圆钢管锂渣再生混凝土长柱力学性能研究.pdf
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1、2023年第6 期(总第40 4期)Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.013混凝土ConcreteTHEORETICALRESEARCH理论研究圆钢管锂渣再生混凝土长柱力学性能研究胡明华,梁炯丰,秦玉娇,顾连胜(东华理工大学土木与建筑工程学院,江西南昌330 0 13)摘要:为了研究圆钢管锂渣再生混凝土长柱的力学性能,共设计了10 根长柱试件进行试验研究。研究结果表明:再生混凝土取代粗骨料,随取代率的增加试件的力学性能降低,但是掺人锂渣可以弥补再生混凝土力学性能上的损失。且试件的性能随着锂渣取代
2、率的增加,先增加后降低。随长细比的增加,极限承载力呈整体下降趋势。从整体看,锂渣和再生混凝土的掺入,试件表现出良好的刚度和延性。关键词:圆钢管;锂渣;再生混凝土;柱中图分类号:TU528.571Study on mechanical properties of circular lithium slag concrete filled steel tube long columns(School of Civil and Architectural Engineering,East China University of Technology,Nanchang 330013,China)Abs
3、tract:In order to study the mechanical properties of long circular steel tubular lithium slag recycled concrete columns,10 long col-umn specimens were designed for experimental research.The results show that the mechanical properties of recycled concrete decreasewith the increase of replacement rate
4、,but the loss of mechanical properties of recycled concrete can be made up by adding lithium slag.Theproperties of the specimens first increased and then decreased with the increase of lithium slag substitution rate.With the increase of slen-derness ratio,the ultimate bearing capacity decreases as a
5、 whole.On the whole,the specimens show good stiffness and ductility with the ad-dition of lithium slag and recycled concrete.Key words:circular steel tube;lithium slag;recycled concrete;column文献标志码:AHU Minghua,LIANG Jiongfeng,QIN Yujiao,GU Liansheng文章编号:10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 0 6 6-0 3生混凝土长柱的轴压力学
6、性能。10 个试件均采用同种强度0引言的圆钢管,试件填充的核心混凝土设计强度均为C30,研究城市化的飞速发展产生了大量的建筑垃圾。为了解决变量为锂渣取代率、再生混凝土取代率和长细比。其中锂渣取建筑垃圾堆放问题,实现资源的二次利用,再生粗骨料混代率为0、10%2 0%30%,再生混凝土取代率为0、50%、10 0%,凝土应运而生。2 1世纪以来,国内外学者对再生混凝土做了长细比为40.45、53.9 3、6 7.42。试件的基本参数如表1。大量的研究 1-3。锂渣作为一种工业废弃物,对环境造成很大的污染,若将锂渣掺人混凝土中,一方面可以减少对环境的污染,增加经济效益,另一方面在一定程度上可以提高
7、混凝土的力学性能 47。为了拓展锂渣及再生混凝土在工程中的应用,本试验提出圆钢管锂渣再生混凝土结构,并对其进行轴压力学性能试验研究,分析锂渣、再生混凝土取代率和长细比对圆钢管混凝土长柱荷载-位移关系、承载的影响规律,为工程应用提供科学依据。1试验简介1.1试验设计与原材料本次试验共设计了10 个试件,用来研究圆钢管锂渣再收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 0基金项目:国家自然科学基金(518 6 8 0 0 1,52 0 6 8 0 0 1);江西省主要学科学术与技术带头人项目(2 0 2 0 4BCJL2037);江西省自然科学基金重点项目(2 0 2 0 2 ACBL214017);江西
8、省交通运输厅科技项目(2 0 17 H0058);江西省教育厅科技项目(GJJ160562)66表 1试件基本参数试件编号D/mmt/mmL/mmn/%/%入Z189Z289Z389Z489Z589Z689Z789Z889Z989Z1089注:D、t、L 分别为圆钢管的外径、壁厚和长度;n为再生混凝土取代率;为锂渣取代率;入为长细比。3333333333900900900900900900150012001200150000005010010010000010203020202020202040.4540.4540.4540.4540.4540.4553.9367.4253.9367.42混凝
9、土原材料包括32.5级水泥、普通天然河砂(中砂)锂渣、城市自来水、天然粗骨料和再生粗骨料。不同取代率的混凝土配合比如表2 所示。在制作试件的同时,每试件编号试件强度等级Z1C30Z2C30Z3C30Z4C30Z5C30Z6C30Z7C30Z8C30Z9C30Z10C30表3核心混凝土力学性能编号feuno-y027.00n0-y10%28.89n0-20%31.04n0-y30%29.16n50%-20%28.22m100%-20%25.91本试验采用的均为壁厚3mm的圆钢管,制作试件时预留一组标准试件进行材性试验,依据GB/T228一2 0 10 金属材料室温拉伸试验方法制作拉伸试件,得到圆
10、钢管的屈服强度、抗拉强度、伸长率和弹性模量,其结果如表4所示。表4钢材性能类型壁厚/mmf,/MPafi/MPa圆钢管3.01.2加载方式圆钢管渣再生混凝土长柱的轴压试验在东华理工大学结构试验室的30 0 t的压力试验机上进行。将试件放置在上、下承压板之间,对中后开始预加载,缓慢下降上承压板至上承压板与试件上端留出1 3mm缝隙,使承压板与试件之间无明显缝隙,荷载采集仪测量出荷载波动则开始轴压试验。加载方式采用位移控制,加载速度为0.0 0 1mm/s,加载至试件承载力下降到峰值荷载的7 5%停止加载,认为试件破坏,试验结束。图1表示圆钢管锂渣再生混凝土长柱轴压加载示意图。2试验结果与分析2.
