泡沫混凝土人工引入孔结构分形特征研究.pdf

王雨华等 ： 泡沫混凝土人工引入孔结构分形特征研 究 DOI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 1 0 0 0 1 泡沫混凝 土人工引入孔结构 分形特征研究 王雨华 ， 杨 ( 辽宁建筑职业学院 。 帆 ， 韩古 月 辽宁辽阳1 1 1 0 0 0 ) 【 摘要】 泡沫混凝土具有 良 好的热工性能和隔音轻质等特性 ， 人工引入大量气泡， 并令其均匀分布。根据 分形理论， 泡沫混凝土近似为具有分形结构的空间载体， 分析其人工引入孔结构 的分形特征 ， 研究孑 L 隙分布的复 杂程度， 并引入孔隙分布分形维数 D， 得出分形孔隙率的公式。 【 关键词】 泡沫混凝土； 分形； 孔结构 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 1 0 3 RES E ARCH oN THE FRACTAL CHARACTERI S T I C oF ART I F I CAL I NTRoDUCTI oN oF PoRE S TRUCTURE oF F oAM ED CoNCRET E W ANG Yu h ua， YANG Fa n，HAN Gu y u e ( L i a o n i n g J i a n z h u V o c a t i o n a l U n i v e r s i t y ， L i a o n i n g L i a o y a n g 1 1 1 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：F o a me d c o n c r e t e h a s a g o o d t h e r ma l p e r f o rm a n c e a n d s o u n d i n s u l a t i o n o f l i g h t we i g h t c h a r a c t e ris t i c s F o a m c o n c r e t e ma k e s b e t t e r p e rf o rm a n c e b y t h e i n t r o d u c t i o n o f a l a r g e n u mb e r o f u n i - f o rm l y d i s t ri b u t e d a r t i fi c i a l p o r e We w i l l r e s e a r c h o n t h e p o r e s t r u c t u r e w i t h f r a c t a l s i n t h i s p a p e r S u p p o s e t h e f o a me d c o n c r e t e i s a f r a c t a l s t r u c t u r e a s t h e c a r r i e r t h e n s t u d y o n f r a c t a l p o r e s t ruc t u r e We a n a - l y z e p o r e S c o mp l e x i t y a n d i n t r o d u c e t h e p o r e f r a c t a l d i me n s i o n D，a n d d r a w t h e f o rm u l a o f p o r o s i t y Ke y wo r d s： f o a me d c o nc r e t e；f r a c t a l s ；po r e s t ruc t ur e 泡沫混凝土是通过物理方法向水泥净浆或砂浆 中引入气孔 ， 经均匀混合、 成型、 养护后形成的一种水 泥基多孔材料。气孔的孔径分布对泡沫混凝土的强度 及抗渗性影响很大 ， P K Me h t a 试验表 明： 孔径 1 3 2 1 m的孔不影响混凝土强度 和抗渗性。Wi t t m a n n 的试验表 明 ： 材料强 度 主要 取决 于混凝 土细 观和宏 观 结构上 的特征 。 泡沫混凝土的孔结构分布无序、 形状各异 ， 在孔 型 、 面积体积等尺 度上都 体现 出分形 的特 征 。因此可 以将泡沫混凝土假定为具有分型结构的空间载体 ， 进 而分析其孔隙的分形特征 ， 研究其孔结构的复杂程度 及对孔 隙率 的影 响。 1 具有 分形结构 的泡沫混凝土孔结构 ( 1 ) 分形。1 9 7 6年美 国教授 B e n o i t M a n d e l b r o t 首次提出分形学 ， 分形理论研究对象的最基本特征是 自相似性和标度不变。用分形维数定量表征这两种分 形性质 。 ( 2 ) 泡沫混凝土孔结 构。课题组 拍摄 泡泡沫 混 凝土断面的气孔结构见图 1 ( a ) 。经过图形软件处理 后 ， 如 图 1 ( b ) 。可 以清晰 的看到泡 沫混凝 土内部 的气 孔具有明显的自相似性 ， 具有分形特征。测定分析气 孔的分布分形维数， 确定其分形特征。 鬻 图1 泡沫混凝土断面气孔结构 盒维数由于其数学计算及经验估计 比较容易一 些 因此应用最广泛 。盒维数是用一系列尺度相 同的盒 子( 尺寸为 全部覆盖对象， 当尺寸6趋于零时， 盒子 的个数 的对数 l n N与尺寸倒 数对数 I n ( 1 ) 之 比。所 以盒维数也就是盒子个数 N增加的对数速率 。 