粉煤灰再生混凝土抗压强度计算模型.pdf

焦玉麟等 ： 粉煤 灰再生混凝土抗压强度计算模型 DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i a w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 1 粉煤灰再生混凝土抗压强度计算模型 焦玉麟 ， 汪振双 ( 1 铁道第三勘察设计院集团有限公司城市轨道交通设计研 究分 院 ， 天津3 0 0 2 5 1 2 东北财经大学投资工程管理学院。 辽宁大连1 1 6 0 2 5 ) 【 摘要】 随着再生粗集料混凝土研究的不断深入， 现有的粉煤灰再生粗集料混凝土抗压强度计算模型， 没 有考虑粉煤灰的胶凝作用 ， 存在一定的缺陷和不足。在粉煤灰胶凝系数概念的基础上， 通过 1 6组粉煤灰再生粗集 料混凝土2 8 d 抗压强度试验结果的研究， 分析了真实水胶比和广义砂率对粉煤灰再生粗集料混凝土抗压强度的影 响。参考已有的研究结果 ， 利用多元回归计算建立了以水泥强度， 真实水胶 比和广义砂率为基础的粉煤灰再生粗 集料混凝土抗压强度计算模型， 为粉煤灰再生粗集料混凝土基本力学系能的研究提供参考。 【 关键词】 再生粗集料混凝土； 粉煤灰 ； 抗压强度； 模型 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 1 0 3 近年来， 再生混凝土材料 由于其本身具有低消耗、 低能 耗、 无污染和可循环再生利用等特点， 在地铁工程中应用越 来越广泛， 具有重要的工程意义和推广价值。粉煤灰是 现代混凝土中不可缺少的组分， 随着人们对再生粗集料和 粉煤灰认识的不断深入 ， 其在在再生粗集料混凝土中的掺 量逐步提高。因此， 过去混凝土的一些抗压强度公式具有 明显的局 限性。最早 的水泥混凝 土强度公式是 1 9 1 8年 A b r a m建立的抗压强度与水胶 比的关系 。1 9 6 7年， 英国 S mi t h提出了粉煤灰胶凝因子概念， 建立了等效水灰比的公 式。这样， 可以通过普通混凝土的强度公式预测 出一定龄 期粉煤灰混凝土的抗压强度 。 目前， 国内外设计采用的 由B o l o m e y 公式改进的强度公式 。后来， 美国 P o p v i c s考 虑了混凝土中粉煤灰的掺量， 对 B o l o m e y公式进行了改进。 随着人们对粉煤灰认识 的不断完善 ， 粉煤灰在混凝土中的 掺量不断提高， 粉煤灰 已成为现代混凝土中一个独立的组 分 ， 提出了粉煤灰混凝土双变量强度公式模型。通过前人 的研究 可知 ， 混凝 土 的双 变量 强度 可分 为线 性 双变 量强 度 公式和 非 线 性 双 变 量 强 度 公 式 两 类 J 。 国外 学 者 C l u o k u n 通过大量试验建立了混凝土多变量线性抗压强度公 式。我 国学者赵若鹏等 将 粉煤灰材料掺入到混凝土 中， 采用回归的方法建立混凝土 2 8 d双变量抗压强度公式。 张 阿樱 通过对 自密实 混凝 土 2 8 d抗压 强 度 的统计 分析 ， 建立了自密实混凝土双变量抗压强度公式。尚连飞 在粉 煤灰强度效应因子 的基础上， 考虑粉煤灰的活性指数、 掺 量、 水胶比和龄期等因素， 建立了粉煤灰混凝土抗压强度动 态模型。王立久 提出粉煤灰胶凝系数概念 ， 提出以水胶 比和灰胶比为强度理论公式。文中设计了 1 6组粉煤灰再生 粗集料混凝土配合比试验 ， 结合粉煤灰胶凝系数概念， 建立 水泥强度真实水胶比和广义砂率的再生粗集料混凝土抗压 强度计算模型， 为再生粗集料混凝土的基本力学性能研究 奠定基础， 以便在工程中进行推广和应用。 