凝土配合比设计要求如表3所示。
4.2 混凝土配合比设计主要依据
⑴混凝土结构设计规范 (GB50010-2010) ;
⑵普通混凝土配合比设计规范 (JGJ55-2011) ;
⑶混凝土质量控制标准 (GB50164-2011) ;
⑷混凝土耐久性能检验评定标准 (JGJ/T193-2009) ;
⑸普通混凝土用砂石质量及检验方法标准 (JGJ52-2006) ;
⑹混凝土用再生粗骨料 (GB/T25177-2010) ;
⑺建筑用卵石、碎石 (GB/T14685-2001) ;
⑻通用硅酸盐水泥 (GB175-2007) ;
⑼用于水泥和混凝土中的粉煤灰 (GB/T1596-2005) ;
⑽混凝土外加剂应用技术规范 (GB50119-2003) ;
⑾混凝土用水标准 (JGJ63-2006) 。
4.3 试验所用原材料
水泥:P.O 42.5R, 抗压强度R3=25.7 (MPa) 、R28=48.9 (MPa) ;
粉煤灰:F类П级, 细度 (45um) 19%, 掺量为15%;
细骨料:符合JGJ52-2006要求的二区中级河砂, 细度模数=2.8、堆积密度=1470 (kg/m3) ;
粗骨料1:5mm~25mm花岗岩碎石, 堆积密度=1460 (kg/m3) , 占粗骨料总量的50%;
粗骨料2:5mm~25mm再生粗骨料, 堆积密度=1370 (kg/m3) , 占粗骨料总量的50%;
水:符合混凝土用水标准 (JGJ63-2006) 的自来水;
减水剂:聚羟酸系缓凝高效减水剂, 掺量=2.0%, 减水率=26.5%。
4.4 再生骨料混凝土配合比设计方案
混凝土配合比设计依据上述规范标准, 并进行配合比设计方案优化后, 取水胶比为0.42±0.05的三个方案, 具体配合比如表4所示。
表4中的三个混凝土配合比设计方案主要是依据《普通混凝土配合比设计规范》 (JGJ55-2011) 计算所得。
5 再生粗骨料混凝土设计性能检测
各项检测均按相应标准进行, 检验结果分别如下。
5.1 再生骨料混凝土施工性能检测
施工性能检测结果如表5所示。
从表5可知, 检测结果符合使用要求。
5.2 再生骨料混凝土应用性能检测
5.2.1 力学性能检测
抗压试件尺寸:150㎜×150㎜×150㎜、抗折试件尺寸:150㎜×150㎜×550㎜, 试件的制作和养护均按相关规范标准进行, 力学性能检测结果如表6所示。
由表6可知, 水胶比对混凝土力学性能影响较明显, 本批试验中1#配合比和2#配合比能满足力学性能要求, 2#配合比的经济效益较优胜, 3#配合比不能满足力学性能要求, 应选2#配合比为施工配合比方案, 另外两个都不合理, 应舍去。
5.2.2 再生骨料混凝土耐久性能检测
再生骨料混凝土耐久性能检测结果如表7、表8所示。
从表7、表8可知, 再生骨料混凝土耐久性能检测结果符合相关规范要求。
6 结论
通过试验研究, 得出以下结论:
⑴建筑固体废弃物再生骨料的表观密度、堆积密度要小于现行《建筑用卵石、碎石》 (GB/T14685-2001) 规范对天然骨料的规定, 松散堆积孔隙率却大于天然骨料, 但二者相比, 相差较小。
⑵建筑固体废弃物再生骨料较天然骨料的最大特性是高吸水率, 设计混凝土的流动性时应增加这部分用水量 (可将3h的吸水率作为再生粗骨料的饱和吸水率来计算) 。
⑶再生骨料的压碎指标显示:建筑固体废弃物再生骨料适宜配制C60以下的混凝土。
⑷在级配方面, 建筑固体废弃物再生骨料满足当前拌合普通混凝土对骨料级配的要求。
⑸在建筑固体废弃物再生骨料混凝土性能方面, 其力学性能和耐久性能都与普通混凝土相差较小, 可以用于普通建筑工程。
总而言之, 通过优化混凝土配合比设计方案, 建筑固体废弃物再生骨料混凝土的各项性能都得到有效改善, 能达到普通混凝土的指标要求。可用再生骨料混凝土来取代普通的混凝土, 能保证其性能要求, 更重要的是, 既可以减少对人类赖于生存的地球环境的破坏, 又可以减少资源的浪费, 缓解资源的欠缺。大力发展建筑固体废弃物的再生应用, 走出一条发展绿色建材之路, 将会产生不可估量的环境优化效益和社会经济效益。
