改性再生混凝土抗压强度试验研究及数值模拟_卢钵
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再生混凝土经高温冷却后抗压强度试验研究
杨新青
【期刊名称】《砖瓦》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】为探究再生混凝土高温后性能,为火灾后再生混凝土建筑物的强度评价提供参考,主要对再生混凝土试件经高温处理后的抗压强度水平,以及不同再生骨料取代率下试件高温后的抗压强度差异进行分析。
结果表明:全温度范围内,普通混凝土和再生混凝土经相同温度高温处理后并未出现外观上的明显差异;温度处于
20℃~300℃范围内时,残余抗压强度和常温数值均未出现较大差异;温度提升至400℃~600℃范围内时,再生混凝土和普通混凝土相对残余抗压强度均快速大幅下降,其中再生混凝土降幅相对更大;进一步提高温度至800℃,此时各组混凝土残余抗压强度相差不大。
【总页数】3页(P48-50)
【作者】杨新青
【作者单位】淅川县鼎力建设工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.09
【相关文献】
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2.高温后再生混凝土抗压强度的试验研究
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高温喷水冷却后高强混凝土抗压强度试验研究5.高温后消防喷水再生混凝土残余抗压强度试验研究
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再生混凝土抗压抗拉强度分析论文•相关推荐再生混凝土抗压抗拉强度分析论文摘要:随着社会经济迅猛发展,我国基础建设项目日渐增加,混凝土消耗量、废弃混凝土产生量呈现出上升趋势,急需要加大对再生混凝土的研究力度,有效缓解资源与能源压力。
因此,本文多层次客观阐述了再生混凝土力学性能的研究进展。
关键词:再生混凝土; 力学性能; 研究进展;1 抗压强度1.1 再生骨料取代率再生混凝土力学性能体现在多个方面,抗压强度便是其中之一,是提高再生混凝土整体性能的关键点之一。
再生混凝土抗压强度受到多方面因素影响,尤其是再生骨料取代率,已成为新时期再生混凝土抗压强度方面重大研究课题。
国内外研究人员多角度研究了再生骨料取代率对再生混凝土强度的影响,主要是再生粗骨料方面的研究,发现再生混凝土抗压强度和再生粗骨料取代率的动态变化有着某种联系,再生混凝土力学性能会受到再生粗骨料掺量变化影响[1]。
1.2 水灰比在抗压强度方面,水灰比也是重要影响因素,或多或少影响再生混凝土密实度、流变性能。
在研究力学性能过程中,研究人员从不同角度入手研究了水灰比对再生混凝土抗压强度的影响。
某些研究人员根据再生混凝土力学性能研究情况,进行了更加深入的研究,发现如果再生混凝土坍落度和普通混凝土一致,粗骨料取代了不小于30%,再生粗骨料取代率变大的同时,再生混凝土抗压强度会降低。
如果再生粗骨料取代率达到100%,和普通混凝土相比,再生混凝土抗压强度较低,这是因为再生骨料有着较大的吸水量,和普通混凝土相比,再生混凝土需要量更大,坍落度相同情况下,水灰比也更大。
1.3 外加剂与其他因素在研究再生混凝土力学性能过程中,研究人员多层次客观分析了外加剂对再生混凝土抗压强度的影响,进行了一系列试验,全方位研究了粉煤灰具体加入量、再生骨料取代率等,发现加入其中的粉煤灰量不能超过30%,可以在其中加入适量的矿渣,能够进一步增强再生混凝土的抗压强度。
在此基础上,研究人员发现再生混凝土抗压强度还会受到其他因素影响,比如,再生骨料质量、再生骨料处理情况,再生骨料质量较低,会削弱对水泥砂浆收缩抑制作用[2]。
价值工程0引言我国建筑业存在着两个主要问题:第一,为了满足天然砂石骨料对建筑的巨大需求,大量地采石对生态环境有很大的影响;第二,旧建筑的翻新或拆除,大量的建筑垃圾被运送到城市周边,只进行简单填埋或露天堆放处理[1-2],造成了环境污染严重问题[3-4]。
再生混凝土[5]是指将废弃混凝土破碎、清洗、分级后,按一定的比例掺入再生骨料,部分或者全部替代天然骨料制成的混凝土。
