机制砂混凝土劈裂抗拉强度的试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 1 j期 (总 第 3 0 1期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RESEARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 1 0 1 3 机制砂混凝土劈裂抗拉强度的试验研究 何盛东 ，栗营 ，李广慧 ，王华 ( 1 郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院，河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 2 新疆交通职业技术学院 公路工程管理系 ，新疆 乌鲁木齐 8 3 1 4 0 1 ) 摘要： 为了研究不同替代率下机制砂混凝土劈裂抗拉强度的变化规律， 拟选用机制砂配制 C 5 0 混凝土， 在水泥用量保持不变的 情况下 ， 改变机制砂对天然砂的取代率( 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 ) 。 试验发现机制砂混凝土的劈裂抗拉强度大于天然砂混凝土的劈 裂抗拉强度且随着替代率的增大和龄期的增长机制砂混凝土的劈裂抗拉强度呈现增大的趋势 ， 但是替代率为 5 0 的劈裂抗拉强度 最大， 说明该机制砂对天然砂的最佳替代率为 5 0 左右。 通过分析发现高强机制砂混凝土的劈裂抗拉强度与抗压强度之间的拟 合关系与普通混凝土不同， 用普通混凝土的拟合方程计算值偏小。 关键词 ： 机制砂 ；混凝土；劈裂抗拉强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 1 - 0 0 5 0 0 3 E x p e r i me n t a l s t u d y on s pl i t s t r e n g t h o f m a n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e HE S he n gd o n g ， LI Le i ， L IGu a n g hu i ， WANGHu a ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g， Z h e n g z h o uI n s t i t u t e o f Ae r o n a u t i c a l I n d u s t r yMa n a g e me n t ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 Hi g h wa yE n g i n e e r i n g Ma n a g e me n t De p a r t me n t ， Xi n j i a n g Vo c a t i o n a l a n dT e c h n i c a l Co l l e g eo f Co mmu n i c a t i o n s ， Ur u mq i 8 3 1 4 0 1 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： I n o r d e r t o s tud y t h e c h a ng e o f s p l i t s t r e ng t h of t h e ma n uf a c t u r e d s a n d c o nc r e t e a t d i f f e r e n t r e p l a c e me n t ， C5 0 wa s p r e p a r e d a t t h e s a me c e me nt c o ns ump t i o n wi t h t he r e pl a c e me n t r a t i os o f man u f a c tur e d s a n d b y ma s s t o t he n a t u r a ，s a n d we r e 0 3 0 、 5 0 7 0 a nd 1 0 0 r e s p e c t i v e l y T h e s p l i t s tr e n gth o f ma n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e wa s s t r o n g e r than t h a t o f n a t u r a l s a n d a n d i t s h o we d a n i n c r e a s i n g t r e nd wi th t h e i nc r e a s i n g o fr e pl a c e me n t r a t e a n d a g e b u t the s pl i t o fr e p l a c e me nt r a t e o f50 wa s l a r g e s t Thi s s ho we d t h a t the o p t i mu m r e p l a c e me n t r a t i o o f the man u f a c t u r e d s a n d b y ma s s t o the n a t ur a 1 s an d wa s 5 0 Th e a n a l y s i s s h owe d t ha t t h e fitt i ng r e l a t i o ns be t we e