摘要：混凝土是我国当前主要的建筑材料, 其新建需求量和拆除垃圾产生量巨大。处理建筑固体废弃物最理想的途径是发展再生混凝土, 而再生骨料的物理性能会直接影响到再生混凝土质量的优劣。通过试验, 得到了再生粗骨料的砂浆附着量、颗粒级配、表观密度、压碎指标、吸水率等物理性能参数和再生粗骨料混凝土的应用物理化学性能参数, 为今后再生混凝土的发展提供一定的参考。
关键词：建筑固体废弃物,再生粗骨料,再生粗骨料混凝土,物理及物理化学性能
参考文献
废弃玻璃骨料混凝土 篇5
利用建筑废弃物生产的再生混凝土,不仅可以减少天然骨料的用量,而且较好地解决了建筑垃圾带来的污染问题,因此,近年来再生混凝土成为结构工程领域的研究热点。 专家学者们针对以废旧混凝土作为粗骨料的再生混凝土进行了大量的试验及理论研究,取得了一定的研究成果。 我国的建筑垃圾主要由三部分组成: 废旧混凝土约占10%,废土约占30%,废砖瓦约占60%。 砖混结构拆除产生的废弃黏土砖数量巨大,如何将其加以有效利用成为当前亟待解决的问题之一。 前期调研结果表明,对废旧碎砖类再生混凝土的研究较少。 本研究对碎砖类粗骨料再生混凝土配合比进行了设计,并对其早期强度进行了试验研究,可为再生混凝土的研究和发展提供试验依据和背景资料[1,2,3,4]。
1 废弃碎砖粗骨料的技术性能
试验用的废弃砖粗骨料取自某砖混结构拆除后的黏土烧结砖,选取其中几何尺寸较为完整的废砖测定其抗压强度, 抗压强度满足GB 5101—2003《烧结普通砖》[5]中MU10 的规定要求。 将废砖用颚式破碎机破碎成粒径40mm以下的再生骨料, 经过分拣、清洗和筛分处理,加工制成碎砖再生粗骨料。
碎砖再生粗骨料具有以下特征:粒径较大的骨料扁平,带有棱角,外形介于碎石和卵石之间,大小不均匀,骨料的表面比较粗糙,有较多空隙;粒径较小的骨料棱角多,表面粗糙,且带有微裂缝,少部分骨料表面附着旧砂浆。
1.1 碎砖骨料的颗粒级配
依照JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[6]规定的取样方式、取样数量及试验方法测定废弃碎砖骨料的颗粒级配,并对骨料进行二次级配调整,得到优化骨料颗粒级配,使其粒径大小符合标准规定的连续级配要求,见表1。
1.2 废弃碎砖骨料的主要技术指标
依照JGJ 52—2006 的规定,测定了碎砖骨料及天然骨料的表观密度、堆积密度、连续级配松散堆积空隙率、吸水率、含水率和压碎指标等主要技术指标,测试结果见表2。
2 碎砖骨料再生混凝土的配合比设计
对C20、C30 和C40 三个强度等级的天然骨料混凝土和废弃碎砖骨料再生混凝土进行了配合比设计。 二种骨料的C20 和C30 混凝土所用水泥均为32.5 级水泥,C40 混凝土所用的水泥均为42.5 级水泥,水泥的密度为3.1g/cm3;选用的砂为中砂,级配合格,表观密度为2640kg/m3,含水率1%;天然骨料为碎石, 粒径5~31.5mm, 级配合格, 表观密度2781kg/m3。
对应于每种强度等级的再生混凝土,碎砖骨料的取代率分别为0、30%、50%和100%。 依照普通混凝土配合比设计方法进行配合比设计,考虑到碎砖骨料吸水率大的因素,除了按照普通混凝土配合比设计计算的自由水量之外,另外增加了碎砖骨料经24h的附加水量,如表3 所示[7]。
kg/m3
注:C20 W100表示C20强度等级,碎砖骨料替代率为100%的再生混凝土,以此类推。
3 不同取代率再生混凝土的立方体抗压强度
3.1 立方体抗压强度随龄期的变化规律
按照不同的碎砖骨料取代率,对3 种不同强度等级的混凝土试件(100mm×100mm×100mm)分别测定了3d、7d、14d和28d龄期的立方体抗压强度,试件共48 组,每组3 个,共计144 个。 试验时连续均匀加荷,C20 混凝土试件的加荷速度为0.3 ~0.MPa/s;C40 和C60 混凝土试件的加荷速度为0.5 ~0.8MPa/s,试验结果见表4 和图1[8]。
