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混杂纤维再生混凝土高温后力学土木工程性能试验研究

时间:2018-11-18 16:01来源:硕士论文作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业大体可分为道路与桥梁工程与建筑工程两个不同的方向,在职业生涯中,这两个方向的职位既有大体上的统一性,又有细节上的具体区别。
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业大体可分为道路与桥梁工程与建筑工程两个不同的方向,在职业生涯中,这两个方向的职位既有大体上的统一性,又有细节上的具体区别。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 课题研究的背景及意义
当前,随着城镇化水平的不断提高,建筑结构的高层化及规模化不断增大,建筑火灾发生的概率也随之增加。如图 1.1 所示,建筑结构一旦发生火灾,常常对人们的生命财产安全造成重大的损失[1,2],因此,研究建筑结构的抗火性能具有重要的工程价值。近年来,随着我国建筑业的快速发展,许多远未达到使用寿命限制的建筑物被拆除,产生了众多的建筑垃圾,如图 1.2 示,造成了大量的环境污染问题及严重的资源浪费。从建设环境友好型和资源节约型社会的角度考虑,可以将废弃混凝土制备成再生骨料应用在新建的建筑物中,不仅可以解决废弃混凝土的处理问题,减少对生态环境的污染,而且能够实现资源的可持续利用。因此,研究如何高效和经济地利用废弃混凝土,具有重要的环境效益和经济效益,已经引起国内外越来越多学者的关注与研究[3-6]。废弃混凝土被回收,经过破碎、清洗、分级后作为再生混凝土骨料部分或完全取代天然骨料而制成的新型混凝土称为再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)[5,6]。与天然骨料相比,再生骨料的表观密度减小,其吸水率和压碎指标明显增大,因此,造成 RAC 的干缩性比天然骨料混凝土的大很多,并对 RAC 的物理性质和力学性能产生了较大影响[7]。由于再生骨料有着一定的缺陷,使得 RAC 的力学性能比相同条件下普通混凝土有所降低,这对 RAC 在建筑结构中的推广应用产生了不利影响。
.........
 
1.2 国内外的研究现状
 
1.2.1 再生混凝土
第二次世界大战结束后,当时的日本、苏联和德国等发达国家,就开始注意到废弃混凝土的处理问题,并对废弃混凝土的再生利用进行了研究。前苏联学者Gluzhge于1946年就开始研究了将废弃混凝土制备为集料的可能性[4]。从对废弃混凝土再生利用的研究成果来看,日本、美国和欧洲等发达国家的研究主要集中在再生骨料和 RAC 的基本性能。对 RAC 的研究,我国起步较晚,但也取得了一定成果。主要研究内容如下:在物理性能上,研究[11-13]结果表明:与天然骨料相比再生骨料的基本性能存在一定差别,主要表现为结构疏松、密度低、孔隙率大、压碎指标大等特征,造成 RAC 内部缺陷较多。另外,由于再生骨料的密度低,导致 RAC 的密度也低于普通混凝土,自重较轻的 RAC 可以降低结构自重,有利于提高构件的抗震性能。在工作性能上,与普通混凝土相比,RAC 的和易性较差,其配合比需要更多的用水量。郑建军等[13]通过对不同再生骨料取代率下 RAC 进行一系列坍落度试验,研究了不同再生骨料取代率对坍落度的影响,结果表明:在水灰比相同条件下,再生骨料取代率越高 RAC 的坍落度越小。类似的,田春芳[14]、Top u I B[15,16]通过试验研究,得出了RAC 的坍落度随再生骨料取代率的升高而减小的结论。由于再生骨料表面的粗糙度高于天然骨料,因此用再生骨料配制混凝土时需要较高的砂率,并且随再生骨料取代率的升高而增加[4]。此外,再生骨料的表面粗糙,使得 RAC 拌合物的摩擦阻力增大,导致RAC 保水性和粘聚性有所增强,并且由于再生骨料的内部缺陷,使得 RAC 的干缩和徐变较普通混凝土大的多,其耐久性较普通混凝土也要差[17]。在常温下的力学性能上,Gómez-Soberón 等[18]通过对 RAC 的试验研究,发现其力学性能比普通混凝土有所降低。日本学者 Bcsj[19]的研究表明:RAC 的抗压强度低于普通混凝土,并随再生骨料取代率的提高,其抗压强度逐渐降低。就再生骨料取代率对RAC 力学性能影响方面,肖建庄[4]进行了较全面分析,主要结论有:随着再生骨料取代率的提高,RAC 的抗压强度降低,延性较差,其弹性模量较普通混凝土也有所降低;不同强度等级的废弃混凝土对 RAC 抗压强度影响较小,但不同强度等级废弃混凝土混合后制备的再生骨料会大幅降低 RAC 强度。魏鹏等[17]的研究表明:水灰比相同条件下,再生骨料强度越高,RAC 的强度就会越高;并且认为水灰比是影响 RAC 抗压强度的最大因素,当废弃混凝土的水灰比不大于 RAC 的水灰比时,RAC 的抗压强度和普通混凝土相当或者更优。
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2 纤维再生混凝土试验概况
 