n s p l i t a n d c o mp r e s s i v e s tr e n gth wa s d i ff e r e n t wi th that o f o r d i n a r y c o n c r e t e a n d the v a l u e o f the o r d i n a r y c o n c r Ne e q u a t i o n wa s s ma l l e r Ke y w or ds： ma n uf a c t u r e d s an d； c o nc r e t e； s p l i t s tre ng t h 随着可利用 的天然砂资源越来越少 ， 越来越不能满足 基建规模 的需求 ， 利用广泛分布岩石 和矿渣生产机制砂代 替天然砂 ， 正 日益受到重视 。 劈裂强度是混凝土的一项重要力学性能 ， 机制砂混凝 土 的劈裂强度指标对机制砂混凝土的推广应用具有重要 的决定作用。 目前 ， 针对机制砂 昆 凝土劈裂强度 的研究较少 ， 主要 偏重于单一替代率下 7 、 2 8 d的劈裂抗拉强度的研究 ， 如李 溪 1 通过对 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0的河砂和机制砂劈 裂抗拉 强度 的对比研究得出 ， 在水灰 比相 同的情况下， 机制砂混凝土劈 裂抗 拉强度优于河砂 混凝土 ； 张剑 波嘲 等通 过对 3 、 7 、 2 8 、 6 0 、 9 0 d 的天然中砂和混合砂( 河砂与机制砂混合 ) 混凝土劈 裂抗拉强度的对 比研究 ， 发现混合砂混凝土与天然 中砂混 凝 土劈裂抗拉强度发展随着龄期的延长呈增长趋势 ； 肖保 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 5 - 2 2 基金 项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 0 5 7 8 1 4 8 ) 5 0 怀回 等通过天然砂和机制砂各按 5 0 混合配制的对 C 5 0 C 8 0 的劈裂抗拉强度的对 比研究得 出， 混凝土的强度等级越高 ， 劈裂抗拉强度越 大。 本试验 以 C 5 0 混凝土为研究对象 ， 主要研究天然砂被 机制砂所替代的情况下混凝土的劈裂抗拉强度的变化特 I生， 机制砂对天然砂的替代率分别为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 。 1 机制砂混凝 土配合 比设 计 通过对试 验和工地 实际使用相结 合 ， 配制 出最 佳的 C 5 0天然砂 混凝 土配合 比， 然后 以该 配合 比为基础 ， 在水 泥用量 、 碎石用量 、 减水剂用 量以及水灰 比均保 持不变的 情况下 ， 以机制砂分别 以 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 I 1 0 0 替代天 然砂 ， 来确定机制砂混凝土 的配合 比。 2 机 制砂 混凝土试块 的破坏 形 态 劈 裂抗拉强度 按 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 ( 普通 混凝土力 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学性 能试 验方 法标准 进行 检 验 ， 试块 尺寸 为 1 0 0 mm 1 0 0 m mx 1 0 0 m m。 机制砂试块的破坏形态与普通混凝土相 似在上下砧板之间出现纵 向裂缝并逐渐贯通而破坏 ， 但 是 机制砂混凝土开裂 的稍晚 ， 一旦 出现就快速破坏并伴有较 大的声响 ， 表现较大的脆性。 图 1 机 制砂 混凝 土 的典型 破坏 形态 3试验 结果与讨论 不同龄期和不同替代率的混凝土劈裂抗拉强度见表 1 ： 表 1 不同替代率混凝土的劈裂抗拉强度 通过 以上数据 的比较 ， 绘制出劈裂抗拉强 度强度 一 替 代率关系曲线如图 2 、 3 ， 分析可得以下结论 ： ( 1 ) 机制砂混凝土的劈裂抗拉强度大 于天然砂混凝土 的劈裂抗 拉强度 。 这主要 因为机制砂改善 了砂与集料界 面 的结构 ， 提高了机制砂混凝土 的密实度和集料间的机械 咬 合力 ： 其一 ， 机制砂表面新鲜没有风化层 ， 且棱角丰富 。 导 致机制砂混凝土 的孔隙率小 ； 其二 ， 机制砂含泥量很小 ， 机 龄期 d 图 2劈裂强度一 龄期关系曲线 替代 翠 ， 图 3 劈裂强度一 替代率关系曲线 制砂中低强度的轻物质含量较天然砂低 ； 其三 ， 机制砂 中 含有 的石 粉弥补 了集 料细粒含量偏 小 的缺 陷 ， 有效 填充 了骨料间的空隙 ， 使孑 L 隙率减少 ， 改善混凝土 的孔隙结构 ， 混凝土更加密实 ， 进而特征 。 而且石粉含有较多有活性的 S i O 和 A l 2 0 易与水泥水化释 放出的 C a ( O H) ： 反应 生成 稳定 的硅酸钙水化物凝胶及水化铝酸钙 ， 有利于混凝土界 面的黏结 。 ( 2 ) 随着龄期的增大 ， 混凝土的劈裂抗拉强度呈现增 大的趋势。 ( 3 ) 随着替代率的增大 ， 机制砂混凝土 的劈裂抗拉强 度呈现增大的趋势 ， 但是替代率为 5 0 的机制砂混凝土 的劈裂抗拉强度均大于其他替代率 的混凝土的劈裂抗拉 强度。 