再生陶瓷粗骨料混凝土碳化后力学性能试验研究.pdf

第 4 5卷 第 1 2期 2 0 1 4 年 6 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 45， No 1 2 J u n e ，2 0 1 4 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 4 ) 1 2 0 0 8 9 0 4 再生陶瓷粗骨料混凝土碳化后 力学性能试验研究 刘 洋 ， 曾 志 兴。 ， 万 超4 ， 王 刚 ， 蔡 国 军 ( 1 成都理工大学 地质灾害 防治与地质环境保护 国家重 点实验 室， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ； 2 重庆大 学 土木 工 程学院 ， 重庆 4 0 0 0 4 4 ； 3 华侨大 学 土木工程学院 ， 福建 泉州 3 6 2 0 2 1 ； 4 深圳市华 阳国际工程设计有 限公 司 ， 广东 深圳 5 1 8 0 3 8 ) 摘 要： 利用再生陶 瓷粗 骨 料 以 0 ， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 0 等 质 量 替代 天然 粗 骨料 ， 配 制 再 生 陶瓷 混凝 土 ( R C A C) 试块进行碳 化后的力学性能试验。研 究表 明： 抗 压强度 随碳 化 时间小 幅度增加 ， 破 坏形 态和 未碳化 试件 类似 ； 劈裂抗拉强度随 着碳化 时间延 长而增加 ， 抗折强度 随着碳化龄期 先减后 增。随后根据试验 数据 并 结 合相 关 文 献 ， 利 用统 计 回 归的 方 法给 出 了劈 拉 强度 及 抗 折 强度 的预 测公 式 。 关键词 ： 碳化 ；力学性 能；统计回归 ； 再 生陶瓷混凝土 中图法分类 号：T V 4 3 文献标 志码 ： A 利用废 弃 陶瓷作 为 混 凝 土 骨料 配 置 再 生 混凝 土 ， 可 以有效减 少环 境 污染 ， 具 有 较 好 的 经 济效 益 及 社 会 效 益 。 目前 ， 关 于再 生 陶 瓷混 凝 土 及 其 耐久 性 的研 究 较 少 ， 碳 化作 为衡 量 耐久性 的重 要指标 之 一 ， 能够很 好 地 反 映混凝 土材 料性 能 、 物相 结 构 和 化学 组 分 等 变 化 与大气 环境 及 时间 的关 系 。因此 ， 探讨 再 生 陶瓷 混 凝 土碳 化后 的物理 、 力学 性 能变化 规律 很有 必要 。 1 试验 概况 1 1试验原料及方法 再生 陶瓷粗 骨 料 取 废 弃 建 筑 陶 瓷 ， 粒 径 为 5 2 0 m m， 表 观 密 度 为2 3 8 0 k g m ，堆 积 密 度 为 1 2 1 0 k g m ， 空 隙率 为 4 9 ， 。 为 4 5 ， 压 碎 指 标 为 7 3 ， 2 4 h对应 的吸水率为 2 5 9 3 。天然粗骨料 为粒 径 52 0 mm 的连 续 级 配 碎石 ； 细 骨料 为 天 然 河 砂 ， 细 度模 数为 2 4 4 ， 含水 率为 1 9 5 ； 水 泥采 用 4 2 5 MP a普通硅 酸 盐水泥 ； 水 为 自来水 ， 水水 灰 比为 0 5 5 。 具体 配合 比见 表 1 ( N C为普 通混 凝土 ， R C后 面百 分 数 为再 生粗 骨料 取代率 ) 。 试验方法参照文献 1 ， 碳化后抗压、 劈拉强度试 验采 用标 准立 方体试 块 ； 抗折 强度试 验采 用 1 0 0 m m X 1 0 0 m m 4 0 0 m m试 块 。 表 1 再 生陶瓷 骨料 取代 天然骨料的混凝土配合比 kg m 1 2扫描 电镜 ( S E M) 分析 对碳 化后 的再 生 陶 瓷 混 凝 土 表 层 颗 粒 进 行 S E M 分 析 ， 结 果见 图 1 。 由图可知 ， 碳化 前 后 砂 浆存 在 明显 区别 ， 碳 化 后 表 层 砂 浆 C a ( O H) 转 化 为 颗 粒 状 C a C O ， 包括 不稳 定 的文石 ( 一C a C O ) 和球 型 的方 解 石 ( 0 【 一C a C O ) ， 如 图 1 ( b ) 中砂 浆表 面 网状物 质所 示 。 2 力学性能试验 2 1 立方体抗压 强度试 验 立方体试块被破坏时较难形成对顶锥形体 ， 且随 着 再生 骨料 取代 率 的增加 趋于 显著 。试块 受压 破坏 面 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 31 3 基金项 目： 国家 自然科 学基金 面上项 目( 4 1 1 7 2 3 2 7 ) ； 国家 自然科 学青年基金 ( 4 1 2 0 2 2 0 9 ) 作者简介 ： 刘 洋 ， 男， 助教 ， 博士研究生 ， 主要从 事混凝 土耐久性 方面的研 究。Em a i l ： y l b h u 1 6 3 e o m 第 1 2期 刘 洋， 等 ： 再生陶瓷粗骨料混凝土碳 化后力学性能试验研究 9 1 缝 ， 裂缝 一旦 出现 就迅 速发 展 ， 试 件属 脆性破 坏 。 图 5 劈 裂 抗 拉 强 度 与 抗 压 强 度 的 关 系 2 3 1 试验 结 果 与 分析 再 生 陶瓷混凝 土碳 化 前 标 准 2 8 d抗 折 强度 分 别 为 ： N C， 4 O 0 MP a ； R C 2 5 ， 4 0 6 MP a ； R C 5 0 ， 4 1 0 M P a ； R C 7 5 ， 4 0 4 MP a ； R C 1 0 0 ， 3 8 0 MP a 。