2.1 试验原材料及配合比设计
2.1.1 试验原材料
试验原材料包括:(1)水泥:本试验采用渤海牌 P·O42.5 普通硅酸盐水泥;(2)细骨料:连续级配的天然中粗河砂,细度模数为 2.52;(3)拌合水:来自锦州市城市自来水;(4)再生粗骨料:采用北京神州蓝天环保科技有限公司生产的再生混凝土骨料(如图 2.1),按粒径 5~10mm 与粒径 10~20mm 质量比为 3:2 配制连续级配的再生粗骨料[4],再生粗骨料的材料特性如表 2.1 所示。根据《纤维混凝土应用技术规程》[55]要求:按照设计的混凝土强度等级,依据《普通混凝土配合比设计规程》[56]确定基体混凝土配合比,然后根据混凝土中掺入纤维的分散性、混凝土拌合物的工作性及纤维混凝土的使用目的对混凝土整体性要求等再做出相应的调整。因此本试验参照《普通混凝土配合比设计规程》进行基体混凝土配合比设计。再生粗骨料由于表面较天然粗骨料粗糙,其流动性与普通混凝土相比较差,依据《再生混凝土应用技术规程》[57]的规定再生混凝土中的砂率比普通混凝土提高 5%,而且由于再生骨料内部的空隙及缺陷比天然骨料多,因而其吸水率较大,在制备再生混凝土前,先把再生粗骨料放入水中浸泡 24 小时,试验时将其取出凉至饱和面干状态为止[58]。基准 RAC 强度按 C40 设计,配合比根据经验公式经过试配调整确定,本试验 RAC 配合比见表 2.4。
.......
 
2.2 试验方案及设备
 
2.2.1 试件设计
试验设计了不同纤维掺量的 RAC 试件共 567 个,用于测定立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度分别有 189 个。纤维 RAC 试验的试件尺寸和形状参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》[59]的有关规定执行。采用尺寸为 100mm×100mm×100mm试件进行高温前后纤维 RAC 立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,采用尺寸为100mm×100mm×400mm 试件进行高温前后纤维 RAC 抗折强度试验。对于相同纤维掺量同种 RAC 力学性能试件个数为 27 个,分 9 组进行不同目标温度处理,其中 4 组达到目标温度后进行自然冷却,另外 4 组进行喷水冷却。试验分组见表 2.5。
.......
 
