不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响.pdf
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中国科技核心期刊 新 建蟓 不同钢纤维对再生混凝土 基本力学性雒的影响 杨粉 , 陈爱玖, 王静 ( 华北水利水 电学院, 河 南 郑州4 5 0 0 1 1 ) 摘要 : 以普通混凝土的配合比设计原则为基础, 研究了再生粗骨料取代率为4 0 %时, C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 共 4 种强度等级下, 铣 削型、 剪切 型钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影 响及变化规律。 试验结果表明, 加入钢纤维后的再生混凝土立方体抗压强度较 基体混凝土提高约 1 .3 %一 1 1 . 5 %,抗折强度提 高约 2 . 1 %~ 1 5 . 1 %,抗压 弹性模量提高约 0 . 3 %一 1 0 .4 %,劈裂抗拉强度提高约 7 . 1 %~ 2 6 .O %, 轴心抗压强度提高约 1 . O %一 1 3 .4 %; 剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及 2 8 d 龄期时基体力学性能的影响程度大于铣削 型纤维 。 关键词: 配合比; 钢纤维; 再生混凝土; 强度 中图分类号: T U 5 2 8 . 5 7 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 4 4 — 0 3 Th e i mp a c t o f d i ffe r e n t s t e e l fi b e r s o n t h e b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e Y A N G F e n , C H E N A ij i u , W AN G .1 i n g ( No ah C h i na Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t ric P o we r , Zh e n g z h o u 4 5 0 01 1 , He n a n, Ch i n a ) Ab s t r a c t : B a s e d w i t h t h e o r d i n a r y c o n c r e t e d e s i g n p ri n c i p l e s , t h e i n f l u e n c e o f mi l l e d a n d s h e a r t y p e s t e e l fi b e rs o n t h e me — c h an i c a l p r o p e r t i e s of t h e r e c y c l e d c o n c r e t e an d t h e c h a n g e l a w we r e s t u d i e d wh e n t h e r e p l a c e me n t r a t e o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e - g a t e i s 4 0 %, an d u n d e r f o u r k i n d s o f s t r e n g t h g r a d e s a s C2 0, C2 5, C3 0 and C3 5 .T h e e x p e rime n t a l res u l t s s h o w t h a t a f t e r t h e a d - d i t i o n o f fib e r t h e c u b e c o mp r e s s i v e s t ren gth o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i mp r o v e d a b o u t 1 . 3 %-1 1 . 5 % t h a n t h e s u b s t r a t e c o n c r e t e, t h e fl e x u r a l s t r e n gth i n c r e a s e d a b o u t 2 . 