实验室测定脱硫石膏基混凝土的抗拉强度.pdf

四川建筑科学研究 第 卷第 期 年 月 收稿日期： 作者简介： 李冠豪（ ） ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 地下结构工 程。 ： 实验室测定脱硫石膏基混凝土的抗拉强度 李冠豪， 李琳 （ 安徽理工大学土木建筑学院， 安徽 淮南 ） 摘要： 采用劈拉法、 巴西实验法和套筒致裂法对改性脱硫石膏基混凝土抗拉强度进行了系统的测试， 系统地分析 了这种材料抗拉强度值的分布特征， 评价了不同试验方法得出的抗拉强度的差异性， 为这种节能环保材料的抗拉 强度指标在建筑工程中的应用提供了科学依据。 关键词： 劈拉法； 巴西实验法； 套筒致裂法； 改性脱硫石膏基混凝土； 抗拉强度 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） ， （ ， ， ， ） ： ， ， ， ： ； ； ； ； 前言 烟气脱硫石膏（ ） 是对含硫燃料 （ 煤、 油等） 燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而 得到的工业副产石膏。我国电力工业以消耗煤炭的 火力发电为主， 目前二氧化硫的排放量已居世界首 位。为解决工业废气造成的环境污染， 国内越来越 多的发电企业采用湿式石灰石 石膏法进行烟气脱 硫， 每年由此产生 万吨脱硫石膏， 已成为继粉 煤灰后的第二大固体废弃物。煤电厂对脱硫石膏的 处理大部分以堆放为主， 国内很多企业正开展工业 副产石膏的综合利用研究工作， 以解决其对生态环 境的污染问题 。 将改性脱硫石膏粉状母料作为水泥的替代物应 用于建筑结构中， 抗拉强度是评价其力学性质的重 要指标之一， 经试验测定， 这种材料的抗拉强度远小 于其抗压强度 （ 一般为抗压强度的 倍） ， 故在受载不大时就有可能出现拉伸破坏。因 此， 它在工程应用方面有着重要的意义。本文将在 试验的基础上对改性脱硫石膏基混凝土的抗拉性能 进行探讨。 试验概况 劈拉法 劈裂法采用立方体试件， 试件尺寸为 的立方体， 在劈裂抗拉试验中采 用宽度为 的丁字形钢板作为垫条， 立方体试 件的劈裂抗拉强度按下式计算： （ ） 式中 混凝土劈裂抗拉强度（ ） ； 最大荷载（ ） ； 试件劈裂面面积（ ） 。 巴西实验法 巴西实验法采用圆柱体试件， 试件直径为 ， 高度与直径之比为 左右。试件高度应 大于最大颗粒粒径的 倍。实验主要设备是材料 实验机、 夹具和游标卡尺。通过试件直径的两端， 沿 轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线， 把试 件放入夹具内， 夹具上下刀刃对准加载基线， 放入实 图 石膏基混凝土抗劈拉断面 验机的上下承压板之间， 使试件的中心线和实验机 的中心线在一条直线上。本实验采用位移、 荷载转 换自动控制， 即先用位移控制， 实验中选择 的速率和恒定 的荷载加载， 等符合 某一要求（ 荷载达到要求或位移达到要求） 即停止 加载， 再转换为 和 的荷载、 位移控 制。直到试件破坏， 记录相关曲线， 求出抗拉强 度 。 （ ） 式中 岩石单向抗拉强度， ； 试件破坏载荷， ； 试件直径， ； 试件厚度， 。 图 石膏基混凝土巴西实验法劈拉断面 套筒致裂法 选择一块待测的试块， 垂直于端面钻一直径为 的圆孔。对于试样中心孔受均匀内压作用问 题， 可以根据弹性力学理论把它简化为厚壁圆筒问 题， 见图 。