1 胶 凝系数 研究表明， 矿物掺合料在混凝土中具有形态效应、 活性 效应和微集料效应。由现代混凝土的强度理论可知， 混凝 土的强度并不是完全靠水泥石提供 ， 混凝土 中第六组分的 矿物掺合料 的活性效应， 对水泥石强度的提高也有贡献。 为了准确描述矿物掺和料的形态效应、 活性效应和微集料 效应， 大连理工大学王立久 提出了矿物掺合料胶凝系数 3 的概念。在混凝土配合比设计 中， 单位体积混凝土中掺入 质量为 F份的掺合料， 达到规定的龄期时， 其中有口 F份矿 物掺和料起到胶凝材料的作用， 而剩下的 ( 1一JB ) F份掺合 料在混凝土中则起到微集料填充作用。参照国内外研究进 展， 矿物掺合料的胶凝系数口主要取决于矿物掺合料自身的 性能。王立久教授认为粉煤灰的胶凝系数与粉煤灰的细 度， 烧失量和需水量有关 ， 建立 了粉煤灰 2 8 d胶凝系数的数 学公式。J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程中， 粉 煤灰和粒化高炉矿渣的影响系数也就是掺合料胶凝材料系 数的概念， 当无试验资料和结果时 ， 按规范中规定的取值。 2试验 ( 1 ) 原材 料。大连小野 田 P4 2 5 R型普通硅 酸 盐水泥。砂子为天然河砂 ， 细度模数 2 4 1 ， 密度为 2 6 8 g c m 。实验用再生粗集料是来 自某办公楼拆迁时产生的废 弃混凝土 ( 钻芯取样混凝土抗 压强度 为 2 8 3 MP a ) ， 经破 碎 、 筛分和组配后再生粗骨料的最大粒径控制在 2 5 m m， 表观密 度 2 64 g c m ， 堆积密度 1 4 9 g c m ， 吸水率6 0 8 ， 压碎指 标 1 5 。水为普通饮用水。 ( 2 ) 配合 比。粉煤灰采用内掺法 ， 等量取代水泥， 水 胶比为 0 4 5 ， 0 5 0 ， 0 5 5和 0 6 0 ， 粉煤 灰取 代量为 0 ， 1 0 ， 2 0 和3 0 。按 G B T 5 0 0 8 12 0 0 2 ( 普通混凝土力 学性能试验方法 对再生粗集料混凝土 2 8 d抗压强度测试。 3 试验结 果分 析 ( 1 ) 粉煤灰掺量影响。从 图 1和图 2试验结果可看 基金项 目 国家 自然 科学基 金 资助 项 目( U 1 2 6 1 1 2 2) ； 辽宁 省教 育厅 重 点实 验室 基础 研究 项 目： L Z 2 0 1 4 0 4 8 ； 中 国博 士后科 学基 金 2 0 1 3 M5 4 1 2 3 6； 东北财经大学校基金 9 2 2 7 5 4 2 低温建筑技术 2 0 1 5年第3 期( 总第 2 0 1 期) 出， 混凝土强度不仅与水胶比有关， 还与混凝土配合 比中粉 煤灰掺量有关。粉煤灰形态效应、 活性效应和微集料效应， 改善了水泥石的密实度， 增强 了水泥石的胶凝作用。当水 胶比为 0 6 0时 ， 粉煤灰掺量为 1 0 时， 再生粗集料混凝土 的强度为2 2 8 MP a ， 粉煤灰掺量为2 0 时， 再生粗集料混凝 土的强度为 2 2 2 MP a ， 粉煤灰掺量为 3 0 时， 再生粗集料混 凝土的强度为2 1 6 MP a 。可以看出， 粉煤灰再生粗集料混凝 土 2 8 d的抗压强度随着配合比中水胶比的减小而增大 ， 随着 配合比中粉煤灰掺量的增加而减小。 0 4 5 0 5 0 0 5 5 O 6 0 0 6 5 0 7 0 真实水胶比 图 1 混凝土强度与真实水胶 比关系 ( 2 ) 真实水胶比影响。考虑混凝土中矿物掺合料胶 凝系数的影响， 将混凝土中 w ( c+口 F )称为真实水胶比。 