对于再生的混凝土的研究,国内外学者有很多学术成果,王智威[6]和施养杭[7]对不同来源再生骨料混凝土的抗压强度进行了研究,结果表明:骨料的来源不同对混凝土的抗压强度影响不大。
彭玉林、龚爱民[8]等研究了不同强度等级的再生混凝土的性能,研究发现随着取代率的增加,再生混凝土的弹性模量逐渐降低。
由于骨料来源复杂,原生混凝土的强度等级、不同的服役年限等因素都会对制备的再生混凝土性能造成一定的影响。
本文根据国家规范《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010[9]中压碎指标和吸水率两个性能指标收集了Ⅰ类和Ⅱ类再生粗骨料,研究在不同取代率条件下,不同再生骨料类型,对再生混凝土的抗压强度和弹性模量的影响。
1试验设计1.1试验原材料本研究收集了两类再生粗骨料,Ⅰ类再生粗骨料来源于学校道路改造工程中产生的废旧混凝土,经破碎筛分后得到的,记为RAⅠ;Ⅱ类再生粗骨料来源于湖北慧迪再生资源开发利用有限公司,记为RAⅡ;试验采用的是粒径为4.75~25mm的天然骨料,连续级配碎石,粗骨料的物理性能指标见表1。
细骨料采用的是天然河砂,细度模数为2.8;水泥是P.O42.5级普通硅酸盐水泥,由华新水泥(鄂州)有限公司生产的,主要技术指标见表2;试验用水为武汉市普通自来水;减水剂采用聚羧酸高效减水剂,其固含量为15%,呈淡黄色液体。
骨料分类粒径/mm级配压碎指标(%)吸水率(%)表观密度(kg/m3)天然粗骨料RAⅠRAⅡ4.75-25连续1011170.62.94.6267325392534表1粗骨料性能指标表2水泥技术指标型号标准稠度用水量/%安定性凝结时间/min抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d P.O42.528.1合格23129625.347.9 4.87.91.2配合比设计本文设计的基准混凝土的强度等级为C30,按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011[10]进行配合比设计,本次试验考虑了五种不同再生粗骨料取代率,即0、30%、50%、70%和100%,试验配合比见表3。
再生混凝土的抗压强度研究一、本文概述Overview of this article随着全球资源日益紧张和环境问题逐渐凸显,建筑行业对可持续发展的需求愈发迫切。
再生混凝土,作为一种以废弃混凝土为主要原料,经过破碎、筛分、清洗和配比等工艺制成的环保型建筑材料,近年来在建筑领域的应用逐渐受到重视。
本文旨在深入研究再生混凝土的抗压强度性能,以期为再生混凝土在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。
As global resources become increasingly scarce and environmental issues become increasingly prominent, the construction industry's demand for sustainable development is becoming increasingly urgent. Recycled concrete, as an environmentally friendly building material made mainly from waste concrete through processes such as crushing, screening, cleaning, and proportioning, has gradually received attention in the field of construction in recent years. This article aims to conduct in-depth research on the compressive strengthperformance of recycled concrete, in order to provide theoretical basis and technical support for the application of recycled concrete in practical engineering.本文首先介绍了再生混凝土的基本概念、发展历程及其在建筑行业中的应用现状,分析了再生混凝土抗压强度研究的重要性和紧迫性。
