矿物掺合料混凝土的力学性能试验研究.pdf

第 9 卷第 3期 2 0 1 1年 6月 矿 业 工 程 M i n i ng En g i ne e r i n g 7 5 矿物掺合料混凝土的力学性能试验研究 郭钟群 赵 奎 余育新 彭道强 ( 江 西理 工大 学 ，江西 赣 州 3 4 1 0 0 0 ) 摘要 ：在研究掺粉煤灰 、硅 灰复合型掺合料对水泥胶 砂性能影 响的基础 上 ，试验研究 了掺复合 型掺合 料混凝土力学性能 ，并 与基 准混 凝土各性能进行 比较 。 关键词 ：复合 型掺合料 ；混 凝土 ；力学性能 中图分类号 ：TU 5 2 8 0 4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0 ( 2 0 1 1 )0 3 0 0 7 5 0 3 O 引言 水 泥混 凝土作为一种 建筑材 料迄今 己有 一百 多年 的历 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 1 2 3 修 回日期 ：2 0 1 0 1 2 2 8 作者简介 ：郭钟群( 1 9 8 7 一) ，男( 汉族 ) ，江西九江人 ，江西理工 大学建筑与测绘工程学院土木工程实验 中心兼职实验员 ，岩土工程 专业硕士研究生 。 史 ，它是现代最重要 的工程结 构材料 之一 。作 为混 凝土 主 要原料 的水泥是一种 不可持 续发展 的产 品，水泥 的生产 消 耗 了大量 的能源 和矿产资 源 ，排放 了大量 的污染 物 。据 资 料显示 ，生产1 t 硅酸盐水泥熟料 ，消耗石灰石 约1 3 t ，粘 土约0 3 t ，排 出1 t 多 C O 气 体 ，还有 大量 N Oz 、S O z 和粉 尘l_ 1 。我国著名 的水 泥混凝 土专家 、中科 院院士吴 中伟 教 授提出 了 “ 绿色混凝 土”的概 念 ， _ 。- - -_ - 主要 思想是 利用 各种工 - - o- -一_-+ M Jlo + Md A 一 P 仉 k ，m 式中M一 标准荷载下的弯矩 ，k N m；Mo 构件按 静 1 1 l 1 l h h 载计算的弯矩 ( 不包括机器扰力荷载) ，k N m； 机器 扰力产生弯矩 ，k N m；厂放大系数 ( 同上) 。 式 中 破碎机水平扰力 幅值 ，k N； 动力系数 ； 3 2 基础动力计算 忌 地基及基础的总水 平刚度 ，k N m；h 5 基 础底 至 包括机 组 白振频率及基础振 幅两部 分 ： 机 器水 平扰力作 用点的距离 ，i n 。 基组自 振频率计算。 墙式及框架式基础水平振动 4 破 碎机基础材料 的 白振 频率计算公式为 ： 。， ， 1 。 1 ； 、 。 4 1 混 凝 土 ； 一 一 十 十 r a r 大块式 基础混 凝 土强度 等级 不应 低 于 C 1 5 ，墙 式及 箱 式 中 m 机 器 和 基 础 顶 板 的 总 质 量 ，k N S m； 式 基础混凝土强度 等级 不应 低 于 C 2 0 ，框 架式 基础 混凝 土 K 天然地 基抗 剪 刚度 ，k N m；K。 天 然 地基 抗 弯 强度等级不应低于 C 2 5 。二次浇灌 找平层 不应 小于 5 0 mm， 刚度 ，k N m；h 基础底板底 面至顶板顶面的距离 ，i n ； 一 般采用细石混凝土其强度等级不应低 于 C 2 5 。 K 横 向框架 的水平 刚度 ，k N m。4 2 钢筋 壹 用 H H P B 2 3 5 。 勤 式 中 三 二 _= 。 =_ 专 量 5结 语 h 基 础 底 板 顶 面 至 基 础 顶 板 中 心 之 间 的 距 离 ，IT I ； 一 一 k 第 i 个支柱或墙垂直于扰力轴截 面惯 性矩 ，I n 。 综 上所述 ，破碎机基 础设 计应严 格执 行基 础选 型和设 基 础顶面振 幅计 算 。墙 式及 框架 式 基础 水平 振动 计标 准 ，对 其构造 因地制 宜进行 研究 与设 计 ，使其设 计 完 的水平振 幅 ： 全 符合 工程标准 。 Ca l c u l a t i o n f o r de s i g n o f s t r u c t u r e o f c r u s h e r S b a s e W ANG Gu a n g - mi n， LI ANG Yi n g ( No r t h e r n E n g i n e e r i n g 8 L Te c h n l o l g y Co r p o r a t i o n，MC C， An s b a n 1 1 4 0 0 9，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e wo r k i n g p r o p e r t i e s a n d f o r c e wi t h s t a n