1 % - 1 5 . 1 % , t h e i n c r e a s e o f t h e c o mp r e s s i v e e l a s t i c mo d u l u s Was abo u t 0 . 3 %-1 0-4 % , a n d t h e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth i n c r e a s e d a bo u t 7 . 1 %- 2 6 . O % : t h e a x i a l c o mp r e s s i v e s tre n gth i nc r e ase d a b o u t 1 .0 % -1 3 .4%. T h e i n flu e n c e d e g r e e of t h e s l ump of f r e s h c o n c ret e and t h e b a s e d b a s i c me c h an i c a l p r o p e rti e s of 2 8 d a y s b y t h e s h e ar t y p e s t e e l fi b e r i s gre a t e r t h an t h a t b y t h e mi l l e d t yp e s t e e l fib e r . Ke y wo r d s : m i x t u re r a t i o ; s t e e l fi b e r : r e c y c l e d c o n c r e t e : s t r e n gth 随着城市建设的迅速发展,每年产生大量的建筑废料和 垃圾, 由此引发很多环境问题, 再生混凝土材料的研究开发具 有广阔的发展前景, 再生混凝土抗压强度和抗折强度随着再生 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 7 7 9 0 1 8 ) ; 河南省科技厅科技攻关资助 ( 1 0 2 1 0 2 2 1 0 0 9 6 ) ; 郑州市科技攻关资助( 1 1 2 P P T G Y 2 2 2 — 3 、 1 0 P T G S 5 0 7 — 3 ) ; 河南省杰 出人才 ( 0 9 4 2 0 0 5 1 o 0 l 1 ) ; 郑州市科技领军人才项 目( 0 9 6 S Y J H 2 3 1 0 5 ) 收稿 日期: 2 0 1 2 — 0 8 — 2 1 作者简介: 杨粉, 女, 1 9 8 6 年生, 河北石家庄人, 硕士研究生, 研究方 向土木工程。地址: 郑州市北环路 3 6 号, E — m a i l : y a n g f e n 0 9 1 7 @1 6 3 . 1 7 / m 4 4 新型建筑材料 2 0 3 3 . 2 骨料掺量增加而降低, 在混凝土中掺入钢纤维是提高混凝土抗 裂、 阻裂能力的有效途径。 国内外学者对钢纤维混凝土的性能 进行了大量的试验研究, 并取得了一系列的研究成果[ 1 - 7 ] , 但 不同类型钢纤维对再生混凝土基本性能影响的研究还很少。 因此, 本文通过再生粗骨料取代率4 0 %时, 加入铣削型、 剪切 型钢纤维, 研究再生混凝土的基本力学性能, 从而得出2 种纤 维对再生混凝土的影响及变化规律。 1 试验材料 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 配合比采用强度等级为3 2 . 5的普通硅酸 盐水泥, C 3 5 配合比采用强度等级为4 2 . 5的普通硅酸盐水 泥。水泥的强度见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨粉, 等: 不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响 表 1 试验用水泥的物理力学-陛能 天然粗骨料采用新密产碎石, 再生粗骨料来源于废弃的钢 筋混凝土梁; 砂采用鲁山产河砂, 细度模数 2 . 8 6 , 含泥量1 . 8 %。 粗、 细骨料的物理性能见表2 。 表 2 粗、 细骨料的物理性能 采用2 种钢纤维, 分别为铣削型( 等效直径0 . 7 5 m m , 长 度 4 0 m m , 长径比5 3 . 3 ) 和剪切端钩型( 等效直径0 . 6 m m, 长 度 3 2 m m, 长径比5 3 . 3 ) , 生产厂家为郑州禹建钢纤维有限公 司。 