再生陶瓷粗骨料混凝土碳化深度预测模型试验研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1期 (总 第 3 0 3期 ) Nu mr 1 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 3 J 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 1 0 1 4 再生陶瓷粗骨料混凝土碳化深度预测模型试验研究 刘洋 。曾志兴。 。 万超 , 蔡 国军 ( 1 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 6 1 0 0 5 9 ; 2 重庆大学 土木工程学院, 重庆 4 0
2、 0 0 4 4; 3 华侨大学 土木工程学院, 福建 泉州 3 6 2 0 2 1 ; 4 深圳市华阳国际工程设计有限公司, 广东 深圳 5 1 8 0 3 8 ) 摘要: 基于 C 4 5强度混凝土, 以再生陶瓷粗骨料按照不同质量配合 比替代天然粗骨料, 配制再生陶瓷混凝土 ( R C A C) 试块进 行碳化深度试验。 试验表明: 标准环境下 , 碳化深度总趋势随陶瓷粗骨料掺量 的增加而增加; 以一维碳化深度为基准 , 二维碳 化 深度约为其 1 7倍、 三维碳化深度约为其 2 6 倍 ; 浇筑面的碳化深度 比侧面深约 I n l m; 基于碳化深度试验, 提 出了再生陶瓷粗骨 料混凝土
3、碳化深度预测模型, 计算结果与试验数据吻合较好。 关键词: 再生陶瓷混凝土; 碳化深度; 力学性能 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) O l 一 0 0 5 4 一 o 4 E x p e r i me n t a l s t u d y o f t h e c a r b on a t i o n d e p t h f or e c a s t i n g mo d e l f o r t h e r e c y c l e d c e r a mi c c o a r s e a g gr
4、e g a t e c o n c r e t e L J U I , GZ h i x i n g , WA NC h a o , C A I G u o j u n ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Ge o h a z a r d P r e v e n ti o n a n d Ge o e n v i r o n me n t P r o t e c ti o n , C h e n g d u Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Ch e n g d u 6 1 0 0 5 9
5、, C h i n a ; 2 Co l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Ch o n g q i n g Un i v e r s i ty, Ch o n g q ing 4 0 0 0 4 4, Ch i n a ; 3 Co l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Hu a q i a o Univ e r s i t y, Qu a n z h o u 3 6 2 0 2 1 , Ch i n a ; 4 S h e n z h e n C a p o l I n te
6、 rna t i o n a l E n g i n e e r i n g C o s t C o n s u l ta ti o n C o , L t d S h e n z h e n 5 1 8 0 3 8 , C h i n a ) Abst r a c t: Ba s e d o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e te C4 5 t o r e g e n e r a t e t h e c e r a mi c c o a r s e a g g r e g a te i n d i ffe r e n t we i g ht r
7、a tio s i n s tea d o f n a t u r a l c o a r s e a g g r e g a te , p r e p a r a t e d rec y c l e d c e r a mi c a gg r e g a t e c o n c r e t e f o r c a r b o na tio n de p th tes t Te s t s s ho w u n d e r s t a n da r d e n v i r on me n t , c a r - b o n i z e d d e p th i nc r e a s e s a
8、 l o ng wi th the c a r bo n a tio n c e r a mi c c oa r s e a g gre g a t e c o n t e n t ; c a r bo n a ti o n d e pth i n a o n ed i me n s i o nal b a s i s , i t s t wod i me n s i o nal c a r bo n a ti o n d e pt h o fa bo u t 17 t i n s a n di t st h r e ed i me ns i o n a l c arbo n a tio n
9、d e p th o f a bo u t26ti me s; c a r b o na ti o n d e p th t h a n t h e s i d e o f the c a s t i n g s u r f a c e d 印t l l o f a bou t 1 m m; c ar b o n a ti o n d e p tho n a t r i a l b a s i s , i t p I lo p o s e a m o d e l t O ge dic t th e dep th o f re g e n e r a t i v e c e r a mi c c
