石粉掺量对轻骨料混凝土性能的影响.pdf

第 1 8卷第 1期 2 0 1 5年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG M ATERI AL S Vo I 1 8。 NO 1 Fe b， 2 01 5 文童编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 4 9 0 5 石粉掺量对轻骨料混凝土性能的影响 王 萧萧 ， 申向 东， 王 海龙 ， 高 矗 ， 张通 ( 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 1 8 ) 摘要 ： 采用天然浮石作为粗骨料 ， 以 L C 4 0强度等级的轻骨料混凝土为基准， 研 究石粉掺量对轻骨 料 混凝 土 的抗 压 强度 、 抗 折 强度 、 轴 心抗压 强度的 影 响 ， 提 出 了应 力一 应 变 曲线 的本 构 方 程 ， 运 用扫 描 电镜分析 了石粉掺量对其结构 的影响 结果表 明： 石粉的掺入对轻骨料混凝 土性能的改善较 为 明显 ， 石粉 掺 量 为 3 O ( 质 量分 数 ) 时其 力 学性 能 最佳 ； 轻 骨 料 混凝 土 的本 构 关 系用有 理 式方程 表 达 更精 确 关 键词 ：石粉 ；轻骨料 混 凝 土 ；力 学性 能 ； 本 构 关 系 ； 微 观 结构 中图分 类 号 ： TU5 2 8 2 文献 标志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 1 0 0 9 I mp a c t o f Us e Le v e l o f Li me s t o n e Po wd e r o n Pe r f o r ma nc e o f Li g ht we i g h t Ag g r e g a t e Co nc r e t e W ANG Xi a o xi a o，SH EN Xi a n g do n g， W ANG Ha i l o n g，GAO C h u。 ZHANG To n g ( Co l l e g e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Civ i l E n g i n e e r i n g ，I n n e r Mo n g o l i a Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y，Ho h h o t 0 1 0 0 1 8 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Na t u r a l p u mi c e wa s u s e d a s c o a r s e a g g r e g a t e ，a n d l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e wi t h s t r e n g t h g r a d e o f LC4 0 wa s u s e d f o r r e f e r e n c e t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f l i me s t o n e p o wd e r a d d e d o n t h e c o mp r e s s i o n s t r e n gt h，f l e xu r a l s t r e n gt h a n d ax i a l c ompr e s s i ve s t r e n gt h o f n a t ur a l l i gh t we i g ht a g gr e g a t e c on c r e t e S t r e s s s t r a i n c u r v e c o n s t i t u t i v e e q u a t i o n wa s e s t a b l i s h e d ，a n d e f f e c t s o f l i me s t o n e p o wd e r c o n t e n t o n i n t e r n a l s t r u c t u r e s o f s p e c i me n s we r e s t u d i e d u s i n g s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ( S EM ) Th e r e s u l t s d e mo n s t r a t e t h a t t h e a d d i t i o n o f l i me s t o n e p o wd e r s i g n i f a c a n t l y i mp r o v e s 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 n a t u r a l l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e r e a c h e s t h e b e s t wi t h a d d i t i o n o f 3 0 ( b y ma s s ) l i me s t o n e p o wd e r Th e c o n s t i t u t i v e e q u a t i o n f o r l i g ht we i gh t a g g r e ga t e c o nc r e t e i s a c c ur a t e i f e xp r e s s e d wi t h r a t i on a l e qu a t i on Ke y wo r d s ：l i me s t o n e p o wd e r ；l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ；me c h a n i c a l p r o p e r t y；c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n； IT I i c roc os m i C s t r 1L1 c t t 1 r e 轻骨料混凝土以天然多孑 L 轻骨料或人造 陶粒作 为粗骨料 ， 以天然砂或轻砂作为细骨料 ， 用硅酸盐水 泥、 水和外加剂按配合 比要求配制而成 ， 其干表观密 度不大于 1 9 5 0 k g m。 