减水剂采用河北省混凝土外加剂厂生产的D H 1 3 聚羧酸 系高性能减水剂( H P wR ) , 减水率为2 0 %。 混凝土拌和用水为自 来水。 2 试验方案 选用4 0 % 再生粗骨料替代率及纤维体积率均为0 . 5 %的 2 种钢纤维, 进行C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 强度等级的钢纤维再生 混凝土配合比设计, 共 1 2 组配合比, 钢纤维再生混凝土配合 比及混凝土拌合物和易性试验结果如表3 所示。 表 3 钢纤维再生混凝土配合比及拌合物的工作性能 3 试验结果与分析 对标准养护至2 8 d 的混凝土试件进行力学性能测试, 结 果见表4 。 表 4 钢纤维再生混凝土强度试验结果 编 号 强 强 震 篇 P 强 P 篓 簇 至 晕/G P a 3 . 1 钢纤维种类对混凝土力学性能的影响 由表4可知, 掺加铣削型钢纤维, 强度等级分别为C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5的再生混凝土比基体混凝土的立方体抗压强 度分别提高2 . 8 %、 5 . 3 %、 1 .3 % 、 1 0 . 0 %, 抗折强度分别提高2 . 1 %、 4 . 1 %、 5 . 7 %、 5 . 3 %,劈拉强度分别提高7 . 1 %、 1 2 . 6 %、 1 3 .9 %、 1 7 . 8 %, 轴心抗压强度分别提高3 . 4 %、 3 . 0 %、 1 . 0 %、 5 . 1 %, 弹性 模量分别提高4 . 5 %、 1 . 7 %、 0 . 3 %、 3 . 8 %; 掺加剪切端钩型钢纤 维, 强度等级分别为C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5的再生混凝土比基体 混凝土的立方体抗压强度分别提高9 . 5 %、 1 1 . 5 %、 4 . 2 %、 1 0 .4 %, 抗折强度分别提高4 . 2 %、 1 0 . 2 %、 1 5 . 1 %、 1 4 . 0 %, 劈拉强 度分别提高 1 6 . 0 %、 1 9 . 2 %、 2 6 . 0 %、 2 4 1 3 %, 轴心抗压强度分别 提高 1 3 . 4 %、 8 . 7 %、 3 . 4 %、 9 . 2 %, 弹性模量分别提高4 .9 %、 3 .0 %、 0 . 6 %、 1 0 . 4 %。 由以上数据可见, 同普通混凝土相似, 再生混凝土的抗压 强度及弹性模量对钢纤维不敏感,但钢纤维的掺入可明显改 善其劈拉和抗折强度。 3 . 2 不同强度等级混凝土的力学性能 由表4可知, 2 种类型的钢纤维对 C 3 0 再生混凝土的力 学性能均影响较小。其主要原因如下: 由于C 3 0 再生混凝土 采用P 0 3 2 . 5 水泥, 水灰比较小, 在此情况下, 纤维的加入给 搅拌和成型带来一定困难, 同时容易引进新的缺陷; 再者, 由 于水灰比 的降 低, 其基体强 度提高, 使 裂纹在基体中 扩 展时 所 消耗的能量增加,从而使跨过纤维能量屏障所需的能量占总 能量的比例下降, 从而削弱了钢纤维的增强效果。 N E W BUl L DI NG M AT ER I AL S 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨粉, 等: 不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响 由表4 还可以看出, 虽然钢纤维的体积率较小, 不能较为 明显地反映出钢纤维对再生混凝土的增强效应,但在钢纤维 掺量和基体混凝土配比相同的情况下, 2 种钢纤维对基体的 增强效应有 着较为显著的 差异。 由 表3 和表4 可见, 在2 种钢 纤维体积率和长径比基本相同的条件下,钢纤维在混凝土拌 合物坍落度测试时表现出显著的“ 棚架” 效应, 对再生混凝土 拌合物的流动性具有约束作用,而剪切型钢纤维长度相对较 短 致使同 体积混 凝土中 钢纤维的 数量增多,作 用效应随 钢纤 维 长度的 减小而 增强, 导致剪 切型 钢纤维再生 混凝土的 坍落 度比铣削型钢纤维再生混凝土小。钢纤维对混凝土基体的增 强增韧作用是通过钢纤维与混凝土基体间的粘结得以实现 的, 在钢纤维和混凝土基体强度得以保证的条件下, 纤维与基 体的粘结强度直接决定着钢纤维传递应力的水平和能力, 剪 切型纤维的端钩使纤维锚固力大幅提高, 因此, 剪切型钢纤维 对新拌混凝土的坍落度及2 8 d 龄期时基本力学性能的影响 程度大于铣削型纤维。 