这说明 ： 机制砂与天然砂 的比例存在着一个最佳掺 量 ， 在这个最佳掺量范 围内， 混凝土 的拌合物不但具有 良 好的施工和易性 ， 而且硬化后 的混凝 土具有较高的强度和 耐久性 5 】 4 劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系 混凝 土相 关规范 中把普通混凝 土的劈裂抗拉强度 与抗压强度 的关系一般表示为嘲 ： 0 1 9 f 3 u4 ( 1 ) 由式( 1 ) 计算 出的劈裂抗拉强度 见表 2 ， 通过 与试验 值 比较发现式( 1 ) 计算值偏小 ， 因此 ， 式( 1 ) 不 能较准确 的 反应机制砂 混凝土劈裂抗拉强度与抗 压强度 的关 系。 通过 对试 验数据的整理 、 分析和 比较 ， 拟合 出机制砂 昆 凝土劈 裂抗拉强度 与抗压强度 的关系如下 ： A= o 1 9 x ( 1 + 0 1 2 ) l厂 ( 2 ) 式中： 机制砂的替代率。 由式( 2 ) 计算 出的劈裂抗拉强 度见表 2中的式 ( 2 ) 计 算值 。 通过表 2中的数值分析 比较 ， 发现公 式( 2 ) 计算 的结 果能较好的拟合机制砂混凝土劈裂抗拉强度的试验值 。 5结论 ( 1 ) 机制砂混凝土的劈裂抗拉强度大于普通混凝 土的 劈裂抗拉强度 。 与普通混凝土相似 随着龄期 的增大 ， 机制 砂混凝土的劈裂抗拉强度呈现增大的趋势 。 随着替代率 的 增大 ， 机制砂混凝土 的劈裂抗拉强度呈现增大 的趋势 ， 且 机制砂与天然砂的 比例存在着一个最佳掺量。 51 B d 醴 躲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 混凝土的劈裂抗拉强度 MP a ( 2 ) 制砂混凝土 的劈裂抗拉强度与抗压强度之问的拟 合关 系用普通混凝 土的拟合方 程计算值偏 小 。 结 合本研 究 ， 推荐机制砂混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度拟合方程 为A= 0 1 9 x ( 1 + 0 1 ) ， 。 参考文献 ： 【 1 】 李溪 浒泊机制砂与河砂混凝土力学性能的对比研究f J 1 山西建 筑 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 8 ) ： 1 1 2 1 1 3 2 1张剑波， 杨长辉 ， 胡善铨， 等 混合砂混凝土性能研究【 J 重庆建 筑大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 3 ) ： 8 7 9 0 3 肖保怀 ， 姜涵 ， 宋留强 机制砂及矿渣微粉配制 C 5 0 C 8 0 高性能 上接第 4 6页 ( 2 ) 预测 了带蒙皮 F R P格栅混凝 土板可能 出现 的三 种破坏模式 ： a 混凝 土受压破坏( I 型破 坏 ) ； b F R P蒙皮受 拉破坏 ( I I 型破坏 ) ； c 界限破坏( I I I 型破坏 ) 。 ( 3 ) 针对不 同的破坏模式 ， 推导 出了构件相应 的抗弯 极限承载力计算公式 ， 为今后该类型板件受弯性能的深入 研究提供 了理论 支撑和公式参考 。 参 考 文献 ： 1 】陈丽金 昆凝土结构钢筋腐蚀的产生、 危害与修复技术f J 1 中国 建材科技 ， 2 0 0 3 ( 1 ) 【 2 】 徐新生 ， 郑永峰F R P筋力学性能试验研 究及混杂效应分析【 J J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ( 6 ) 【 3 】 赵德芳， 李昶， 刘忾 F R P 格栅加筋混凝土梁试验研究 J 山东交 通学院学报 ， 2 0 1 2 ( 2 ) 【 4 黄金 ， 姚立宁 ， 何军拥碳纤维格栅混凝土抗弯性能研究【 J J 河南 科学 ， 2 0 0 2 ( 6 ) 上接第 4 9页 的表达式 ， 混凝土强度等级与损伤加速度的换算 系数 麟 和 损 伤速度 的换算 系数 K 、 ， 呈指数函数关系 ， 可通过换算 系 数和干湿循环试验数据来预测干湿循环 的相对动弹模量。 参考文献： 【 1 NE V I L L E A T h e c o n f u s e d w o d d o f s u l f a t e a t t a c k o n c o n c r e t e J C e m e n t C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 8 ) ： 1 2 7 5 1 2 9 6 【 2 】HE KA L E E， K I S HAR E， MO S T AF A H Ma g n e s i u m s u l f a t e a t t a c k o n h a r d e n e d b l e n d e d c e me n t p a s t e s u n d e r d i f f e r e n t c i r c u ms t a n c e s J C e m e n t C o n c r e t e R e s e a r c h 2 0 0 2 ， 3 2 ( 9 ) ： 1 4 2 1 1 4 2 7 【 3 金祖权， 孙伟， 张云升 混凝土在硫酸盐、 氯盐溶液中的损伤过 程U 1 硅酸盐学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 5 ) ： 6 3 0 6 3 5 【 4 金祖权， 孙伟， 赵铁军， 等0 昆 凝土在硫酸盐一 氯盐环境下的损伤 失效研究 【 J 1 东南大学 学报 ： 自然 科学版 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( I I ) 增刊 ： 2 0 0 -2 0 4 【 5 】余红发盐湖地区高性能混凝土的耐久性、 机理与使用寿命预 、 I 方法 O 1 南京 ： 东南大学材料科学与工程学院 ， 2 0 0 4 5 2 混凝土研究f