Research 研究探讨313再生混凝土的抗压强度分析及其影响因素研究徐陈(江苏苏博特新材料股份有限公司,江苏南京 211103)中图分类号:G322 文献标识码:B 文章编号1007-6344(2018)09-0313-01摘要:本文论述了改进再生混凝土性能的方案,为了增强再生混凝土的抗压强度,通过研究在其中掺加矿物掺合料,如硅灰、聚丙烯纤维、粉煤灰、钢纤维等;对普通混凝土、再生混凝土以及改性再生混凝土进行试验,探究不同状态下的混凝土立方体抗压强度;对再生混凝土抗压强度受矿物掺合料的影响进行分析,这些矿物掺合料主要包括硅灰、粉煤灰、聚丙烯纤维、钢纤维等;分析得出各种矿物掺合料对再生混凝土强度的影响规律。
关键词:再生混凝土;抗压强度;影响因素;试验研究0 引言二次加工处理废旧混凝土得到再生混凝土,对废旧混凝土进行破碎、清洗、分级,加工成为再生骨料,对这些骨料进行拌制,生产出新的混凝土。
随着人类对矿产资源的不断开发和利用,研制混凝土所需的砂、碎石资源日益缺乏,再生混凝土实现了对固体建筑废弃物的利用,是一种绿色环保材料,同时,解决了矿产资源的匮乏问题。
在近年来的建筑工程材料应用中,建筑工程中对再生混凝土的关注与重视程度逐渐加大。
在混凝土再生骨料的生产加工过程中,再生骨料会遭受不同程度的破碎与撞击作用,裂隙难免存在于再生骨料中,孔隙率比天然骨料大,导致在耐久性与强度方面,再生混凝土的性能指标相对较差。
针对再生混凝土的基本状况,原料选取1958年生产的混凝土电线杆,设计10 组试件,探究矿物原料对再生混凝土的影响,从而为进一步研究再生混凝土的深入研究和应用提供参考。
1 抗压强度实验设计以及数据分析1.1实验原料在本文设计的试验中,原材料的选取规格参数主要包括几个方面:选用P·O32.5R 级海螺牌水泥;选用普通天然黄砂;选择连续级配的碎石作为天然粗骨料,最大粒径为20 mm;选择自来水作为拌合水。
第21卷第2期 2013年4月安徽建筑工业学院学报(自然科学版)Journal of Anhui Institute of Architecture &IndustryVol.21No.2 Apr.2013 收稿日期:2013-03-11作者简介:卢 钵(1988-),男,硕士研究生,主要研究方向为混凝土结构与砌体结构。
改性再生混凝土抗压强度试验研究及数值模拟卢 钵, 柳炳康(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009)摘 要:通过试验探讨了粉煤灰掺量对再生混凝土抗压强度的影响,试验表明,随着粉煤灰掺量的增加,再生混凝土的抗压强度先增大后减小,粉煤灰掺量约为10%的再生混凝土抗压强度达到最大。
结合蒙特卡罗方法和富勒级配理论,应用Ansys的APDL参数化编程,选取合适的材料参数和新老砂浆界面强度模拟再生混凝土试件加载过程,模拟结果和试验现象较为吻合。
关键词:粉煤灰;再生混凝土;数值模拟;最佳取代率中图分类号:TU528.59 文献标识码:A 文章编号:1006-4540(2013)02-049-04Experiment study and numerical simulation on modification recycledaggregate concrete compressive strengthLU Bo, LIU Bing-kang(School of Civil Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)Abstract:The paper studies the influence of fly ash’s dosage on compressive strength of recycled con-crete.Results show that recycled concrete's compressive strength