粉煤灰掺量为 1 0 时， 卢取 0 9； 粉煤灰掺量为2 0 时， 取 0 8 ； 粉煤灰掺量为 3 0 时， 胶凝系数 口取 0 7 。混凝土 2 8 d 抗压强度与真实水胶比的关系如图 1 所示。可以看出， 粉煤 灰再生粗集料混凝土 2 8 d抗压强度随着混凝土配合 比中真 实水胶比的增大而减小 ， 二者之间的线性关系比较显著。 3 4 善 3 0 辗 2 6 2 2 0 3 58 03 6 2 0 3 6 6 0 3 7 0 0 3 7 4 0 3 7 8 砂率 图2 不同水胶 比的混凝土强度与砂率关系 ( 3 ) 广义砂率影响。砂率是指混凝土配合比中砂 占 砂 ， 石总质量的百分比。考虑到矿物掺合料胶凝系数的概 念 ， 广义砂率的计算公式为 S+( 1一 ) F S+( 1一卢 ) F +G 。混凝土2 8 d 抗压强度与砂率关系如图2所示。可以 看出， 不同水胶比下 ， 混凝土 2 8 d的抗压强度都随着砂率的 增大而减小。这是由于在混凝土配合 比中粉煤灰等量取代 水泥用量， 导致水泥用量减少。另一方面， 粉煤灰用量的增 加， 导致混凝土配合 比中砂率增大。随着混凝土砂率的增 大， 集料的表面积和孔隙率也将随之增大， 使混凝土内部和 表面不密实， 导致混凝土内部出现蜂窝和麻面等缺陷。 4粉煤灰再生混凝土抗压强度计算模型 杨钱荣等 通过商品混凝土搅拌站采集粉煤灰混凝土 配合 比数 据 ， 建立 了混 凝 土强度 与水 胶 比和粉 煤灰 掺 量 的 双变量线性强度公式和非线性强度公式。由于广义砂率考 虑了混凝土中掺入粉煤灰的影响， 因此粉煤灰的掺量对混 凝土强度的影响可以通过广义砂率来反映和表征。在 已有 的研究成果基础上 。 t ” ， 考虑了粉煤灰胶凝系数的影响， 建 立了以水泥强度、 真实水胶比和广义砂率为基础的粉煤灰 再生粗集料混凝土抗压强度计算模型 ： ： +B S +C ( 1 ) 式 中 为混凝 土强 度 ， MP a 为水泥强度 ， MP a ； ( C+ ) W为真实胶水比； s 为广义砂率， 由 S+( 1一 卢) F J S +( 1一 ) F+G 计算； A， B和 C为系数。 利用公式 1 ， 对以上粉煤灰再生粗集料混凝土2 8 d抗压 强度的试验结 果利 用 S P S S I 9 0软 件进 行 多元 线性 回归分 析， 结果如表 1 所示。通过分析可知， 粉煤灰再生粗集料抗 压强度计算模型为： ： 0 4 9 2 f o +1 2 8 3 2 4 S 一6 3 2 7 4 R ： 0 9 4 5 ( 2) 可以看出， 模型的相关系数为 0 9 4 5 。与图 1 分析结果 相比 ， 模型精度较高 。在混 凝土配 合 比设计 时 ， 可以采 用公 式2对再生粗集料混凝土进行设计。 表 1 回归分析结果 5结 语 ( 1 ) 粉煤灰再生粗集料混凝土的2 8 d抗压强度随着 混凝土配合比中真实水胶比的增大而减小 ， 随着混凝土配 合比中广义砂率的增大而减小。混凝土中， 粉煤灰的微集 料作用 ， 可以用广义砂 率去反映。 ( 2 ) 通过对 l 6组粉煤灰再生粗集料混凝土试验结果 进行线性回归分析， 建立以水泥强度 、 真实水胶比和广义砂 率的粉煤灰再生粗集料混凝土抗压强度计算模型。该模型 精度较高 ， 为以后相关的研究提供了参考。 