10、 o a r s e a g g r e ga te c o n c rete c arb o n a tio n, t h e c alc u l a ti o n r e s ult s a gre e we l l wi th e x p e r i me n t K e y wo r d s: r e c y c l e d c e r a mi c a g g r e g a t e c o n c r e te; c arbo niz ed d e p th mo d e l ; me c h a n i c al p r o p e r t i e s 0 引言 陶瓷工业的快速发
11、展致使陶瓷废料 日益增多 , 加之我 国陶瓷工业废料的处理与利用程度较低 , 造成废渣挤 占耕 地 , 对水和空气造成污染 。 利用废弃陶瓷作为混凝 土骨料 配置而成再 生混凝 土 , 可 以有 效减 少环境 污染并 节约 资 源。 目前 , 关于再生 陶瓷混凝土及其耐久性研究较少 , 碳化 作 为衡量耐久性的重要指标之一 , 能够很好反 映混凝土材 料性能、 物相结构和化学组分等变化与大气环境及时间的 关系。 影响碳化的主要因素为外部环境及混凝土自身 。 1 试验概况 1 1 试验原料 再生陶瓷粗骨料取废弃建筑陶瓷, 粒径为 5 2 0 m m, 表观密度为 2 3 8 0 k g m ,
12、堆 积密度 为 1 2 1 0 k g m , 空 隙 率 V为 4 9 , V 为 4 5 , 压碎指标为 7 3 , 2 4 h对应 的吸 水率为 2 9 3 ; 天然粗骨料为粒径 5 2 0 m l n的连续级配 的碎石 ; 细骨料 为天然河 砂 , 细度模数 为 2 4 4 , 含水率 为 1 9 5 ; 水泥采用 4 2 5 MP a 级水泥 ; 水为 自来水。 试验配合 比: 水 灰 比为 0 5 5 、 每立 方 米水 泥 用量 为 3 9 6 4 k g 、 砂为 6 0 6 8 k g 、 水为 2 2 0 k g 、 碎石为 1 1 2 6 8 k g ; 再生陶瓷粗 骨料
13、混 凝土 以陶瓷 按碎石 质量分 数 的 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 进行取代 。 普通混凝 土记为 : N C, 再生 混 凝土按照取 代率的不同记 为 : R C 2 5 、 R C 5 0 、 R C 7 5 、 RC 1 0 0 。 1 2试 验 方 法 基于文献 2 进行试验, 碳化后抗压、 劈拉强度试验采 用标准立方体试块; 碳化后抗折强度试验采用 1 0 0 m i l l X 1 0 0 i n l I 1 x 4 0 0 r a i n试块 。 一维碳化深度的量测利用劈拉 后 的试块, 二、 三维碳化深度利用抗折后试块。 标准条件下养护 2 8 d 后 ,
14、 在 ( 6 0 2 0 0 ) 温度下烘干 ( 4 8 h ) 进行碳化试验; 侧面顺长度方向每 1 0 m m 画平行 收稿 日期: 2 0 1 4 0 7 0 8 基金项 目: 国家 自 然科学青年基金( 4 1 2 0 2 2 0 9 ) ; 四川省教育厅基金项目( 1 1 Z B 0 3 8 ) 5 4 落度、 和易性及密实性随陶瓷粗骨料取代率不 同产生差 异。 总趋势上, 混凝土碳化深度与抗压强度呈线性关系, 类 似与文献 6 , 8 的普通混凝土碳化试验。 3 1 2 碳化深度与碳化时间的关系 碳化深 度 与碳 化 时 间 的关 系见 图 3 。 由图 知 : 碳 化 深度与碳化
15、时间按幂函数关系增长, 碳化到一定程度后, 碳化反应速度增长变慢。 主要因为碳化初期, 供碳化的 C a ( O H) 充足 , 反应迅速强烈 ; 随 C a ( O H) : 的消耗 , 碳化 速度降低。 另外 , 碳化反应引起的混凝土的内部结构变化 反过来制约 了碳化反应的进行。 碳 化时 同 d 图3碳化深度随碳化时间的变化图 图中各曲线相应碳化深度( X( t ) ) 的回归方程及相关 系数( ) 为 : R C 1 0 0 : X( t ) = 3 8 8 t 。 , R = 0 9 8 8 ; R C 7 5 : X( t )= 3 9 1 t o R =O 9 8 4 R C 5
16、 0 : X( t ) =3 8 6 t 。 , R = 0 9 8 0 ; R C 2 5 : X( t )= 3 7 6t R =0 9 81 NC: X( t )=3 5 8 t o 弘, R。 = 0 9 6 4 曲线的时间影响指数均在 0 3 2 0 3 6之 间, 算术平均 值为0 3 4 , 比文献 4 9 模型公式中相应的时间指数0 5 偏小 。 所 以, 本文指数取 0 3 4 。 3 1 3 再生陶瓷粗骨料混凝 土碳化深度预测模型的建立 抗压 强度是混凝 土最基 本 的性 能指标 之一 , 在 实际 工程 中容易测 定 ; 将抗 压强 度 作 为主 要影 响 因子 , 能
17、综 合反映水泥及粗细骨料相关参数、 外加剂掺人情况、 施工 及养护情况等对碳化 深度及 碳化速度 的影 响 ; 另外 , 碳 化中随机性及不确定性 因素较多。 本试验均在相同标准环 境下( C O 2 浓度: ( 2 0 3 ) 、 相对湿度 : ( 7 0- I- 5 ) , 温度: ( 2 0 5 ) ) 完成 , 忽略上述 因素 的影响 , 仅就抗压强度及 碳化时间 , 提出预测模型 : X( t )= k t o ( 6 ) 式 中: 七 碳化速度系数 , m m d 弘 m m; X ( t ) 碳化深度 , m m; f 碳化时间 , d 。 结合文献 4 , 7 , 9 给出的
18、3种碳化预测模型, 其中, A, B, C, D, E , F均为常数系数。 d , 1 = + B ; k = 产 + D ; k = E ,k + F( 7 ) f e u k J G u, 由图 2 知碳化深度与抗压强度近似成线性关 系, 故选 式 ( 8 ) 进行拟合 : k =E。 ,k + F ( 8 ) 5 6 式 中 混凝土立方体抗压强度标准值 , MP a 。 将试验数据带入拟合得: k =一 O 0 2 4 , c u , + 4 7 8 ; 相 关系数为O 9 4 5 ; 残差的平方和为5 1 5 7 , 计算值与试验值 吻合较好, 则标准环境下, 一维碳化深度平均值的预
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