d i n g s t a t e o f c r u s h e r a r e a n a l y z e d On t h i s b a s i s ， t h e b a s e t y p e s e l e c t i o n a n d b a s e s t r u c t u r e c a l c u l a t i o n f o r c r u s h e r a r e e x p l a i n e d Ke y wo r d s ：c r u s h e r ； s e l e c t i o n o f b a s e t y p e ； c a l c u l a t i o n f o r b a s e d e s i g n； s t r u c t u r e 7 6 矿 业 工 程 第9 卷 第3 期 业废渣 ，通过一定 的工艺磨 细 ，来取代 混凝 土 中的部分 水 泥 。它利用 了多种组 分性 能 的超叠 加效 应 ( 即 l +2 3 ) ， 充分发挥其优 良特性 的组合 效果 ，克 服单一 品种 的性能 缺 陷，使掺 合料性能更优 越| 2 。 近年来 ，国内外 的一些学 者研 究 了粉煤 灰 、硅 灰 、高 炉矿 渣等单掺 、双 掺或三 掺对 混凝 土性能 的影 响 一 ，但 对 于复合 型掺合料的特性 变化 、复 合型掺合 料各 组分 间 的 配比以及最佳取代 比例 还没有成 熟 的理 论 。本文 就掺 粉煤 灰、硅灰 掺合 料混凝土的力学性能做 了探讨性的研究 。 1 试验研究 内容 分别将粉煤灰 、硅灰 、粉 煤灰 和硅 灰配 制 复合 型 掺合料 ，以不 同掺量等质量代替水泥来成型水泥胶 砂试 件 ， 测试其对抗折 、抗压强 度的影 响 ，通过 分析得 出复 合掺合 料各组分 的最佳掺配 比及复合掺合料 的掺量范 围。 一 根据 以上 复合 型掺合料对 水泥 胶砂 性能 的影 响规 律 ，利用正交试验设 计混凝 土配 比，成 型混凝 土试块 ，测 定不 同龄期混凝 土的抗压 强度 ，并 与普通混 凝土进 行对 比 研 究 。 2 试 验研 究与分析 2 1 单掺粉煤灰 、硅灰 的水泥胶砂试验 为了有效研究粉煤灰 和硅灰复 合型掺 合料 如何用 作混 凝土掺合料 ，先对复合掺 合料水 泥胶砂 加 以研 究 ，分 别选 择了单掺 、双掺两种方法 ，以等量取代水泥制作水泥胶砂 ， 并力求找到较为合 适 的掺量 。水 泥 强度见 表 1 ，试 验结 果 如 图 l 4 。 表 1 水泥 的强度 芝 晒 渗量( ) 图 1 单掺 粉煤 灰的水泥掺和料抗折强度 曲线 分析可知 ：1 )单掺粉煤灰 时掺量逐渐增加 ，抗 压和抗 折强度都有较大幅度的降低 。单 掺粉煤 灰 6 O 时 ，其抗压 和抗折强度均趋与一 个近似值 。随着养 护 的时 间，抗 压和 抗 折强度都有明显的提高 ；2 )单掺硅 灰掺量 为 2 l 5 时 ，随着掺 量的增加 ，其抗 折强度 也逐 渐变 大 ，随后 又逐 渐减小 。单掺硅灰抗压强度没有明显的变化 。 8 0 日 7 0 室56 00 0 室 1 0 餐： 羹4 0 9 0 8 0 曼 2 0 l O O 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 5 0 60 掺量( ) 图 2 单掺粉煤灰 的水泥掺和料抗压 强度 曲线 5 8 l 1 1 4 1 7 2 0 掺量( ) 单掺硅灰的水泥掺合料抗折强 度曲线 2 5 8 l l l 4 l 7 2 O 掺量( ) 图 4 单掺硅 灰的水泥掺合料抗压强度 曲线 2 2粉煤灰与硅灰复合的水泥胶砂试验 将水 泥作 为基 准材料 ，确定 粉煤 灰与硅灰的最佳 比例 ， 在此 基础 上分 析不 同取代 量 、不 同配 比对水 泥胶砂 性能 的 影响，并 与基 准水 泥胶砂 进行对 比研 究。 由表 2可 知 ，当 粉煤灰 和硅灰 比例 为 3： 1的时候 ，其抗压强度是每组 的最 大值。随着每组粉煤灰与 硅灰配 比量 的增加 ，抗 压强 度与 其成正 比关 系相 应 的变 大。当粉 煤灰 与 硅灰 配 比为 3：1 时 ，其抗压强度到最大值 ，由此 可知取代 量为 5 O ，粉煤 灰与硅灰配 比 3： 1 是最佳配置方法 。 2 3掺复合型掺合料混凝土 的力学性 能试 验 试验以双掺水泥胶砂试 验 为基础 ( 复合掺 合料 中粉煤 灰 占 7 5 ，硅灰 占 2 5 ) ，采 用 水平 正 交设 计 安 排试 验 ， 选取水胶 比、取代量 、砂率 3个 因素 ，每个 因素取 3个 水 平 。试验因素水平见表 3 。 根据 普通 混凝 土 力学 性能 试 验方 法标 准 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 )进行混 凝 土抗 压 强度 的试 验 和 正交 试 验 配 比，试验结果见表 4及图 5 。 