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      鋼纖維再生混凝土配合比正交試驗(yàn)研究

      2014-10-13 09:18:14張麗娟高丹盈閆兆強(qiáng)盧靜云
      關(guān)鍵詞:極差水膠鋼纖維

      張麗娟,高丹盈,閆兆強(qiáng),盧靜云

      (鄭州大學(xué) 新型建材與結(jié)構(gòu)研究中心,河南 鄭州 450002)

      據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1],僅2007年我國(guó)建筑物拆除和施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄混凝土總量為4 500~5 000萬(wàn)t,并逐漸增長(zhǎng).目前,我國(guó)對(duì)廢棄混凝土還是簡(jiǎn)單的遺棄和填埋,需占用大量空地且污染環(huán)境.再生混凝土是指使用經(jīng)過(guò)破碎加工的廢棄混凝土為骨料而配制的混凝土.該處理技術(shù)可以從根本上解決廢棄混凝土的處理問(wèn)題,還可節(jié)約天然骨料資源,具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[2].

      相對(duì)于天然骨料,再生骨料表面往往包裹著一層水泥砂漿,棱角過(guò)多,針狀物所占材料面積過(guò)大,破碎過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)部橫向裂紋,吸水率增大、孔隙增多,導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度明顯降低[3-6].向再生混凝土中添加鋼纖維,鋼纖維的橋接作用減輕了其內(nèi)部微缺陷的引發(fā)和擴(kuò)展,可提高混凝土性能[7-9].本文針對(duì)再生骨料的特點(diǎn),通過(guò)配合比正交試驗(yàn),研究再生骨料取代率、鋼纖維體積率、水膠比對(duì)鋼纖維再生混凝土塌落度、抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的影響.為鋼纖維再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供參考.

      1 試驗(yàn)概況

      1.1 試驗(yàn)材料

      鄭州滎陽(yáng)的天瑞P.O42.5普通硅酸鹽水泥.粗骨料分為天然粗骨料和再生粗骨料,天然骨料為石灰石碎石,粒徑為5~20mm,連續(xù)級(jí)配;再生粗骨料由鄭州某檢測(cè)站廢棄的商品混凝土試塊破碎篩分而成,粒徑5~20 mm,連續(xù)級(jí)配,材料性能如表1.細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.67天然河砂.切斷弓形鋼纖維,平均長(zhǎng)度,等效直徑 =0.599mm,長(zhǎng)徑比.聚羧酸鹽高效減水劑,減水率為20%.生活飲用水.

      表1 骨料的物理性能Tab.1 Propertiesof coarse aggregate

      1.2 配合比正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      本試驗(yàn)主要分析水膠比、再生骨料取代率、鋼纖維體積率對(duì)鋼纖維再生混凝土工作性能、抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的影響.根據(jù)正交試驗(yàn)方法,設(shè)計(jì)了L9(33)3因素3水平正交表如表2所示.單方用水量取180 kg,砂率取38%,制作邊長(zhǎng)150mm的立方體試塊,測(cè)定其拌合物塌落度,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后,測(cè)定其立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度.配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

      表2 鋼纖維再生混凝土正交試驗(yàn)因素與水平表Tab.2 The orthogonalexperiment factorsand horizontal table of steel fiber recycled concrete

      表3 鋼纖再生混凝土正交試驗(yàn)配合比/(kg/m3)及試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonalproportion and test resultson steel fiber recycled concrete

      2 試驗(yàn)結(jié)果分析

      2.1 塌落度分析

      表4 塌落度極差和方差分析Tab.4 Rangeand variance analysisof slump

      2.2 抗壓強(qiáng)度分析

      由表5可知,水膠比 比值大于F0.1的臨界值,對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率,極差為4.25,F(xiàn)比值為1.14,影響較小.鋼纖維體積率對(duì)抗壓強(qiáng)度影響最小.A、B、C 3種因素對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的顯著性是Agt;Bgt;C.水膠比是抗壓強(qiáng)度的主要影響因素.為了抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu),應(yīng)選取的組合為A1B2C2.根據(jù)表4種得方差分析,再生骨料取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響并不顯著,從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保角度考慮,B3也可作為下一步試驗(yàn)的因素水平考慮,也即全部粗骨料都使用再生骨料,故A1B3C2組合可在下一步配合比試驗(yàn)中重點(diǎn)考慮.