4 结语 ‘ ( 1 ) 与普通混凝土相似, 再生混凝土的抗压强度、 弹性模 量对钢纤维不敏感,但钢纤维的掺入可明显改善其劈拉及抗 折强度。加入钢纤维后的再生混凝土立方体抗压强度较基体 混凝土提高约1 . 3 % 1 1 . 5 %, 抗折强度提高约2 . 1 % 一 1 5 . 1 %, 抗 压弹性模量提高约O . 3 % 1 0 . 4 %, 劈裂抗拉强度提高约7 . 1 % 一 2 6 . 0 %, 轴心抗压强度提高约1 . 0 % 1 3 .4 %。 ( 2 ) 剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及2 8 d 龄期时 基本力学性能的影响程度大于铣削型纤维。 参考文献: [ 1 】 高丹盈, 楼志辉, 王占桥. 钢纤维再生混凝土抗压强度试验研究 [ J ] . 郑州大学学报 ( 工学版) , 2 0 0 7 , 2 8 ( 2 ) : 5 - 1 0 . 【 2 】 李长永, 赵顺波, 钱晓军. 砂率对剪切型钢纤维增强混凝土性能 的影响[ J ] . 建筑材料学报, 2 0 0 7 , 1 0 ( 2 ) : 2 4 7 — 2 5 2 . [ 3 ] 韩建 国, 阎培渝 .粗骨料和钢纤维对混凝土 中裂纹扩展模式的影 响f J 】 . 混凝土, 2 0 1 2( 5 ) : 1 - 4 . 【 4 ] 朱海 堂, 高丹盈 , 楼志辉 , 等. 钢纤维再生混凝土坑折性能试验研 究[ J 】 .新型建筑材料, 2 0 0 8 , 3 7 ( 1 ) : 6 8 — 7 1 . 【 5 】 石国柱, 韩菊红.大粒径钢纤维混凝土劈拉性能研究[ J ] . 混凝土, 2 0 0 9 ( 9 ) : 8 7 — 8 8 , 9 4 . [ 6 ] 张茜, 刁波, 杨松霖, 等. 哑铃 形钢纤维增强超高性能混凝土力学 模型研究『 J 】 . 混凝土, 2 0 0 9( 1 ) : 8 - 1 0 . 【 7 ] 陈爱玖 , 王静 , 杨 粉. 钢纤维再生混凝土抗压 强度试验 研究【 J ] . 混 凝土 , 2 0 1 2 ( 4 ) : 6 4 — 6 6 . - A ( 上接第 4 O页) 在复合发泡水泥板生产过程中, 以调整干密度控制导热系 数。导热系数不大于0 . 0 6 W/ ( m K ) 时, 干密度宜控制在2 7 0 k g / m ’ 以下。 3 结语 ( 1 ) 憎水剂的 掺入使复 合发 泡水泥板的吸 水率快速降 低, 抗压强 度也随 之降低。 但当 憎水剂的掺 量大于5 k g / m 3 时, 其 掺量的增 加对吸水率的降 低无明 显效果, 而会使其抗 压强度 明 显下降。 综合抗压强 度、 孔径 和吸水率等因素, I 型 配合比 憎水剂最 佳掺量为4 k g / m , ,1 1 型 配合比 憎水剂最佳掺 量为5 k g / m 3 。 ( 2 ) 苯丙乳液的掺入对复合发泡水泥板抗压强度影响较 小、 抗拉 强度略有 提高, 但 对其体积吸水 率有所改 善。 综 合力 学性能、 裂纹现象等因素, I 型配合比苯丙乳液最佳掺量为 4 6 新型建筑材料 2 0 1 3 . 2 0 . 6 %, I I 型配合比苯丙乳液最佳掺量为0 . 3 % 。 ( 3 ) 在一定范围内, 水料比越大, 其抗压强度和抗拉强度 越小, 吸水率越高。 在提高复 合发泡水泥 板性能和 满足料浆可 操作性的情况下, 水料比适宜的范围为0 .4 0 0 .4 5 。 ( 4 ) 掺加憎水剂、 苯丙乳液和降低水料比, 能大幅度降低 复合发泡水泥板的吸水率, 提高其强度和表面硬度, 克服了复 合发泡水泥板易粉化、 强度低和吸水率高的缺陷。 ( 5 ) 复合发泡水泥板导热系数不大于0 . 0 6 W/ ( m K ) 时, 干密度宜控制在2 7 0 k g / m 以下。 参考文献: ⋯ 1 闫振 甲, 何艳君 .泡沫混凝土实用生产技术【 M】 . 北京 : 化 学工业 出 版社 , 2 0 0 6 . f 2 】 周顺鄂 , 卢忠远 , 严云. 泡沫混凝土导热系数模型研 究【 J J . 材料 导 报, 2 0 0 9 ( 6 ) : 6 9 — 7 3 , 8 3 . A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m- 配套讲稿:
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- 不同 纤维 再生 混凝土 基本 力学性能 影响
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