J 1 混凝土， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 5 4 5 5 4 徐健 ， 蔡基伟 ， 王稷良， 等 人工砂与人工砂混凝土的研究现状 I J l 国外建材科技， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 0 2 4 【 5 】江京平 机制砂超缓凝 H P C的研 制与 工程应 用 J 1 施工技术 2 0 0 1 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 8 1 9 【 6 】 周静海 ， 何海进 ， 孟宪宏 ， 等 再生混凝土基本力学性能试验【 J 】 沈阳建筑大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 3 ) ： 4 6 4 4 6 8 作者简介： 何盛东( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 结构工程博士， 讲师。 联系地址： B O * I 航空工业管理学院土木建筑工程学院( 4 5 0 0 0 1 ) 联系电话 ： 1 3 5 2 6 5 5 2 7 8 6 5 】ZHA NG B u r o n g ， e t a1 B e h a v i o u r o f o n e w a y c o n c r e t e s l a b s r e i n f o r c e d wi t h C F R P d r e i n f o r c e me n t s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 4 ， 1 8 ( 8 ) ： 6 2 5 6 3 5 6 M a t t h y s S t U n ， T a e r w e L u c C o n c r e t e s l a b s r e i n f o r c e d w i t h f r p g r i d s I ： o n e w a y b e n d i n g j o u rual o f c o mp o s i t e s f o r c o n s t r u c t i o n， 2 0 0 0， 4 ( 3 ) ： 1 4 5 1 5 2 7 黄建平 模塑玻璃钢格栅综述 J J 玻t g 复合材料 ， 1 9 9 6 ( 5 ) 8 黄建平模塑玻璃钢格栅发展趋势 J 1 _玻t N N 复合材料， 1 9 9 8 ( 4 ) 【 9 黄龙男 ， 葛兆明 玻璃钢格栅及其增强混凝土lJ 1 混凝土， 1 9 9 7 ( 1 ) 【 1 0 过镇海 ， 时旭东钢筋混凝土原理和分析【 M 2 0 0 3 作者简介 ： 欧阳懿桢( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 ， 研究方 向： 主要 从事复合材料结构 方向的研究 。 联 系地址 ： 江苏南京 浦口区浦珠 南路 3 O号 南京 工业大 学土 木 工程学院 ( 2 1 1 8 1 6 ) 联系电话 ： 1 5 9 5 1 6 7 4 6 9 9 6 余红发 ， 孙伟 ， 李美丹 荷载对混凝土在腐蚀冻融作用下强度的 影Ill J 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 2 ) ： 2 9 7 3 0 1 【 7 余红发 ， 孙伟 ， 屈武 ， 等 盐 湖地区的环境条件与混凝土和钢筋 混凝土结构的耐久性 J 1 工业建筑， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 3 ) ： 1 4 【 8 YU HONG F A， S UN WEI ， ZHA NG YUN S H EN G， e t a1Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o t h e c o mb i n e d a c t i o n s o f fl e x u r al s t r e s s ， fr e e z e -t h a w c y c l e s a n d b i t t e r n s o l u t i o n s J J o u r n a l of Wu h a n Un i - v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ， 2 3 ( 6 ) ： 8 9 3 9 0 0 9 】 张云清 ， 余红发 ， 孙伟 ， 等 M g S O 腐蚀环境作用下混凝士的抗冻 ； IVt J 建筑材料学报 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 6 9 8 7 0 2 【 1 0 张立明 ， 余红发 ， 何忠茂 盐湖地区混凝土的氯离子扩散性l J l _ 中 南大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ， 4 2 ( 6 ) ： 1 7 5 2 1 7 5 5 作者简介： 联系地址 ： 联 系电话 ： 李长成( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 副教授 ， 研究方向 ： 桥 梁结构及 耐久性。 吉林交通职业技术学院( 1 3 0 0 2 1 ) 1 30 3 91 48 8 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m