firstly increases then decreases withthe increasing dosage of fly ash.The compressive strength of recycled concrete reaches maximumwhen dosage of fly ash is 10%.Combined with Monte Carlo method and Fuller distribution theory,the paper uses APDL parametric programming of Ansys to simulate the single axis compressive test ofrecycled concrete specimens through selecting suitable material parameters and interface strength ofnew and old mortar.The simulation results fit with the experimental phenomenon.Key words:fly ash;recycled concrete;numerical simulation;best replacement rate 随着我国城市化进程的加快,伴随着大规模的改建和扩建工程,由此产生的建筑废弃物也越来越多[1]。
从旧建筑物的拆除中产生的废弃混凝土主要是运往郊外露天堆放或填埋,占用大量土地,破坏生态环境。
废弃混凝土的再生利用是一个亟需解决的课题,将废弃混凝土块体经过回收、破碎、筛分后,按一定的比例与级配混合形成再生骨料,它可部分或全部代替天然骨料制成再生混凝土,它是符合可持续发展思想的一种绿色混凝土。
由于再生骨料表面附着水泥砂浆,新、老砂浆界面过渡区是再生混凝土薄弱部位,导致再生骨料混凝土的基本力学性能差于天然骨料混凝土。
本文通过物理方法对再生骨料表面进行改性处理,在混凝土中添加粉煤灰使其渗透到再生骨料界面,可以通过填充、阻裂过渡区存在的孔隙和裂纹,增强界面密实性和粘结作用,改善再生混凝土的力学性能。
结合蒙特卡罗方法和富勒级配理论,应用Ansys的APDL参数化编程对再生混凝土试件的单轴抗压试验进行有限元数值模拟,并与立方体抗压实验数据进行对比,探讨了混凝土试件加载过程有限元模拟的可行性。
1 立方体轴心抗压试验1.1 试验原材料及配合比再生粗骨料为城市路面水泥混凝土破碎后而得,破碎工艺为反击式破碎;天然细骨料为巢湖砂;采用P·O42.5级水泥作胶凝材料。
再生粗骨料基本性能见表1。
表1 再生粗骨料基本性能粒径(mm)表观密度(kg/m3)24h吸水率针片状颗粒含量(%)10~25 2700 4.21 6.5 现行规范目前没有再生混凝土的配合比设计方法,考虑到再生粗骨料的强吸水性,在设计再生混凝土的配合比时,将再生混凝土的用水量分为净用水量和总用水量。
所谓净用水量系指不包括再生集料吸水在内的用水量,相应的水灰比则为净水灰比;而总用水量则是包括再生集料吸水在内的用水量,相应的水灰比则为总水灰比。
本文再生混凝土净水灰比取为0.42,砂率为0.32。
再生混凝土配合比见表2。
表2 再生混凝土配合比粉煤灰取代率(%)粉煤灰(kg/m3)水(kg/m3)水泥(kg/m3)砂(kg/m3)骨料(kg/m3)0 0 226 464 550 116910 46 226 418 550 116920 93 226 371 550 116930 139 226 325 550 116950 232 226 232 550 11691.2 抗压强度试验再生混凝土抗压试件采用150mm×150mm×150mm的立方体,钢模成型,试件成型后在标准养护箱中养护28d,按照《水运工程混凝土试验规程》JTJ270-1998规定的方法,在液压万能试验机(图1所示)上加载测定再生混凝土抗压强度。
在试件上贴上混凝土应变片,接入应变仪(如图2所示),加载的同时采集应变数据,获得立方体试件的应力-应变曲线。
不同粉煤灰掺量养护龄期为28d的再生混凝土立方体试件抗压强度的实验结果见图3。
从图3中可以看出,粉煤灰掺量约为10%的再生混凝土的强度达到最大;当粉煤灰掺量为20%和30%时,再生混凝土的强度略低于不掺粉煤灰时的强度。