这种混凝土 由于孔 隙率大 、 密度低 、 抗冻 、 保温性好 ， 近年来被广泛使用 天然 浮石 是一 种 多孔 玻 璃 质 火 山 喷 出岩 ， 在 内蒙 古 地 区 分布广泛 ， 蕴藏量大 合理利用这种天然浮石和粉煤 灰 ， 可提高轻骨料混凝土的强度及工程性能 中 国石材 产量 较 大 ， 石 粉 是 石 材 开采 和 加工 过 程 中产 生 的废弃 物 ， 给环 境造 成 了严重 污染 ， 如 何有 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 1 - 2 3 l修订 日期 ： 2 0 1 4 0 2 1 4 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 6 9 0 0 8 ) ； 高等学校博士学科点专项科研基金资助项 目( 2 0 1 2 1 5 1 5 1 1 0 0 0 2 ) 内蒙古 自治 区自然科 学基金资助项 ( 2 0 1 3 MS O 7 2 0 ) I 内蒙古 自治区科技计 划项 N ( 2 0 1 3 0 4 2 5 ) ； “ 十- ii ” 国家科技计划项 目( 2 0 1 1 B AD 2 9 B 0 3 ) l 内蒙 古 自治 区博士研 究生科研创新项 目( B 2 0 1 3 1 0 1 2 9 0 4 Z ) 内蒙古农 业大学 博士基 金资助项 目( B J 0 9 2 4 ) 第一作者 ： 王萧萧 ( 1 9 8 7 ) ， 女 ， 山东济宁人 ， 内蒙古农业大学博士生 E ma i l ： wx i a o x i a o g o o d 1 6 3 c o m 通信作者 ： 申向东 ( 1 9 5 5 ) ， 男 ， 内蒙古呼和浩特人 ， 内蒙古农业大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： n d s x d 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 建筑材料学报 第 1 8卷 效 回收利用这些石粉 ， 使其变废为宝 ， 就成 了亟待解 决 的 问题 本文以石粉代替部分河砂 ， 研究 了不 同石粉掺 量 对轻 骨料 混凝 土工作 性 能 、 力 学性 能 的影 响 ， 建 立 了应力一 应变本构关系 ， 并探讨石粉对其内部界面的 影响 1 试 验 1 1试 验材 料 水泥： 冀东 P O 4 2 5普通硅酸盐水 泥 ； 粗 骨 料 ： 内蒙古锡林郭勒盟浮石， 堆积密度 6 9 0 k g m。 ， 表 观密 度 1 5 9 3 k g m。 ， 1 h吸水 率 1 6 4 4 0 4( 质 量 分 数) ； 细骨 料 ： 天 然 河砂 ， 细 度 模 数 2 5 6 ， 含 泥 量 1 9 8 ( 质量分数) ， 堆积密度 1 4 6 5 k g m。 ， 表观密 度 2 6 4 5 k g m。 ， 含水率 1 9 9 ( 质 量 分数 ) ， 颗 粒 级 配 良好 ； 粉煤灰 ： 呼和浩特市金桥热 电厂 I级粉煤 灰 ； 石 粉 ： 由 呼 和 浩 特 市 石 材 厂 提 供 ， 比表 面 积 9 1 6 6 c m g ； 减水剂 ： R S D 一 8型高效减水剂， 掺量为 3 ( 质量分数) ， 减水率 为 2 o ( 质量分数 ) ； 水： 普 通 自来水 1 2 试验 设计 及试 验方 法 试验采用 L C 4 0强度等级轻骨料混凝土作为基 准混凝土 ， 其 配合 比为 ( 水泥 )： m( 浮石轻 骨 料)： m( 砂)： m( 粉煤灰)： ( 水)： m( 减水剂) ：4 0 0： 6 3 4： 6 9 0：1 0 0： 1 8 0：1 5 ， 石粉替代河砂 的质量分 数分别 为 0 ， 1 0 ， 2 0 ， 3 0 ， 4 0 9 6 ， 5 O ， 对应 试 件标 号分 别 为 P O， P A， P B， P C， P D， P E 采用破 碎机 将 浮石破 碎 至粒径 约 2 a m， 并用 2 2 5 ， 9 5 mm 的筛 子过筛 ， 将大 于 2 2 5 mm， 小于 9 5 mm 的浮石筛 除 轻骨料混凝土抗压强 度、 抗折 强度和轴心抗压 强度按照 GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普 通混凝土力学性 能试 验 方 法 标 准 进 行 测 试 抗 折 强 度 试 验 采 用 WAW- 3 0 0 0型微 机控制 电液伺 服万能 试验 机 ， 其 余试验均采用 WHY - 3 0 0 0微机程制全 自动压力试 验机 采 用 S - 3 4 O O N 型 扫 描 电 镜 进 行 微 观 结 构 分析 2 试验结果与分 析 2 1 石 粉对 轻骨 料混凝 土 立方体 抗压 强度 的影 响 图 1为不同石粉掺量轻骨料混凝土抗压强度与 龄期 的关 系 由图 1可 以 看 出 ， 随 着 养 护 龄 期 的 增 加 ， 轻骨料 混凝土抗 