碳 化 后 抗折 强度 试验 结 果 见 图 6 ( 数 据 已考 虑 界 面 尺 寸 系 数 ) 。 由图可知 ， 经过 3 d碳化 后再 生 陶瓷混 凝 土 的抗 折强度 较 未碳化 2 8 d强度 略有 增 加 ， 主要 原 因是 ： 碳 化试件在 6 0 q C 的环境下经4 8 h烘干后 ， 致使混凝土中 氢氧化 钙 与二氧 化碳 反应 生成水 分 的 同时产生 了不 溶 于水的碳酸钙 ， 进而填充混凝土内部的孑 L 隙， 改善了混 凝土 的力 学性 能 。 再 生 陶瓷 混 凝 土 抗 折 强 度 随 着 碳 化 龄 期 先 减 后 增 ， 前期降低速度明显高于后期增长速度 ， 曲线以 7 d 为分 界点 。 原 因 主 要 是 正 反 两 方 面 因素 相 互 作 用 影 响 ： 碳化反应生成的水分致使混凝土碳化层产生碳 化 收缩并 对核 心形 成压应 力 ， 表面碳 化层 产生 拉应 力 ， 当拉应力超过了水泥胶体 的极限拉应力 ， 就有可能在 碳化层产生微细裂缝 ， 从而降低抗 折强度 ； 碳化反 应生成的碳酸钙填充 了混凝土 内部的孔 隙， 提高了密 实性， 增强了抗折强度。碳化前期前者为主导因素， 呈 现在抗折强度降低段 ； 碳化后期后者为主导因素 ， 表现 为增加 段 。 图 6碳化龄期与碳化后抗折强度关系 2 3 2碳 化 后 抗 折 强度 预 测模 型 法 国 C E B ， 美 国 A C I 和 印度 I S 4 5 6普 通混 凝 土规 范中 州 ， 关于标准立方体抗压强度与抗折强度之 间 的公式 为 CEB： 。 ：0 8 1 以 ( 4 ) ACI ： ， = 0 5 4以 ( 5 ) I S： 4 5 6 f =0 7 以 ( 6 ) 再生 陶瓷混 凝 土碳化 后 的抗折 强度 与立 方体抗 压 强度之间的比值与再生粗集料的取代率 、 表观密度有 关 ， 基于前 文试 验数 据 ， 综合公 式 ( 4 )一( 6 ) ， 利用 统 计 回归 的方法 得到 如下关 系式 ，r=0 5 3 ( ) ( 1+雨 丽) ( 7 ) 式 中 ， ， 为抗 折强 度 ， MP a ；回归 系数 为 0 9 3 1 2 。 图 7给出 了上述 多项 公式计 算抗 折 和抗压 强度 的 关系 曲线 。 由图 7可 知 ： C E B和 I S 4 5 6公 式 计算 结 果 偏高 ， A C I 公 式结 果偏 低 ， 而 公 式 ( 7 ) 的计 算 结果 与试 验数 据较 吻合 。故 本文 建议 采用 公 式 ( 7 ) 来 预 测碳 化 后再 生 陶瓷混 凝土 的抗 折强 度 。 图 7 抗 折 强 度 与 抗 压 强 度 的 关 系 3 小 结 本 文 通过再 生 陶 瓷粗 骨 料 昆凝 土碳 化 后 抗 压 、 劈 裂抗拉、 抗折试验研究 ， 探 明了其碳化后 的力学性能 ， 提 出了相 应 的强度 预测模 型 ， 主要 结论 如下 。 ( 1 )再生 陶瓷 混凝 土碳 化后抗 压 强度 随着碳 化 时 间的增加 而增 加 ， 但 增加 幅度 较小 ， 破 坏时较 难形 成对 顶锥形体 ， 再生粗骨料处的破坏大多为骨料和水泥石 间的粘结 界 面破坏 。 ( 2 )再生 陶 瓷混凝 土碳 化后 劈裂 抗拉 强度 随着碳 化 时 间 、 碳化 深度 的增 加而 增大 ， 和普 通混 凝 土发展趋 势一致 ， 其劈拉强度预测公式为： ， = 0 1 9 f ) 1+ ( 一4 4 9 1 1 R + 9 5 3 6 1 R +0 2 7 5 5 ) ( 3 )再生 陶瓷 混凝 土碳化 后抗 折强 度 随碳化龄 期 先减 后增 ， 以 7 d为 分 界 点 ， 前 期 曲线 较 陡 ， 其 抗 折 强 92 人 民 长 江 2 0 1 4年 参考 文献 ： 1 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9普通混凝 土 长期性 能和耐 久性能试 验方 法 s 2 周 宇， 张皓 混凝土碳化后的力学性 能研 究 J 佳木斯大学学报 ， 2 0 0 5 。 2 ( 2 3 ) ： 3 1 83 2 3 3 混凝土基本力学性能试验组混凝土 的几个基本力 学指标 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 7 4 过镇海 ， 时旭 东 钢筋混凝土原 理与分析 M 北京： 清华 大学 出 版 社 2 0 0 3 5 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0混凝 土结构设计规 范 S 6 A C I 3 1 8 R一0 2 B u i l d i n g C o d e R e q u i r e me n t s f o r S t r u c t u r a l C o n c r e t e S 7 8 9 1 O J d e Br i t o， A S P e r e i r a，J R Co r r e i a Me c h a n i c a l b e h a v i o ur o f n o ns t r u c t u r a l c o n c r e t e ma d e w i t h r e c y c l e d c e r a m i c a g g r e g a t e s J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s