试验表明,在再生混凝土中掺入粉煤灰对再生混凝土的强度有一定影响,再生混凝土的强度随着粉煤灰掺量的增加是先增大后减小。
图1 液压式压力试验机图2 采集应变数据的应变仪图3 粉煤灰掺量对抗压强度的影响2 再生混凝土抗压试验的数值模拟2.1 蒙特卡罗方法无论是普通混凝土还是再生混凝土,骨料颗粒的分布都是随机的,骨料颗粒在形状、大小和排列顺序上都无规律可循,这种随机性对混凝土的力学性能有着显著的影响。
本文在模拟再生混凝土抗压试验时引入蒙特卡罗方法[2]。
蒙特卡罗方法的基本思想是:当所求解问题是某种随机事件出现的概率,或者是某个随机变量的期望值时,通过某种“实验”的方法,以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率,或者得到这个随机变量的某些数字特征,并将其作为问题的解。
为了在计算机上产生满足随机分布的离散骨料组合体,最基本的变量X在区间[0,1]上服从均匀分布,若产生[0,1]上均匀分布的随机变量X,则经过变换X′=a+(b-a)X后就可以求得[a,b]上均匀分布的随机变量X′。
对于混凝土骨料颗粒的位置(Xi,Yi,Zi)和骨料半径Ri等参数都可以通过均匀随机变量X经过变换后求得。
2.2 富勒级配理论20世纪初,美国科学家富勒通过大量试验,提出了最大密实度级配曲线,也就是富勒级配曲05安徽建筑工业学院学报(自然科学版) 第21卷线。
由该级配曲线浇捣而成的混凝土具有最大的密实度。
Fuller三维级配曲线表达式为:P=100(d/Dmax)1/2(1)式中:d为筛孔径;P为通过筛孔d的百分含量;Dmax为骨料的最大粒径。
富勒三维级配曲线虽然给出了一个最优级配使得混凝土可以达到最大的密实度,但是三维的空间模拟计算量往往很大,对计算机的配置要求也是很大,模拟起来有很大的困难。
Walraven J.C[3]基于富勒公式,将三维级配曲线转化为试件内截面上任一点具有骨料直径D<D0的概率Pc,其表达式为:Pc(D<D0)=Pk[1.065(D0/Dmax)1/2-0.053(D0/Dmax)1/4-0.012(D0/Dmax)6-0.0045(D0/Dmax)8+0.0025(D0/Dmax)10](2)式中:Pk为骨料体积占试件总体积的百分比,可取0.75。
出于简化,本次模拟假定骨料颗粒均为二维圆形,采用三级级配,骨料直径分别为22mm,18mm,12mm。
根据公式(2)可以算出各粒径骨料的个数,分别为22mm粒径的骨料有3个,18mm粒径的有10个,12mm粒径的有20个。
2.3 基于随机骨料模型的立方体抗压数值试件 得出了各粒径骨料的个数后,就可以结合蒙特卡罗方法,应用Ansys的APDL参数化编程生成立方体抗压数值试件的二维模型[4],二维随机骨料生成与投放的过程见图4。
在APDL的参数化语言里可以通过命令流的方式直接随机生成骨料,并赋予各种材料属性,进行有限元网格划分,直至加载求解。
废弃混凝土破碎生成的再生骨料,生产剥离过程中表面包裹有母体附着砂浆,存在不同程度的缺陷和裂纹,造成再生混凝土中新拌水泥砂浆与再生骨料界面薄弱,再生混凝土的破坏往往是由其薄弱的界面引起的[5]。
本文把再生混凝土视为由粗骨料、新老水泥砂浆及两者的界面组成的四相材料,水泥砂浆分为附着砂浆和新硬化水泥砂浆,附着砂浆当成一层壳体附着在骨料上,附着砂浆的代表厚度取为1mm。
图4 骨料分批投放图再生混凝土有两个界面:老界面即骨料与附着砂浆之间的界面,新界面即附着砂浆与新硬化水泥砂浆之间的界面。
关于再生混凝土界面的宽度以及再生混凝土是沿着哪个界面破坏目前还没有定论,但有一点是可以确定的,当再生骨料较弱或损伤较为严重时,老界面起控制作用,即再生混凝土受压破坏经过老界面;当骨料较强或没有较大损伤而水灰比较大时,新界面起控制作用,即再生混凝土受压破坏经过新界面[6]。
本试验采用的骨料保存的比较完好,没有明显损伤,为简化起见,只考虑附着砂浆与新硬化水泥砂浆之间的界面,界面宽度取为1mm。
此外,研究发现,界面区的强度和其周围的材料有关[7],为体现再生混凝土界面比较薄弱的特点,取界面强度为附着砂浆强度的70%。
随机骨料模型各单元材料属性[8]见表3。