压强度呈现增加趋 势 ； 掺 石粉 后 ， 轻骨料混凝土的抗压强度均有一定程度 的提高， 石粉掺量为 3 0 时， 抗压强度在各龄期均保持最大 值 ， 但增加 的幅度 较小 ， 相对 P O组 试件 ， 3 ， 7 ， 1 4 ， 2 1 ， 2 8 d龄 期 的抗 压 强 度 分 别 提 高 了 1 4 5 5 ， 1 8 2 0 9 6 ， 2 5 3 O ， 5 3 0 9 6 ， 1 0 1 0 9 ， 6 当石 粉掺 量 低 于 3 O 时， 随着石粉的增加 ， 抗压强度随之增加 这 是 因为 石粉 不仅 可 以填 充 轻 骨料 孔 隙 ， 也 可 以填 充 轻骨料一 水泥石界面的空隙 ， 从而提高轻骨料混凝土 的密实度 ， 使结构致密， 强度提高 当石粉掺量大于 3 O 时， 抗压强度有所降低 这是 由于过多的石粉掺 入， 使细集料中的粗颗粒含量相对偏少 ， 导致轻骨料 混凝 土 的级 配 不 合 理 、 细 骨料 作 用 减 弱 ， 抗 压 强 度 降低 * PO x PC 7 1 4 2 l Ag e d 图 1 不同石粉掺量轻骨料混凝土抗压强度与龄期 的关 系 Fi g 1 Re l a t i o n s h i p b e t we e n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e wi t h d i f f e r e n t c o n t e n t o f l i me s t o n e p o wd e r a n d a g e 图 2为 石 粉掺 量 与 轻 骨 料 昆 凝 土 抗 压 强 度 的 关 系 由图 2可 见 ， 轻 骨 料 混 凝 土 不 同龄 期 的 抗 压 强度随 石粉 掺 量 的增加 呈 现先 增 加后 减小 的趋 势 随着石粉 的掺入 ， 轻骨料 混凝 土 的早期 强度增 长 幅度 较 大 ， 且 3 d的 抗 压 强 度 增 长 幅 度 最 为 显 著 当石粉掺量大于 3 0 时 ， 轻骨料混凝土抗压强 度出现下降趋势 试验表 明， 石粉可有 效提高轻骨 料 混凝 土 的 早 期 抗 压 强 度 ， 其 原 因 在 于 石 粉 可 加 速 C 3 S的水 化 嚣 L i me s t o n e p o wd e r c o n t e n t ( b y ma s s ) 1 图 2 石粉掺量 与轻 骨料混凝 土抗 压强度的关系 Fi g 2 Re l a t i o n s h i p b e t we e n c o n t e n t o f l i m e s t o n e p o wd e r a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e 2 2 石 粉对 轻骨 料混 凝土 抗折 强度 的影 响 图 3为轻骨料混凝土抗折强度与石粉掺量 的关 系 由图 3可见 ， 掺石粉试件 的抗折强度相对未掺石 粉试 件 的 抗 折 强 度 分 别 提 高 了 1 5 5 ， 1 9 4 ， 如 加 =l s 2 d 1 H【 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 王萧萧， 等： 石粉掺量对轻骨料混凝土性能的影响 5 3 3 结论 ( 1 ) 石粉对轻骨料混凝 土的早 期抗 压强度有较 大 的影 响 石 粉 掺 量 为 3 O 时 ， 轻 骨 料 混 凝 土 的 抗 压强度最大 ， 当石粉掺量小 于 3 0 9 6 时 ， 抗 压强度随 着掺量的增加 而增 加 ， 当掺 量大于 3 O 时， 抗压强 度随着掺量的增加而减小 ( 2 ) 石粉对轻骨料混凝土抗折强度 的影响与其 对抗压强度 的影响规律基本 相似 石粉掺量 3 o 的 轻骨料混 凝 土， 其抗 折强 度 比未掺 石粉 试件 提高 了 2 5 0 ( 3 ) 掺石粉轻骨料混凝土的应力一 应变 曲线 与未 掺石粉轻骨料混凝土的应力一 应变曲线基本相似 ， 随 着石粉掺量 的增加 ， 轻骨料混凝 土的峰值应力 和峰 值应变均略有增大 ； 对于掺石粉轻骨料混凝土 的应 力一 应变本构关系， 用有理分式表征更精确 参考文献 ： 1 3 王海龙 ， 申向东 轻骨料混 凝土早 期力学性 能 的试 验研究 E J 1 硅酸盐通报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 0 1 8 1 0 2 2 W ANG Ha i l on g， SHEN Xi a n g d o n g St u d y o f e a r l y me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e J B u l l e t i n o f Ch i n e s e Ce r a mi c S o t i e t y， 2 0 0 8， 2 7( 5 ) ： 1 0 1 8 1 0 2 2 ( i n Ch i n e s e ) 2 7 王萧萧 ， 申向东 不 同掺量 粉煤灰轻 骨料混 凝土 的强度试验 研 究 J 硅酸盐通 报 ， 2 0 1 1 ， 3 O ( 1 ) ： 6 9 7 4 W ANG Xi a o x i a o。SHEN Xi a n g d o n g Ex p e r i me n t a l s t u d y o n s t r e n g t h of l i g ht we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e wi t h d i f f e r e n t c o n- t e n t s o f f l y a s h J ,1 B u l l e t i n o f C h i n e s e C e r a mi c S o t i e t y ， 2 0 1 1 ， 3 0( 1 )： 6 9 7 4 ( i n Ch i ne s e ) 3 路 平 ， 陆树 标 C a C O。