MPa
由表4 和图1 可见C20、C30 和C40 不同取代率(0、30%、50%和100%的再生混凝土立方体抗压强度均随龄期的增长而增大, 前7d强度增长速率较快;7d以后逐渐变缓。 随着强度等级的增加,后期强度下降显著,这主要是试件后期强度取决于骨料强度的原因。
比较某一强度等级再生混凝土在给定龄期的立方体抗压强度可以得出,随着碎砖骨料取代率的增大相应的抗压强度随之减小。 在28d龄期,取代率为100%的C20、C30 和C40 再生混凝土的抗压强度分别为21.9MPa、30.6MPa和38.7MPa,C40 再生混凝土未达到强度要求。
在28d龄期, 取代率为30%、50%和100%的C20 再生混凝土强度分别比取代率为0 的普通混凝土强度下降了10%、5%和19%,表明用50%碎砖骨料取代天然骨料制备的混凝土能较好满足强度要求。 C30 和C40 碎砖骨料混凝土强度变化规律同C20,均为50%取代率时能较好满足要求[9,10]。
3.2 早龄期再生混凝土抗压强度经验公式
选取表4 中碎砖取代率为50%再生混凝土的试验数据,以龄期为自变量,某一龄期与28d龄期抗压强度之比为因变量,回归得出C20、C30 和C40再生混凝土的抗压强度经验公式,如式(1)~式(3)所示[11]。
C20 再生混凝土的抗压强度经验公式为:
C30 再生混凝土的抗压强度经验公式为:
C40 再生混凝土的抗压强度经验公式为:
式中, fcu(t)为某一龄期的抗压强度,MPa; fcu28d为28d龄期抗压强度,MPa;t为龄期,t≤28d。
上述三式均满足Y=AX+B的线性方程形式[Y= fcu(t) / fcu28d,X=ln (t)]。 从C20 到C40, 系数A从0.2536、0.2261 减小到0.2106; 而B则从0.1699、0.2653 增大到0.3122,A与B分别与混凝土抗压强度存在着相关关系,经回归得到以下公式:
将式(4)和式(5)代入Y=AX+B中,可得到不同强度等级再生混凝土在不同龄期的抗压强度统一计算公式:
在实际工程计算中, fcu28d可取为再生混凝土立方体抗压强度标准值fcuk(MPa)。
把表4 中不同强度等级废弃碎砖再生混凝土的28d抗压强度代入到(6)式,得到不同强度等级混凝土各相应龄期的抗压强度计算值,将计算值与表4 中相应龄期的试验值相比较,经数理统计计算可得:试验值与计算值之比的平均值 μ=1.012,标准方差 σ=0.067, 变异系数 δ=0.068, 试验样本数n=36。
4 结论
(1)对不同碎砖骨料取代率(0、30%、50%和10%)的C20、C30 和C40 再生混凝土进行了配合比设计,与同配合比的天然骨料混凝土相比表明,随着碎砖骨料取代率的增大,再生混凝土的抗压强度减小; 当碎砖骨料取代率为50%时,28d龄期的C20C30 和C40 混凝土的抗压强度分别达到24.7MPa33.1 MPa和44.7MPa, 工作性和混凝土强度等指标达到最优。
(2)以碎砖骨料取代率为50%的再生混凝土试验数据为基础,回归得出的不同强度等级再生混凝土在不同龄期的抗压强度统一计算公式,可为再生混凝土抗压强度的早期预测提供计算依据。
摘要：依照普通混凝土配合比的计算方法,并增加碎砖骨料经24h的附加水量,对不同碎砖骨料取代率(0,30%,50%和100%)的C20、C30和C40再生混凝土进行了配合比的设计;随着碎砖骨料取代率的增大,再生混凝土的抗压强度随之减小,当碎砖骨料取代率为50%时,再生混凝土的工作性和混凝土强度等指标达到最优;以碎砖骨料取代率为50%的再生混凝土试验数据为基础,回归得出了不同强度等级再生混凝土在不同龄期的抗压强度统一计算公式。
废弃玻璃骨料混凝土 篇6