将圆孔中心至外界的最小垂直距离看 作是厚壁圆筒外半径 ， 而圆孔的半径看作厚壁圆 筒内半径 ， 其截面上任一点的应力分量根据边界 条件为： 径向应力： （ ） （ ） （ ） 切向应力： （ ） （ ） （ ） 试件的应力分布（ 图 ） 表明， 孔壁处切向应力 最大， 当圆孔受内压作用达到破坏时， 张性裂缝也是 由孔壁开始向外扩展的。因此， 试块的破坏是因孔 壁处的切向应力达到试件抗拉强度时产生的 ， 即 （ ） （ ） （ ） 式中 破裂压力； 试件的抗拉强度。 图 厚壁圆筒的应力分布 由此可见， 通过测试试件破裂时的内压力值即 可得到试件的抗拉强度值 。 图 石膏基混凝土套筒致裂法劈拉断面 李冠豪， 等： 实验室测定脱硫石膏基混凝土的抗拉强度 实验结果及分析 套筒致裂法所测的抗拉强度较大， 对比这种套 筒致裂抗拉强度与劈拉法和巴西实验法抗拉强度 值， 以 的抗拉强度值为准分析， 套筒致裂法的 抗拉强度是劈拉法的 倍， 是巴西实验法的 倍。 表 给出了三种实验方法所测得的数值。 表 抗拉强度 龄期 劈拉法 巴西实验法 套筒致裂法 图 抗拉强度随龄期的变化规律 结果及分析： ） 随着养护龄期的增加， 三种方法所测得的抗 拉强度逐步增加。 ） 用套筒致裂法所测试件的抗拉强度要远远 大于用巴西实验法和劈拉法所测的抗拉强度值。 ） 在套筒致裂法测试原理的推导过程中， 一直 把材料视为各向同性、 均质的线弹性体 ， 然而事 实上岩石、 混凝土类的拉伸弹性模量与压缩弹性模 量不等， 改性脱硫石膏这种材料拉伸弹性模量要远 远小于压缩弹性模量， 材料的拉伸和压缩弹模比也 是影响破裂压力的主要因素。通常情况下， 利用式 （ ） 得出的抗拉强度值要比劈裂抗拉强度高很多， 这与理论公式推导过程中的理论简化失真相关。 结论 ） 对于巴西实验法， 试验过程中， 逐渐增大压 力直到试样沿该直径平面裂开， 测读破坏时的最大 压力（ ） ， 并由弹性理论所推导的公式近似计算 抗拉强度， 但是通常的实际加载条件下， 破裂起点并 不在圆盘的中心。根据实验观察， 对于测定抗拉强 度来说， 劈裂法实验是没有根据的。根据弹性力学 原理， 在两加荷点影响区以外， 利用弹性解来分析试 件劈裂机制应该是有效的。如果加载过程中试件的 破断裂隙首先出现在圆盘中心， 则说明该实验方法 是可以测量抗拉强度的。但实验观察破断始于加荷 点附近， 两者相互矛盾。这就对该实验方法测得的 数值产生了怀疑。 ） 用套筒致裂法进行试件的抗拉强度测试，具 有测量结果的离散度小、 实验设备简单、 测试周期 短、 方法易掌握等优点。因此，有必要寻找套筒致 裂抗拉强度测量值与材料实际抗拉强度之间的关 系。 ） 改性脱硫石膏基混凝土要更广泛和更安全 的应用在建筑工程中， 还需要对其他的力学特性进 行试验探讨。这些试验将会对脱硫石膏的处理和利 用开辟一条新途径。 参 考 文 献： 张方， 马彦涛， 胡将军 国内外火电厂烟气脱硫石膏的特点 利用及处置 粉煤灰综合利用， （ ） ： 姜福田 混凝土抗拉强度测定中的几个问题 水力发电， （ ） ： 徐燕飞， 赵伏军， 等 不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应 矿业工程研究， （ ） ： 吴基文 煤块抗拉强度的套筒致裂法实验室测定 煤田地 质与勘探， （ ） ： 吴基文， 阎立宏 煤岩抗拉强度两种室内间接测定方法比较 岩石力学与工程学报， （ ） ： 魏善斌， 鱺万禧 岩石试件抗拉强度的套筒致裂法试验研究 西安矿业学院院报， （ ） ： 邓峰， 王静 岩石抗拉强度测定方法探讨 企业技术开 发， （ ） 钊万禧， 林玉印， 魏善斌 不规则岩石试件抗拉强度的套筒致 裂试验研究 中国矿业大学学报， （ ） ： 四川建筑科学研究第 卷