11、1破坏形态试件在加载过程中,其试验现象及过程基本相类似:在轴心受压初期处于弹性阶段,荷载-位移曲线呈线性增长,试件表面没有明显现象。荷载随着增加,试件略微弯曲,同时伴随“味咔”声。荷载上升到一定程度时,试件腰部出现鼓曲现象,达到极限承载力,随后荷载开始降低,腰部凸起部分加厚,试验结束时,试件变形严重,其典型破坏形态如图2 所示。种取代率下的混凝土制作3个标准试块,用来进行混凝土强度试验,得到的立方体试件抗压强度值(fcu)轴心抗压强度值(fk)和圆柱体抗压强度标准值(f)如表3。表2圆钢管锂渣再生混凝土配合比n/%/%000100200305020100201002010020020020fk
12、18.0519.3220.7619.5018.8817.33伸长率E/MPa426.0434.5水0.941 10.941 10.941 10.941 10.941 10.941 11.568 41.254 81.568 41.254 8MPa21.3322.8224.5323.0322.3020.4717.0203000水泥2.35262.11731.88211.646 81.882 11.88213.13682.50953.13682.50952.2荷载-位移曲线图3为再生混凝土取代率相同、柱长均为9 0 0 mm、锂渣取代率不同、混凝土设计强度为C30的长柱试件荷载-位移曲线对比图。其中
13、再生粗骨料取代率相同(即0)锂渣取代率不同(0、10%、2 0%、30%)的荷载-位移曲线,曲线的整体趋势比较相似。随着锂渣取代率的增加,试件的极限承载力先升高、后下降。达到极限承载力后,曲线缓慢下降,这67锂渣00.235 30.47050.705 80.47050.47050.784 20.627 40.784 20.627 4卵石6.477 46.477 46.477 46.477 43.238700010.79578.636 6一试件下承压载板图1加载示意图图2 典型破坏形态再生混凝土00003.23876.477 410.795 78.636 600上承压载板位移计荷载传感器砂2.7
14、7612.77612.77612.77612.776 12.776 14.62683.701 44.62683.701 45004003300200100051015200253035404550位移/mm图3锂渣取代率不同的试件荷载-位移曲线表明试件在破坏时还具有一定的延性。图4为锂渣取代率为2 0%、再生混凝土取代率不同(0、50%、10 0%)的荷载-位移曲线。根据图像可以看出,随再生混凝土取代率的增加,试件极限承载力逐渐降低,但是与再生混凝土取代率为0 的试件相比,再生混凝土取代率不为0 的试件的曲线下降较慢,Z6试件达到极限荷载以后曲线有一段较明显的下降和强化阶段。这一现象表明,在有
15、锂渣掺人的前提下,再生混凝土虽然使试件的强度降低,但可以提高试件的延性,并且在构件屈服后还可以在一定的时间内承受荷载而不被完全破坏。5004003002001000510152025303540位移/mm图4再生混凝土取代率不同的试件荷载-位移曲线图5为锂渣取代率相同、再生粗骨料取代率相同、长径比不同、混凝土设计强度为C30的长柱试件荷载-位移曲线对比图。其中图5(a)是锂渣取代率相同(即2 0%)再生混凝土取代率相同(即10 0%)长细比不同(即140.45、53.9 3、67.42)的荷载-位移曲线,图5(b)是锂渣取代率相同(即20%)、再生混凝土取代率相同(即0)长细比不同(即40.4
16、5、53.93、6 7.42)的荷载-位移曲线,比较图6 中的两组曲线图可以看出,随长径比的增加试件的极限承载力逐渐减小,并且试件的延性也有所降低。2.3承载力图6 为圆钢管锂渣再生混凝土短柱试件轴压试验所得极限承载力对比图。由图6 可知,当再生混凝土取代率为0 时,掺入10%的锂渣极限承载力提高2.6%,掺人2 0%的锂渣极限承载力提高5.1%,掺人30%的锂渣极限承载力降低2.1%,随锂渣取代率的增加,试件的极限承载力先增加后减小,在锂渣取代率为2 0%时,试件极限承载力最大为 49 0.11 kN。在锂渣取代率固定为2 0%的情况下,随着再生混凝土取代率的增加,圆钢管锂渣再生混凝土长柱的
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