轻骨料混凝土是一种将普通混凝土中的骨料用天然或人造的轻骨料代替的混凝土[1]。与普通混凝土相比,轻骨料混凝土具有大孔隙率、低密度、抗冻性好、保温性好等优点,近年来在建筑、水坝等大体积混凝土工程中得到了广泛的应用[2,3,4]。研究表明,在普通混凝土中加入钢纤维、碳纤维等纤维能明显改善普通混凝土的韧性和疲劳损伤,对于提高普通混凝土的力学性能,延长普通混凝土结构的使用寿命具有重要意义[5,6]。而对于轻骨料混凝土,纤维的加入对其力学特性和疲劳损伤的改善会不会达到和普通混凝土相同的效果?为此,文献[7,8,9]开展了相关的研究工作,结果表明,在轻骨料混凝土中掺加适量的钢纤维和碳纤维能够显著提高轻骨料混凝土的力学性能,改善疲劳损伤。而玻璃纤维以其优越的性能在普通混凝土中得到了广泛的应用[10,11],但玻璃纤维在轻骨料混凝土中的应用研究还相对较少。基于此,本文通过在轻骨料混凝土中掺加不同掺量的玻璃纤维,研究了玻璃纤维掺量对轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度等力学性能,以及纤维掺量和应力比对轻骨料混凝土疲劳寿命的影响,以期为玻璃纤维在轻骨料混凝土中的应用提供理论依据。
1 原材料和试验方法
1.1 原材料
水泥:河南某公司生产的P·O 42.5级水泥,其主要化学成分见表1。
%
细集料:普通中砂。
粗集料:宜昌某公司产的高强页岩陶粒,其各项性能指标均满足GB/T 17431.2-1998《轻骨料及其试验方法》的相关要求。
外加剂:聚羧酸系减水剂。
纤维:成都某公司产耐碱玻璃纤维,该玻璃纤维具有良好的物理力学性能,其外观如图1所示。
试验用轻骨料混凝土的配合比见表2。
kg/m3
1.2 试验方法
测定轻骨料混凝土抗压强度的试件尺寸采用150mm×150mm×150mm,测定抗折强度的试件尺寸采用150mm×150mm×550mm的标准规格试件。分别按国家标准规定,测定轻骨料混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度。疲劳试验在万能试验机上进行,采用三分点加载弯曲方式。
所有试件成型1d后脱模,在标准条件下分别养护至规定龄期。纤维掺量都以纤维占轻骨料混凝土的体积百分率记。成型好的轻骨料混凝土抗折试件如图2所示。
2 试验结果与分析
2.1 轻骨料混凝土力学性能
测定不同纤维掺量下(0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)轻骨料混凝土的7d和28d抗压强度、28d的劈裂抗拉强度和抗折强度,并由抗压强度和抗折强度计算折压比,研究不同纤维掺量下轻骨料混凝土的力学性能,试验结果如图3所示。
从图3可以看出,纤维的掺入从一定程度上降低了轻骨料混凝土的抗压强度,其中早期强度的降低程度大于后期强度。例如,素轻骨料混凝土3d和28d的抗压强度分别为35.5MPa和44.6MPa,而当纤维掺量为1.0%时,3d和28d的抗压强度分别为29.8MPa和39.5MPa,与素混凝土相比,纤维掺量为1.0%时轻骨料混凝土3d和28d的抗压强度分别下降了16.1%和11.4%。这是因为纤维在轻骨料混凝土中呈一种不连续相进行分散,纤维的加入一方面使轻骨料混凝土的密实度降低,另一方面纤维的加入增加了轻骨料混凝土内部的界面,在纤维与混凝土的粘结处产生一些薄弱面,在外界荷载作用下,这些界面处首先发生破坏,导致轻骨料混凝土的抗压强度有所降低。随着龄期的延长,轻骨料混凝土的凝结硬化作用从一定程度弥补了抗压强度的降低,因此,掺纤维后轻骨料混凝土28d抗压强度的降低程度小于3d。
随着纤维掺量的增大,轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度呈先增大后减小的趋势,当纤维掺量为1.5%时,劈裂抗拉强度达到最大值。这是因为纤维掺量小于1.5%时,相比于轻骨料混凝土,纤维有很大的抗拉强度,在外界荷载作用下,拉应力通过混凝土和纤维的界面传递给纤维,使纤维成为主要的受力载体,因此,劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加而提高。当纤维掺量过大时,纤维在轻骨料混凝土中分散的均匀性变差,易出现结团,使得混凝土内部出现许多薄弱面,在外界荷载作用下易出现应力集中现象,因此,轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度降低。