利用盒维数的定义 ， 可以将边长为 的正方形将 泡沫混凝土断面气孔结构的图像分割成规格为( L 8 ) X( L 8 ) 的正交网格， 设含有孔隙的网格总数为 ， 如 果改变 6 ， 则得到一系列相应的值 ( 6 ) ， 将其绘于双 对数坐标系中， l n 8 一 l n N( 8 ) 对应关系即可直观地确定 基金项目 辽宁省教育厅科学研究一般项目( L 2 0 1 3 5 2 3 ， L 2 0 1 4 5 8 4 ) 周栋等 ： 粉煤灰对橡胶再生混凝土性 能的影 响 3 DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 1 0 0 0 2 粉煤灰对橡胶再 生混凝土性能的影响 周栋 ， 朱正祺 ， 郑昌林 ， 王锦程 ， 陈昱锦 ( 宿迁 学院建筑工程系， 江苏宿迁2 2 3 8 0 0) 【 摘要】 在橡胶再生混凝土中掺加不同质量的粉煤灰， 通过试验研究了粉煤灰掺量对橡胶再生混凝土和 易性和立方体抗压强度的影响规律。结果表明： 随着粉煤灰掺量的增加， 橡胶再生混凝土的坍落度逐渐增大 ， 并 且表现出良好的粘聚性和保水性 ， 但立方体抗压强度不断降低， 不过随着混凝土养护龄期的增大， 粉煤灰二次水 化反应随之进行， 橡胶再生混凝土的立方体抗压强度又有不同程度的提高。 【 关键词】 粉煤灰； 橡胶再生混凝土； 和易性 ； 立方体抗压强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 3 0 2 橡胶再生混凝土是将橡胶粒( 粉) 掺人再生混凝土中制 备而成的新型复合材料 ， 既能处理大量 的废弃混凝土和废 旧橡胶 ， 解决天然骨料供应紧缺和环境污染等难题 ， 又能改 善混凝土的延性、 抗裂、 抗渗、 抗冻、 减震和保温隔热等性 能， 是发展绿色生态混凝土的主要措施 ， 具有显著的经济和 社会效应。粉煤灰是火力发电厂排出的燃料渣 ， 将其等 量或超量取代水泥掺入混凝土中， 不仅可以节约大量的资 源和成本， 减轻环境负荷， 而且可以提高混凝土的和易性和 密实度， 改善其力学 性能和耐 久性， 具有 广阔的应用 前 景 。然而， 目前关于粉煤灰对橡胶再生混凝土性能影响 的研究极少， 制约了其推广应用。基于和易性和强度是影 响橡胶再生混凝土结构施工质量和安全性 的关键因素， 文 中制备了8组橡胶再生混凝土试块 ， 研究了粉煤灰掺量对其 和易性和立方体抗压强度的影响规律。 1 试 验概况 ( 1 ) 试验材料。水泥： 宿迁“ 项王” 牌 P 0 4 2 5水泥 ； 砂： 细度模数 2 4 6 、 I I 区级配的普通河砂， 表观密度 2 5 7 0 k g m ， 含水率 5 ； 天然粗骨料： 5 2 0 ram连续级配的碎石 ， 含 水率0 1 ； 再生粗骨料 ： 原生强度 C 2 5废弃混凝土经破碎、 清洗 、 分级后形成的5 2 0 ram连续级配的碎石， 有效吸水率 4 ； 橡胶粒： 8 3 0目橡胶粒 ， 表观密度 1 1 2 5 k g m ； 橡胶粒 改性剂： 硅烷偶联剂 K H一5 5 0； 粉煤灰： I 级粉煤灰。 ( 2 ) 橡胶粒改性方式。采用硅烷偶联剂 K H一5 5 0对 橡胶粒表面进行改性 ， 以降低橡胶再生混凝土强度 的下降 幅度 。具体步骤如下： 称取橡胶粒质量 1 5 的硅烷偶联 剂 K H一5 5 0， 按 K H一5 5 0 ： 乙醇： 水 =2 0 ： 7 2 ： 8 的比例 混合配制偶联剂溶液， 然后将橡胶粒与偶联剂溶液充分搅 拌均匀润湿， 最后放在阴凉处直至颗粒表面完全干燥。 ( 3 ) 混凝土配合 比设计。采用再生粗骨料等质量取 代碎石， 掺量为 2 0 ； 橡胶粒等体积取代砂， 掺量为 1 0 、 2 0 ； 粉煤 灰等质 量取代 水泥， 掺 量为 O 、 1 5 、 3 0 、 4 5 ； 拌合水用 4 再生粗骨料质量的附加水予以补偿。设 计 8组橡胶再生混凝土试块， 每组 6个， 其中3个用于测定 2 8 d立方体抗压强度、 3个用于测定 6 0 d立方体抗压强度。 配合比见表 1 ， 表中R R C代表橡胶再生混凝土； m代表橡胶 粒掺量， ； n代表粉煤灰掺量， 。 表 1 橡胶再 生混凝土配合比 k g m ( 4 ) 试验方法。橡胶再生混凝土采用机械拌合。将 各材料放入搅拌机中， 干拌 6 0 s ， 徐徐加人水 ， 再拌合 1 2 0 s ， 倒出拌合物， 参照 G B T 5 0 0 8 02 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性 基金项目 江苏省大学生创新创业训练计划项目( 2 0 1 5 1 2 4 1 6 0 0 0 7 Y) 参考文献 1 P K Me h t a Ha r d e n e d c e me n t p a s t e Mi c r o s t r u c t u r e a n d i t s r e l a t i o n s h i p to p r o p e r t i e s Z P r o c e e d i n g s o f 8 t h I C C C 2 F H Wi t t ma n n S t r u c t u r e of c o n c ret e w i t h r e s p e c t to c r a c k f o r m a t i o n I n ：F r a c t u re M e c h a n i c s of C o n c re t e Z N e t h e rl a n d s ： E l s e v i e r S c i e n c e P u b l i s h e r s 1 9 8 9： 4 3 7 4 3 唐明， 杨帆， 陈哲 水泥基材料混沌分形特征与耐久性 J 混 凝 土 ， 2 0 1 0 ， 6 ： l一 5 收稿 日期】 2 0 1 5 0 61 8 作者简介】 王雨华 ( 1 9 6 0一) ， 男 ， 辽宁朝 阳人 ， 教授 ， 主要 研 究 方向 ： 新 型建筑材料研发 。