沙漠砂混凝土力学性能研究.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 9期 【 总 第 3 1 1期) Nu m b e r 9 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AL AND ADM I NI CL E 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 9 0 2 1 沙漠砂混凝 土力学性 能研 究 刘海峰,马菊荣, 付杰, 杨维武 ( 宁夏大学 土木与水利工程学院, 宁夏 银J i I 7 5 0 0 2 1 ) 摘要: 通过正交试验 , 分析了沙漠砂替代率 、 粉
2、煤灰掺量、 砂率和水胶 比对沙漠砂混凝土 7 、 2 8 、 5 6 d 抗压强度和 2 8 d劈裂抗拉 强度影响 ; 在正交试验基础上, 进一步揭示沙漠砂替代率和粉煤灰掺量对混凝土 2 8 d抗压强度和劈裂拉伸强度 的影响规律。 试 验研究表明: 随着沙漠砂替代率增加 , 沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度呈现先增大后减小趋势 , 沙漠砂替代率为 2 0 时, 沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值 ; 随着粉煤灰掺量增加 , 沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后 减小 , 粉煤灰掺量为 1 0 时 , 沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值 , 为沙漠砂在工程 中的应用
3、提供指导和借鉴。 关键词: 沙漠砂; 沙漠砂混凝土; 正交试验; 粉煤灰掺量; 沙漠砂替代率 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 8 O 一 0 4 Re se ar ch on t h e mec hani c al pr oper t i e s of de s ert s and c on cr e t e LJ 【 ,Ha i f e n g , M A J u r o n g , FU J i e,YAN G W e i wu ( S c h o o l o f C i
4、v i l a n d Hy d r a u l i c En g i n e e ri n g , Ni n g x i a Un i v e r s i t y , Yi n c h u a n 7 5 0 0 2 1 , C h i n a ) Ab st r a c t: Th e o rth o g o n a l e xp e r i me n t i s c a r r i e d o u t t O a n a l y z e the i n flu e n c e o f wa t e rb i n d e r r a ti o, fly a s h d o s a g e,
5、 s a n d r a t i o a n d d e s e r t s a n d r e pl a c e me n t r a t i o o n t h e 7 d, 2 8 d, 5 6 d c o mpr e s s i ve s t r e n g t h an d 2 8 d s p l i t tin g t e n s i l e s t r e n g th o f d e s e r t s a n d c o n c r e t e On the ba s i s of t he o pt i ma l mi x t u r e r a t i o f r o m
6、 o r t h o g o n a l e x p e rime n t , the r e g u l a t i on o n the i n flu e n c e o f fly a s h d o s a g e a n d d e s e r t s and r e p l a c e me n t r a t i o on t h e 28 d c o mp r e s s i v e s e n g t h a nd s p l i t ti ng t e n s i l e s e ng th o f d e s e rt s a n d c o n c r e t e w
7、a s f mx h e r a n a l y z e d Ex p e r i me n t a l r e s ult s s h o w t h a t wi t h t h e i n c r e a s e of d e s e r t s a n d r e p l a c e me n t r a t i o, the 2 8 d c o mp r e s s i v e s tre n g th a n d s pl i t tin g t e n s i l e s t r e ng t h o f d e s e r t s a n d c o n c r e t e i
8、 n c r e a s es f i r s t l y, t h e n d e c l i n e s Whe n d e s e rt s a n d r e pl a c e me n t r a t i o a mo u nt s t o 2 0 , t h e 2 8 d c o mp r e s s i v e s e ng t h a n d s pl i t t i n g t e ns i l e s t r e n g th of d e s e r t s a n d c o n c r e t e r e a c h e s ma xi mu m W i th th
9、e e n h an c e me n t o f fly a s h d o s a g e, t h e 2 8 d c o mpr e s s i ve s tr e n g t h a n d s p l i t tin g t e n s i l e s t r e n g th o f d e s e rt s an d c o n c r e t e a l s o i n c r e a s e s f i r s t l y, th e n de c l i n e s W h e n fl y a s h d o s a g e a mo u n t s t o 1 0 ,