由各因素对抗压强度的极差 分析可知，各因素对复合掺 合料混凝土抗压强度 的极差顺序是砂率、水胶 比、取代量。 由图 5分析 可知 ，水 胶 比对 混凝 土强 度影 响不 明显 ， 混凝土 的强度随水胶 比的增 加有下 降趋势 ；随着取 代量 的 增大 ，混凝土抗压强度 呈先小 幅增 大后减 小 ；在试 验过 程 中，砂率为 3 9 时混凝土强度 达到最 大值 ，故其 为本试 验 的最佳砂率 。 2 0 1 1 年第 3 期 郭钟群 等 矿物掺合料 混凝土的力学性能试验研 究 7 7 表 2 对取代量 的试 验结果的分析 注 ：F A一 粉 煤 灰 ；S F一硅 灰 。 表 3 试 验因素的水平取值 表 4 复合掺 合料 混凝土的抗压强度 注：1 )括 号前数字为各 因素的水平 代号 ，括 号 内数 字为各水 平 的 具 体 数 值 ； 2 )Ki 一 分别为各因素水平下的平均抗压强度 。 2 3 各 因素水平 图 5 抗压强度与各因素水平变化 曲线 3 结语 单掺粉煤灰时 ，其 水泥胶 砂 的抗压 强度有 明显 下 降 ；单掺硅灰时强度变化不是很大 ； 粉煤灰与硅灰复合 配制水 泥胶 砂可 以提 高水泥 胶 砂的流动性及后期强 度递增 率 。试验粉 煤灰 与硅灰 的最 佳 配 比分别为 7 5 和 2 5 。按最 佳配 比取代 5 O 水 泥制备 水 泥胶砂的性 能优 于基 准水 泥胶 砂 ，其 早期 强 度有 所下 降 ， 而后期强度增长率 明显高于基准水泥胶砂 ； 通过试验研究 ，建议 配制 粉煤 灰与硅 灰 复合掺 合 料进 行 混 凝 土 改 性 时 ，最 佳 水 胶 比为 0 6 0 ，取 代 量 为 4 O ，最 佳砂 率为 3 9 。 参考文献 ： 1 3 中国 2 1世纪议 程 中 国 2 1世 纪人 口、环境 和发 展 白皮 书 北京 ：中国环境工程 出版社 ，1 9 9 4 E 2 吴 中伟 ，廉慧珍 高性 能混凝土 M北 京 ：中国铁道 出 版社 ，1 9 9 9 3 李 国柱 。干伟忠 粉煤灰 高性 能混凝 土的配 制及机 理研究 J 新 型建筑材料 ，2 0 0 2 ( 8 ) 4 胡玉飞 磨细矿渣粉高性能混凝土试验及应用 口 云南 建材 ，2 0 0 1 ( 4 ) 5 李坦平 ，曾利群 用天然沸石 、矿渣 、粉煤灰复合超细粉 配 制 高性能混凝 土的研 究 试 验研 究 J 粉煤 灰综 合利 用 ，2 0 0 1 ( 6 ) 6 李岩 用 多种 掺合料 配制 高性能 混凝土 的试验研 究 J 建材技术与应用 ，2 0 0 2 ( 5 ) 7 覃维祖 粉煤 灰在混 凝土 中的应 用技术 J 商 品混凝 土 ，2 0 0 6 ( 2 ) 8 李懿卿 ，牛荻涛 ，宋华 复合矿物掺合料混凝土力学性 能的 试验研究 口 混凝 士 ，2 0 0 9 ( 3 ) Ex p e r i me nt a l S t u dy o n t h e M e c ha ni c a l Pr o p e r t i e s o f Co nc r e t e wi t h Co mpo u nd M i ne r a l Ad mi x t u r e GUo Zh o ng - qu n， ZHAo Ku i ， YU Yu x i n， PENG Da o - qi a n g ( J i a n g x i u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y，Ga n z h o u 3 4 1 0 0 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e s t u d y o f c e me n t mo r t a r wi t h c o m p o u n d mi n e r a l a d m i x t u r e ， we r e g a r d t h e c o n c r e t e wi t h c o mp o u n d mi n e r a l a s t h e ma j o r s t u d y i n g o b j e c t We a l s o c o mp a r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e wi t h c o mp o u n d mi n e r a l a d mi x t u r e t O t h a t o f t h e c om m on concr et e Ke y wo r d s：c ompl e x ad mi x t ur e ； c on c r e t e；m e c ha ni c a l p r ope r t i e s 加 m 0 B d W 越慧