3 单掺聚丙烯纤维再生混凝土高温后力学性能........... 16
3.1 引言.............. 16
3.2 聚丙烯纤维再生混凝土高温试验结果............. 16
3.2.1 试验现象....... 16
3.2.2 试件外观特征与质量损失............ 16
3.3 聚丙烯纤维再生混凝土高温后抗压强度试验结果与分析.............. 18
3.4 聚丙烯纤维再生混凝土高温后劈裂抗拉强度试验结果与分析...... 23
3.5 聚丙烯纤维再生混凝土高温后抗折强度试验结果与分析.............. 28
3.6 本章小结...... 33
4 混杂纤维再生混凝土高温后力学性能............ 35
4.1 引言.............. 35
4.2 混杂纤维再生混凝土高温试验结果...... 35
4.3 混杂纤维再生混凝土高温后抗压强度试验结果与分析....... 374
4.4 混杂纤维再生混凝土高温后劈裂抗拉强度试验结果与分析.......... 42
4.5 混杂纤维再生混凝土高温后抗折强度试验结果与分析....... 46
4.6 本章小结...... 51
5 纤维再生混凝土微观结构分析............. 52
5.1 引言.............. 52
5.2 试验方法...... 52
 
5 纤维再生混凝土微观结构分析
 
5.1 引言
混凝土高温后的宏观力学性能的变化是由其微观形貌、内部结构及物相组成变化所决定的[62,68]。对混凝土高温后微观结构的研究,可以为混凝土火灾后损伤程度的鉴定提供科学依据,具有重要的现实意义。目前,对混凝土微观结构的检测与观察有许多的新技术,其中扫描电子显微镜(SEM)检测技术是当前应用中比较广泛的技术手段。SEM 是一种研究试样表面微观形貌与组成成分的仪器,可得到被检测试样的微观形貌、内部组成及晶体结构等。此外,SEM 拥有较高的分辨率和较大的景深清晰度,其放大倍数的范围也比较广泛,可以实现对样品的连续放大。为了探究纤维 RAC 经历高温作用后的微观结构,本章选取不同受热温度(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃)作用后玄武岩纤维掺量为 2.6kg/m3的 HRAC2 试件,通过 SEM 试验,研究了聚丙烯-玄武岩混杂纤维 RAC 高温后,水泥浆体、骨料与水泥浆体界面、水泥浆体中的纤维及纤维熔化孔道的微观形貌变化。
........
 
结论
 
(1)随受热温度的升高,聚丙烯纤维 RAC 和混杂纤维 RAC 的外观形态和质量损失变化规律类似:试件表面颜色由浅变深后又变浅,表面劣化程度逐渐加剧;质量损失随受热温度的升高逐渐增大,在 200℃~400℃阶段质量损失最为严重。并且在相同温度条件下,随掺量的增加,单掺聚丙烯纤维 RAC 质量损失逐渐增大,除 200℃外混杂纤维 RAC 试件的质量损失也逐渐增大。
(2)高温作用后,聚丙烯纤维 RAC 的抗压强度、劈拉强度和抗折强度都有不同程度的降低,并且受热温度越高其各项强度越低。相同高温作用后,其各项强度随聚丙烯纤维掺量的增加先增大后减小,200℃~400℃时,聚丙烯纤维的掺入提高了 RAC 高温后的强度剩余率,受热温度高于 600℃后,各掺量对改善 RAC 高温性能的效果并不理想,甚至有所降低。与自然冷却方式相比,200℃和 400℃时,喷水冷却方式加剧了聚丙烯纤维 RAC 各项强度的损伤,而 600℃和 800℃时,有利于其强度的恢复。
(3)不同掺量混杂纤维 RAC 高温自然冷却后的抗压强度均随受热温度的升高先升高后降低,200℃时混杂纤维 RAC 抗压强度略有增大,400℃之后,抗压强度显著降低,800℃时抗压强度降低约 64.6%~69.7%。在相同温度条件下,掺入混杂纤维的 RAC 抗压强度均高于素 RAC,并随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化趋势,其中同温度时玄武岩纤维掺量为 2.6kg/m3的 HRAC2 抗压强度最大。此外,随受热温度的升高,玄武岩纤维掺量对抗压强度的影响逐渐减小。与自然冷却方式相比,200℃和 400℃时,喷水冷却不利于混杂纤维 RAC 的抗压性能,600℃以后,情况刚好相反,喷水冷却条件下抗压强度下降幅度减缓,其抗压强度较自然冷却方式平均提高了 8.6%。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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