it e s ， 2 0 0 5， ( 2 7 ) ： 4 2 9 4 3 3 G B 5 0 0 8 l 一2 0 0 2普 通混凝 土力学性 能试验 方法标 准 s C E BF I P( 1 9 9 0 )Mo d e c o d e for c o n c r e t e s t r u c t u r e s d e s i g n s I S 4 5 6 I n d i a n S t a n d a r d C o d e o f P r a c t i c e for P l a i n a n d Re i n for e e d C o n c r e t e( t h i r d r e v i s i o n ) s ( 编 辑 ： 胡 旭 东) Ex p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n m e c ha n i c a l pr o p e r t y o f r e c y c l e d c e r a m i c a g g r e g a t e c o nc r e t e a f t e r c a r b o n i z a t i o n LI U Ya n g 一，Z ENG Zh i x i n g ，W AN Cha o ，W ANG Ga n g ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o n a n d G e o e n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n ，C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ，C h i n a ； 2 C o l l e g e o fC i v i l E n g i n e e r i n g ， C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 3 C o l l e g e of C i v i l E n g i n e e r i n g， H u a q i a o U n i v e r s i t y ， Q u a n z h o u 3 6 2 0 2 1 ， C h i n a ；4 S h e n z h e n C a p o l I n t e r n a t i o n a l E n g i n e e r i n g C o s t C o n s u l t a t i o n C o ， L t d ， S h e n z h e n 51 8 0 3 8，C h i n a) Abs t r a c t ： I n t hi s p a p e r ，t h r o ug h u s i ng r e c y c l e d c e r a mi c c o a r s e a g g r e g a t e t o r e pl a c e na t u r a l c o a r s e a g g r e g a t e by 0 ，2 5， 5 0 ，7 5 a n d 1 0 0 r e s p e c t i v e l y，t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t o f r e c y c l e d c e r a mi c a g g r e g a t e c o n c r e t e( RC AC)w a s c a r r i e d o u t a f t e r c a r bo n i z a t i o nTh e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f RCAC i nc r e a s e s s l i g h t l y wi t h t h e c a r b o ni z a t i o n t i me，a n d h a s s i mi l a r f a i l ur e mo d e a s t h e n o nc a r b o n i z e d s pe c i me n；t h e s p l i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h a l s o i n c r e a s e s wi t h t h e c a r b o n i z a t i o n t i me；bu t t h e fle x ur a l s t r e n g t h d e c r ea s e s a t fir s t a n d t h e n i n c r e a s e s a fte r c a r bo n i z a t i o nMo r e o v e r，b a s e d o n t he e x pe r i me nt da t a a n d r e l e v a n t l i t e r a t u r e s，t h e p r e di c t i o n f o r mul a o f s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h an d fle xu r a l s t r e ng t h a r