      2.3 劈拉強(qiáng)度分析

      圖3為各因素在不同水平時(shí),劈拉強(qiáng)度 值,由圖3和表6:隨著鋼纖維體積率的增加,劈拉強(qiáng)度值在不斷增加,增加趨勢(shì)最為明顯,極差達(dá)到2.49;隨著水膠比的不斷減小劈拉強(qiáng)度在不斷增加,極差為1.19;隨再生骨料取代率的增加,劈拉強(qiáng)度先增加后減小,極差僅為0.54.

      表5 抗壓強(qiáng)度極差和方差分析Tab.5 Range and variance analysison compressive strength

      由表6中的方差分析結(jié)果,3因素中,鋼纖維體積率對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響最為顯著,水膠比的影響次之,再生骨料的取代率的影響最小.這與鋼纖維的阻裂、增韌效果是一致的,可以通過(guò)增加鋼纖維的體積率來(lái)增大混凝土材料的劈拉強(qiáng)度.但是鋼纖維體積率也不宜過(guò)大,鋼纖維體率過(guò)大會(huì)增加成本,且易在攪拌過(guò)程中結(jié)團(tuán),降低混凝土拌合物的工作性能.隨著水灰比的減小,劈拉強(qiáng)度的 值也是在不斷增加,但是增長(zhǎng)趨勢(shì)沒(méi)有鋼纖維體積率增加趨勢(shì)顯著.再生骨料取代率是對(duì)纖維再生混凝土劈拉強(qiáng)度影響最小的因素,隨著其取代率的增加,其劈拉強(qiáng)度 值現(xiàn)增加后減小.綜合考慮以上因素,對(duì)于其劈拉強(qiáng)度,最佳組合為A1B2C3,為考慮其經(jīng)濟(jì)性,也可考慮A1B3C3.

      3 結(jié)論

      1)再生骨料取代率對(duì)塌落度的影響最為顯著,再生骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)中,單方用水量要高于普通混凝土,建議在單方用水量計(jì)算中引入再生骨料取代率與再生骨料吸水率兩個(gè)變量.

      2)水膠比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率,鋼纖維體積率對(duì)其影響最小.為了抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu),應(yīng)選取的組合為 A1B2C2.由于再生骨料對(duì)其影響并不顯著,從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度考慮,A1B3C2也可作為進(jìn)一步試驗(yàn)的因素水平考慮.

      3)鋼纖維體積率對(duì)于劈拉強(qiáng)度影響最為顯著,水膠比的影響次之,影響最小的是再生骨料的取代率.對(duì)于其劈拉強(qiáng)度,最佳組合為A1B2C3,為考慮其環(huán)保性,也可考慮A1B3C3.

      表6 劈拉強(qiáng)度極差和方差分析Tab.6 Range and variance analysison splitting tensile strength

      [1]鄧壽昌,王正平,張學(xué)兵,等.建筑固體廢棄物的循環(huán)利用與再生資源的可持續(xù)發(fā)展 [C]∥首屆全國(guó)再生混凝土研究和應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2008.

      [2]周宏敏,柴俊.再生混凝土技術(shù)及其研究現(xiàn)狀 [J].混凝土,2008,230(12):75-77.

      [3]Khaldoun Rahal.Mechanicalpropertiesof concretew ith recycled coarseaggregate[J]. Building and Environment,2007,42:407-415.

      [4]Meyer C.Thegreening of the concrete industry[J].Cement&Concrete Composites, 2009,31:601-605.

      [5]CasuccioM,TorrijosMC,Giaccio G,etal.Failuremechanism of recycled aggregateconcrete[J].ConstrBuildMater2008,22(7):1500-1506.

      [6]Evangerlista L,De Brito J.Mechanical behaviour of concretemadew ith fine recycled concrete aggregates[J].Cement&Concrete Composites,2007(29):397-401.

      [7]王軍龍,肖建莊.鋼纖維再生混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)研究 [J].工業(yè)建筑,2007,37(1):82-86.

      [8]朱海堂,王寶庭,樓志輝,等.鋼纖維再生混凝土斷裂韌度試驗(yàn)研究 [J].新型建筑材料,2008,13:64-68.

      [9]高丹盈,樓志輝.鋼纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究 [J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2007,28(2):5-10.

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