10、 th e 2 8 d c o m pr e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e ns i l e s e n g th o f d e s e rt s a n d c o n c r e t e r e a c h e s m a x i mu m , wh i c h p r o v i d e s g u i d a n c e f o r t h e e n g i n e e rin g a p pl i c a t i o n o f d e s e r t s a n d Key wor ds: d e s
11、 e rt s and; d e s e r t s a n d c o n c r e t e; or t ho g o n a l e xp e r i me n t ; fly a s h d o s a g e; d e s e rt s a nd r e p l a c e me n t r a t i o 【 】 引 言 粉煤灰是煤经高 温燃烧 后形成 的一种 似火 山灰质混 合材料 , 我 国是个产煤大国, 以煤炭为电力生产基本燃料。 随着我国电力工业迅速发展 , 粉煤灰 排放 量急剧增 加 , 如 何 合理利用这些资源 , 将其变废为宝 , 是我 们建设环保 型 社会的重要指标
12、 。 研究表明 : 在混凝土中掺入粉煤灰 , 具有 和易性 好, 水密性好 , 后期强度高等效果 。 砂是制备混凝土必不可少的组成之一 , 在经过大规模 基础工程建设后 , 中、 粗砂资源无论从储量 、 质量和可持续 发展的角度看 , 都不能满足 当今建设规模 的需要。 在 西部 沙漠地 区和沙地地 区, 工程用砂需求 越来 越大 , 采购 和运 费居高不下 , 增加了建设成本 。 如果 能够利用沙漠砂 替代 建筑用砂制备出适合于工程应用 的混凝土 , 对于降低工程 造价 、 保护 当地环境和合理开发利用 自然资源都具有重要 收 稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 2 1 基 金项 目: 国
13、家 自然基金 ( 1 1 1 6 2 0 1 5, 5 1 3 6 8 0 4 8 ) 8 0 意义 。 虽然 国内外研究者对沙漠砂混凝土 的力学性能进行 了许多研究 , 但针对沙漠砂替代率和粉煤灰掺量对沙 漠砂混凝土力学性能 的影 响研 究 目前还没有相关 文献报 道 , 本研究对这一问题进行 了研究。 1 试验 材料 水泥采用宁夏赛 马厂生产 P O 4 2 5 R级水泥 , 主要技 术性能指标均符合国家规定标准 ; 粗骨料 采用宁夏镇北堡 生产人工碎石 , 采用两级配 , 即小石粒径为 5 1 0 mm, 大白 粒径 1 0 2 5 mm, 其组成 比例为小石: 大石 = 2 : 8 ;
14、 中砂采用 镇北堡人工水洗 山砂 , 细度模数为 2 9 5 ; 沙漠 砂取 自毛乌 素沙漠南 缘 宁夏盐池 县 , 表观 密度 2 6 2 4 k g m , 空 隙率 4 0 9 5 , 含 泥量 0 1 4 , 细度模数 0 1 9 4 , 其化学组成 成分 如表 1所示 ; 粉煤灰采 用宁夏 大坝 电厂生产 的 I 级 粉煤 灰, 含水 率0 2 , 烧失 量2 8 ; 减 水剂采 用北京 幕湖外 加 表 1 毛乌素沙漠砂化学组成成分 剂有限公 司生产 的高性能减水剂 , 减 水率 2 5 - 3 0 以上 ; 试验用水为 当地饮用水 。 2 正 交试 验 试验主要研究水胶比、 粉煤灰
15、掺量、 砂率和沙漠砂替 代率对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响 , 混凝土强 度设计标准值为 C 4 5 , 为了减少试验次数, 设计 4因素 3 水平 L 。 ( 3 ) 正交试验。 正交因素水平表如表 2所示 , 减水 剂用量为胶凝材料用量 的 0 3 。 表 2因素水平表 试验方案如表 3 所示 。 表 3 正交试验方案表 L 。 ( 3 ) 机械搅拌后在振动台上振 捣成型 , 2 4 h后脱模 , 在标准养 护室 内养护至规定 龄期 , 在万能试验机上进行 7 、 2 8 、 5 6 d 抗压强度 和 2 8 d劈裂拉伸 强度测试 , 试验结果如表 4所 示。 对试验结果 进行极差
16、分析 , 结果 如表 5和 图 1 - 4所 示。 表4正交试验结果 由表 5和图 1 4可知 , 对于沙漠砂 混凝土 7 d抗压强 度 , 各因素的影响顺序为 : 水胶 比 A粉煤灰 掺量 B沙 漠砂替代率 D 砂率 C , 其最优配合 比为 : A 1 B 1 C 2 D 1 , 即: 水胶 比 0 3 4 、 粉煤灰掺量 1 0 、 砂率 3 4 、 沙漠 砂替代 率 1 0 ; 对于沙漠砂 混凝 土 2 8 d抗压强度 , 各 因素的影响顺 序为 : 水胶 比 A 沙漠砂替代率 D粉煤灰掺量 B砂率 c, 其最优 配合 比为 : A 1 B 1 C I D 2 , 即 : 水胶 比 0
17、 3 4 、 粉煤灰 掺量 1 0 、 砂率 3 0 、 沙漠砂替代率 3 0 ; 对于沙漠砂混凝 土 5 6 d 抗压强度 , 各因素的影 响顺序为 : 水胶 比 A粉煤 试件成型尺寸为 1 0 0 ra i n 1 0 0 to n i 1 0 0 mm, 试件经 灰 掺 量B 砂 率C沙漠 砂替代率 D, 其最优 配合 比为 表 5正交试验极差分析 因素水 平 ( a ) 因素水平 ( b ) 图 1 各因素对 7 d抗压强度影响 81 如 铝 嘿 q 越 疆 A 1 3 _ 8 3 6 孽 3 4 3 2 3 0 奄2 8 罱2 6 2 4 A2 A3 因素水平 ( a ) 图 2 各
18、因素对 2 8 d抗压强度影响 图 3 各因素 5 6 d抗压强度影响 因素水平 ( c ) 图4各因素2 8 d劈裂拉伸强度影响 A1 B 1 C 1 D 2 , 即: 水胶 比0 3 4 、 粉 煤灰掺量 l 0 、 砂 率 3 0 、 沙漠砂替代 率 3 0 ; 对于沙漠砂 混凝土 2 8 d劈裂 拉伸强 度 , 各 因素的影响顺序为 : 水胶 比 A 粉煤灰掺量B砂率 C 沙漠砂替代率 D, 其最优配合 比为: A I B 1 C 2 D 1 , 即水胶 比0 3 4 、 粉煤灰掺量 1 0 、 砂率 3 4 、 沙漠砂替代率 1 0 。 对于沙漠砂混凝土 7 、 2 8 、 5 6
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