e g i v e n b y s t a t i s t i c a l r e g r e s s i o n me t h o d Ke y wo r ds： c a r b o ni z a t i o n；me c ha ni c a l p r o p e r t i e s ；s t a t i s t i c a l r e g r e s s i o n；r e c y c l e d c e r a mi c a g g r e g a t e c o n c r e t e ( 上接第 6 9页 ) Ana l y s i s o n na v i g a t i o n c ha n n e l v a r i a t i o n f r o m W uha n t o An qi ng o f Ya ng t z e Ri v e r a f t e r c o n s t r uc t i o n o f u ps t r e a m r e s e r v o i r s ZHANG Xi b i n g，S UN Gu i z h o u，W ANG Mi n ( D e p a r t m e n t o f R i v e r R e s e a r c h ， C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t ific R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o a n a l y z e t he p o s s i bi l i t y o f b ui l d i ng”g o l de n wa t e r wa y” i n t h e r i v e r r e a c h f r o m W u ha n t o Anq i n g i n Ya n g t z e Ri v e r ，b y t h e me t ho ds o f da t a a n a l y s i s a nd ma t h e ma t i c a l mo de l c a l c u l a t i on，t h e r i v e r c h a n ne l e v o l u t i o n a nd n a v i ga t i o n ch a n - n e l c o nd i t i o n v a r i a t i o n t r e nd i n t h i s r e a c h a f t e r t h e c oo pe r a t i o n o f 1 1 r e s e r v o i r s i n t he up s t r e a m o f Ya n g t z e Ri v er ，s uc h a s Xi l u o d u，Xi a n g j i a b a，a n d t h e T h r e e G o r g e s r e s e r v o i r ，we r e a n a l y z e d T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t a f t e r t h e o p e r a t i o n o f t h e u p s t r e a m r es e r v oi r s ，t h e o v e r a l l r i v e r r e g i me r e ma i n s s t a b l e wi t h l o c a l fiv e r r e g i me c h a n g e s T he be n e fic i a l i n flu e n c e o f t he up s t r e a m r e s e r vo i r s i s mo r e t h a n h a r mf u l i n flue n c e The b e n e fic i a l a s pe c t s a r e t h e d i s c h a r g e i n c r e a s e i n d r y s e a s o n a nd e r o s i o n o f na v i g a t i o n c h a n ne l b y s e di me nt de c r e a s i n gTh e h a r mf u l a s p e c t s a r e t h a t t h e un s t a b l e c ha nn e l c a us e d by e r o s i o n o f p o i nt ba r a nd c ha n n e l b a r ，i n s u ff i c i e n t e r o s i o n o f s h o a l i n s t o r a g e p e r i o d，a d j u s t me n t o f l o c a l r i v e r r e g i me ，e t c Ke y wor d s： c a s c a de r e s e r v o i r ；r i v e r e v o l u t i o n；c h a nn e l c o nd i t i o n；ma t h e ma t i c a l mo d e l ：Ya n g t z e Ri v e r s t e m I誉 一0 + 为 度