抗折强度和折压比随着纤维掺量的增大而大幅增加,当纤维掺量由0增大到0.5%时,轻骨料混凝土的抗折强度和折压比分别增加24.5%和34.8%,表明纤维的加入显著改善了轻骨料混凝土的抗弯能力和韧性。原因是纤维有较大的比表面积,在轻骨料混凝土中的分散呈三维网络结构,能大量吸收轻骨料混凝土受力时产生的能量,缓解混凝土内部裂纹尖端的应力集中,延缓混凝土中裂纹的扩展,从而大幅度提高了轻骨料混凝土的抗折强度和折压比,使混凝土的韧性得到显著改善。
2.2 轻骨料混凝土的疲劳性能
分别测定纤维掺量为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时,应力比为0.7、0.75和0.8的轻骨料混凝土的疲劳寿命,研究纤维掺量和应力比对轻骨料混凝土疲劳性能的影响,试验结果见表3。
万次
从表3可以看出,在一定应力比下,加入玻璃纤维能大幅度提高轻骨料混凝土的疲劳寿命。当应力比为0.7,纤维掺量为1.0%和2.0%时,轻骨料混凝土的疲劳寿命分别为108.840万次和175.229万次,相比于素轻骨料混凝土分别增加了2.74倍和5.02倍。这表明在轻骨料混凝土中加入纤维后,轻骨料混凝土的耐疲劳性得到了很大的改善,疲劳寿命得到提高。这主要是因为纤维能明显改善轻骨料混凝土的韧性,且掺量越大,韧性增加越多。当应力比一定时,随着纤维掺量的增加,轻骨料混凝土结构吸收能量的能力越高,在疲劳荷载作用下,轻骨料混凝土中裂纹形成和扩展所需要的能量释放率越高,裂纹的发展越缓慢,因此,疲劳寿命越高。
当玻璃纤维掺量一定时,随着应力比的增大,轻骨料混凝土的疲劳寿命大幅降低,例如,当玻璃纤维掺量为1.0%,应力比为0.8时,轻骨料混凝土的疲劳寿命相比于应力比为0.7时下降了91.1%,表明大的应力比会加速轻骨料混凝土的疲劳破坏,此时,应力比是影响轻骨料混凝土疲劳寿命的主要因素。这主要是因为当应力比较小时,轻骨料混凝土内部宏观裂缝端部的应力集中度较小,此时纤维的存在阻止了裂缝的进一步扩展,延长了疲劳寿命。而当应力比较大时,裂缝端部的应力超过了纤维对裂缝的扩展阻力,纤维有可能被拉断,裂缝扩展加快,轻骨料混凝土的疲劳寿命降低。
为了更深入地研究玻璃纤维对轻骨料混凝土疲劳性能的影响,采用半对数回归得到不同玻璃纤维掺量下轻骨料混凝土的疲劳寿命方程,具体模型如式(1),回归结果见表4和图4。
S=A lgN+B (1)
式中:N为疲劳寿命,次;S为应力比;A为回归系数;B为回归系数。
其中,A的绝对值和B值越大,表明疲劳寿命受应力比的影响越显著。
从表4可以看出,各纤维掺量下,轻骨料混凝土的疲劳寿命与应力比之间都有很好的线性相关关系,相关关系都大于0.98;掺入纤维后,轻骨料混凝土疲劳方程的斜率和截距都大于素轻骨料混凝土,说明纤维的加入改善了轻骨料混凝土的疲劳性能,延长了疲劳寿命;随着纤维掺量的增大,疲劳方程的斜率和截距逐渐增大,截距的增大说明轻骨料混凝土的疲劳性能得到了加强,而斜率越大,疲劳曲线越陡,说明疲劳寿命对应力比的敏感性越大。
3 结论
(1)纤维的加入使轻骨料混凝土不同龄期的抗压强度都有所降低,其中后期强度的降低幅度小于早期强度。
(2)随纤维掺量的增大,轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度先增大后减小,当纤维掺量为1.5%时,劈裂抗拉强度达到最大值。
(3)轻骨料混凝土的抗折强度和折压比随纤维掺量的增大大幅增加,表明玻璃纤维能明显改善轻骨料混凝土的弯曲韧性。
(4)轻骨料混凝土的疲劳寿命随玻璃纤维掺量的增加而不断增大,随应力比的增大而大幅减小,纤维的加入能提高轻骨料混凝土的疲劳寿命,同时大的应力水平是造成混凝土发生疲劳损伤的主要因素。