参考文献 1 崔正龙 ， 庄宇 ， 汪振双 关于再生骨料 混凝土干燥收缩 裂缝的 试 验 研 究 J 四 川 大 学 学 报 ( 工 程 科 学 版 ) ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 5 ) ：1 6 0 2 P K Me h t C o n c r e t e ， S t r u c t u r e M P r o p e i e s a n d Ma t e ri a l s ， 1 9 8 6 3 沈旦申 粉煤灰混凝土 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 1 9 8 9 4 杨钱荣 ， 吴学礼 ， 张凌翼 粉煤灰混凝土 的双变量强度公式 罢 嚼幽 宋 明启等 ： 多孔介质热质传递 国内研究综述 3 D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i 1 w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 2 多孔介质热质传递国内研究综述 宋明启 ， 王志 国 ， ( 1 东北 石油 大学土木建筑 工程学院， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8： 贾永英 ， 刘晓燕 2 大连理工大学能源 与动 力工程学 院。 辽宁大连1 1 6 0 2 4 ) 【 摘要】 阐述了多孔介质的定义 ， 明确了多孔介质热质传递的重要意义。从萌芽阶段、 初级阶段 、 发展阶 段 、 快速发展阶段 4个典型阶段详细介绍了我国多孔介质热质传递研究进展。给出了多孔介质热质传递研究的基 本方法和未来的研究方向。为相关学者开展此类研究提供了有意义的理论参考和文献借鉴。 【 关键词】 多孔介质； 热质传递 ； 综述 【 中图分类号】 T Q 0 2 1 3 ； T U 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 3 0 3 多孔介质是多孔固体骨架构成的孔隙空间中充满单相 或多相流体的一类复合介质。它构成了地球生物圈的物质 基础。固体骨架遍及多孔介质所 占据的体积空间， 孔隙通 道相互连通， 其内的介质可以是气相、 液相或气液两相。多 孔介质的主要物理特征是孔隙尺寸极其微小， 比表面积数 值很大。多孔介质内的微小孔隙可能是相互连通的， 也可 能是部分连通、 部分不连通的。 1 多孔介质热质传递研究的重要意义 多孔介质热质传递广泛存在于自然界和人类生产、 生 活中， 对社会 的发展具有重要 的影响。土壤中水分、 肥料、 污染物的吸收、 保持和迁移过程。岩层中石油、 天然气和地 下水的开采， 地热资源的开发及利用， 岩层 的蓄热蓄冷过 程， 都涉及到多孑 L 介质中的热质传递过程。动植物中的生 命过程， 如植物根、 茎 、 叶中水分和养分的传递过程， 动物机 体内的新陈代谢也都发生在多孔介质之中。生活中的农副 产品、 食品、 木材和纺织品的干燥 ， 建筑物的隔热保温是典 型的多孔介质热质传递。现代铸造技术、 燃烧技术、 冶炼技 术、 催化反应技术和纺织、 造纸技术的发展 ， 都与多孔介质 热质传递紧密相联。因此， 多孔介质热质传递研究 ， 对于改 造 自然、 造福人类具有重要的意义 J 。 2 多孔介质热质传递国内研究进展 ( 1 ) 萌芽阶段。1 9 6 5年左右， 我国科研工作者开始了 多孔介质热质传递研究 ， 可以被称为多孔介质热质传递发 展的“ 萌芽阶段” 。施明恒率先开展了不可逆过程热力学在 多孔介质热质传递中的应用研究 J ， 给出了毛细多孔介质 中发生 高强度热 质 交换 时的微 分方 程 组 J 。此后 的 2 0年 间， 多孔介质热质传递研究基本处于空白和停滞阶段。1 9 8 5 年前后 ， 王补宣先后探讨了含湿多孔材料中的热质迁移特 性及其测定方法 J 。