对 C 。 S水 化 的影 响 J 硅 酸盐 学 报 ， 1 9 8 7， 1 5( 4 )： 2 8 9 - 2 9 4 4 - 1 5 6 7 8I 9 LU Pi n g， LU S h u b i a o Ef f e c t o f c a l c i u m c a r b o n a t e o n t h e hy d a r a t i o n o f C 3 s J J o u r n a l o f t h e C h i n e s eC e r a mi c S o c i e t y ， 1 9 8 7 ， 1 5 ( 4 ) ： 2 89 2 9 4 ( i n Ch i ne s e ) 陈宗平 ， 徐金俊 再生混凝土基本力学性 能试验及 应力一 应变 本 构关系口 建 筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 4 3 2 CHE N Z o n g p i n g ， XU J i n j u n B a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s t e s t a n d s t r e s s - s t r a i n c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s 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 c o n c r e t e E J ,1 J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s 。 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 4 3 2 ( i n Ch i n e s e ) W ANGP T ， SHAH S P NAAM AN A E St r e s s s t r a i n c u r v e s o f n o r ma l a n d l i g h t we i g h t c o n c r e t e i n c o mp r e s s i n J AC I J o u r n a l ， 1 9 7 8， 7 5 ( 1 1 )： 6 0 3 61 1 王玉起 ， 王春瑞 ， 陈云霞 ， 等 混凝土轴 心受压时 的应 力应变 关 系 J 天津大学学报， 1 9 8 3 ， 1 6 ( 2 ) ： 2 9 4 0 W ANG Yu q i ， W A NG Chu n r u i ， CHEN Yu n x i a ，e t a 1 S t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p s f o r c o n c r e t e i n a x i a l c o mp r e s s i o n J J J o u r n a l o f Ti a n j i n Un i v e r s i t y ， 1 9 8 3 ， 1 6 ( 2 ) ： 2 9 4 0 ( i n C h i n e s e ) 胡 曙光 ， 王发 洲 轻 集料 混凝土 M 北 京： 化 学工业 出版 社 ， 2 0 0 6： 5 0 - 5 3 HU S hu g u a n g，W ANG F a z ho u Li g ht we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e M B e i j i n g ：C h e mi c a l I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 6； 5 0 - 5 3 ( i n Ch i n e s e ) 陈桂斌 ， 王立成 轻 骨料 混凝 土应力一 应 变全 曲线 的数值模 拟 J 建筑材 料学报 ， 2 0 0 8 ， l 1 ( 2 ) ： 1 3 8 1 4 3 CHEN Gu i b i n， W ANG Li e h e n g Nu me r i c a l s imu l a t i o n o n f u l l c o m p r e s s i v e s t r e s s - s t r a i n c u r v e s o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n- c r e t e E J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 2 ) ： 1 3 8 1 4 3 ( in Chi n e s e ) 王振宇 ， 丁建彤 ， 郭玉顺 结构 轻骨料 混凝土 的应 力一 应变 全曲 线 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 3 9 4 1 W ANG Z h e n y u ， DI NG J i a n t o n g ， GAO Yu s h u n S t r e s s s t r a i n c u r v e s o f s t r u c t u r a l l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e s J C o n c r e t e， 2 0 0 5 ( 3 )： 3 9 41 ( i n Chi n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m