1 9 8 7年， 孟繁炯提出了管子网络多孔 介质霜层物理模型， 建立了凝华结霜热质传递控制微分方 程 。1 9 8 8年 ， 姚爱如研究了多孔介质冷冻干燥过程中的 热质传递现象。 ( 2 ) 初级阶段。1 9 9 0年以后的 1 O年间是我国多孔介 质热质传递发展的“ 初级阶段” 。1 9 9 1年王补宣系统论述了 多孔介质热质传递的研究现状。他指出， 第一， 多孑 L 介质的 几何参量很难作严格的描述。第二 ， 湿份的迁移可在三种 动力作用下发生 ， 即： 在总压力梯度下的渗流迁移； 在含湿 率梯度作用下的扩散迁移； 以及在温度梯度作用下的热质 扩散迁移， 此外 ， 还存在着不同动力之间的相互耦合作用。 第三， 达西定律只严格适用于湿饱和多孔介质 ， 在非饱和情 况下不一定适用。第 四， 缺乏测试湿份分布的有效手段和 方法 J 。刘伟等探讨了相连续非饱和多孔介质中的水分迁 移机理 。虞维平根据最小梯度建设建立了非饱和多孔介 质等温渗流的阈梯度理论 。杨世铭建立了多孔介质内部 热质传递等效耦合扩散模型 。含内热源的多孔介质中的 混合对 流 ， 水蒸 气通 过多孔介 质时凝结 前缘运 动规 基金项目 国家自然科学基金资助项目 ( 5 1 1 7 6 0 2 3 ) o 0o 0o 00 o 0 0o O0 o0 0o 00 00 o0 00 o0 0o 00 oo 0o o0 o o 0o 0 0 0o 0 0 oo 00 0o 00 0o 00 o 0 00 0o 00 00 00 0o o0 00 00 oo 00 0 0 00 oo o 0 0 J 建 筑 材料 学报 ， 2 0 0 2 ， ( 2 ) ：1 8 6 1 8 9 5 F A C l u o k u n F l y A s h C o n c r e t e M i x D e s i g n a n d t h e Wa t e r C e m e n t R a t i O L a w J AC I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 1 9 9 4， 3 6 2 3 7 1 赵若鹏， 等 掺粉煤灰混凝土强度的研究 J 混凝土， 1 9 9 5 ， ( 3 )： 4 24 8 张阿樱 自密实混凝 土双变量 强度公式 J 低温 建筑技术 ， 2 0 0 8， ( 6 ) ： 2 4 2 7 尚连飞， 张亚梅， 孙伟 粉煤灰混凝土抗压强度计算模型 J 建筑技术 ， 1 9 9 9， 3 1 ( 1 ) ： 3 2 3 4 王立久， 艾红梅 粉煤灰胶凝系数研究 J 大连理工大学学 报 ， 2 0 0 2， ( 1 2 ) ： 7 2 4 7 2 7 1 0 刘思远 粉煤灰混凝土抗压强度非线性预测与保护层绣胀开 裂条件的力学分析 D 西安 ： 西安建筑科技大学， 2 0 0 7 1 1 S E He d e g a a r d ， T C Ha n s e n Mo d ifi e d Wa t e r C e m e n t R a t i o L a w f o r C o m p r e s s iv e S t r e n g t h o f F l y A s h C o n c re t e J M a t e ri a l s a n d S t r u c t u res ， 1 9 9 2， 2 5：2 732 8 3 收稿 日期 2 0 1 41 1 2 0 【 作者简介 焦玉麟( 1 9 8 1 一) ， 男， 天津人， 工学硕士， 工程师， 从事城市轨道交通建筑设计和混凝土材料研究 。 i 1 j