玻璃混凝土抗冻融性能的试验研究.pdf

第 4 0卷 第 4期 2 0 1 3年 4月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h n i q u e De v e l o pme n t Vo 1 4 0。 No 4 Ap r 201 3 玻 璃 混凝 土抗 冻 融性 能 的试验 研 究 水 罗 辉王凤池陈锋任绍南 ( 沈 阳建 筑大 学土木 工程 学院 ， 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 利用废弃玻璃等质量取代混凝土粗 、 细集料 ， 通过冻融循 环试验 ， 研究 玻璃混凝 土 的抗 冻性能 。冻融 循环作 用后 ， 普通混凝 土质量损失率大于玻璃粗集料和玻璃 细集料 混凝土 。冻融 循环作 用能够 引起普通混 凝土 和 玻璃混凝土 的抗压强度降低。在冻融初始阶段 ， 普通混凝土与玻璃混凝土相 比其抗压 强度下 降较 快 ； 随着 冻 融循环次数 的增加 ， 冻融循环对玻璃混凝土抗压 强度 的影 响小于普 通混凝 土。研究表 明玻璃混凝 土具有 良 好 的抗 冻 性 能 。 关键词 】 混凝土 ； 废弃玻璃 ； 冻融循环 ； 抗压强度 中图分类号 T U 5 2 8 5 7 文献标志码 】 A 文章 编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 4 6 0 4 EXPER ENTAL I NVES TI GATI oN oF GLAS S CoNCRETE S RES I S TANCE TO FREEZI NG AND THAW I NG L uo Hu i W a ng F e n g c h i Ch e n Fe ng Re n S h a o - n a n Ab s t r a c t Ke y wo r d s Th e f r o s t r e s i s t a n c e o f t h e g l a s s c o n c r e t e wh i c h u s e t he wa s t e g l a s s t o r e pl a c i ng c o a r s e a n d f i ne a g g r e g a t es i n t h e s a me q ua l i t y wa s r e s e a r c h e d b y t h e f r e e z e t h a w c y c l e t e s t Af t e r f r e e z i ng a n d t ha wi ng c y c l e s， t h e ma s s l o s s r a t e o f t h e o r di n a r y c o n c r e t e i s g r e a t e r t h a n t h a t o f t he c o a r s e a g g r e g a t e a n d fine a g g r e g a t e g l a s s c o n c r e t e Th e fre e z i n g a n d t h a wi n g c y c l e s c a us e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h d e c r e a s e s o f bo t h o r d i n a r y c o nc r e t e a nd g l a s s c o n c r e t e I n t he i n i t i a l s t a g e o f t h e fre e z i ng a n d t h a wi n g t e s t ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f t he o r d i n a ry c o n c r e t e d e c r e a s e d mo r e r a p i dl y t ha n t ha t o f t h e g l a s s c o nc r e t e； wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e nu mbe r s o f f r e e z et ha w c y c l e s， t he e f f e c t i o n o n t h e c o nc r e t e S c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e g l a s s c o n c r e t e i s l e s s t h a n t h a t o f t h e o r d i n a ry c o n c r e t e S t u d i e s i n di c a t e t h a t t he g l a s s c o n c r e t e pe r f o r ma n c e g o o d o n fro s t r e s i s t a n c e c o n c r e t e； wa s t e g l a s s； f r e e z e t h a w c y c l e s； c o mpr e s s i v e s t r e ng t h 废 弃玻 璃 是 一 种 工 业 废 料 和 生 活 垃 圾 ， 有 着 “ 闪色 污染 ” 的恶 名 。虽然 废 弃 玻璃 中 ， 有 些 白玻 璃 可 以重 新 加工 成玻 璃 ， 但 是 利 用 率偏 低 。大量 的颜 色 、 质 地混 杂 的废 弃玻 璃 的再 利用 问题 是 提 高利 用 率 的关键 所在 。 将废弃玻璃作 为混凝 土 中砂 、 石集 料 的替代 料 开 辟 了废 玻 璃 回收 利 用 的新 途 径 。玻 璃 混 凝 土 作 为 一 种 新 型 土 木 工 程 材 料 具 有 很 大 的 发 展 潜 力 ， 一方 面 可 以变 废 为 利 ， 改 善 环 境 ， 另 一 方 面 可 以提高混凝 土 的性 质。研 究表 明 ， 废弃玻 璃取 代 基金项 目： 沈阳市科技计划 ( F 1 21 7 39一O 0 ) ； 住建 部科技计 划 ( 2 0 1 0一K 43 9) 收稿 日期 ： 2 0 1 30 11 5 作者简介 ： 罗辉( 1 9 8 8 - ) ， 男 ， 黑龙江七 台河市人 ， 沈 阳建筑大学 在读 研究生 ， 主要从事新型 混凝 土的研 发与 应用 和老 旧砌体 房屋的加固方法与承载力理论研究等工作。 46 混凝 土 中 的 粗 骨 料 可 以 配 置 强 流 动 性 混 凝 土 ， 取 代 细集 料 可 维 持 抗 压 强 度 不 降 低 ， 且 具 有 较 好 的 后 期强 度 。 使 用废 弃 玻 璃 作 为 骨 料 代 替 天 然 骨 料 在 混 凝 土 中的 应 用 在 技 术 上 是 可 行 的 ， 其 制 成 的 混 凝 土 性能 与 普 通 混 凝 土 相 似 。为 了 提 高 玻 璃 混 凝 土 的利 用 率 ， 本 文 进 行 了玻 璃 混 凝 土 的抗 冻 性 能 研 究 。 1 试 验 材料及 过 程 试验所采用的玻璃原材料是从某玻璃生产厂 回 收的生产玻璃剩余 的边角余料。将 回收的废弃玻璃 经 过清 洗干净 ， 并 且进行 人 工破碎 ， 然 后用标 准方 孔 砂石筛筛分 ， 粒径分布见表 1 。 试 验所采用 的砂 为河砂 ， 最大粒径 5 m m， 连续级 配 ， 区， 中砂 ， 细度模 数 2 7 ； 碎 石粒 径 5 2 5 mm； 水 泥采用 P 0 3 2 5普通硅酸盐 水泥 。 第 4期 罗辉 ， 等 ： 玻璃混凝土抗 冻融性能 的试验研 究 第 4 0卷 压强 度平 均值 ( MP a ) ； 厂 c 代 表 经 n次 冻融 循 环 后 的 三个试件抗压强度平均值 ( MP a ) 。 冻融循环次数 图 2 抗 压强度与冻融循 环关 系 冻融循环次数 图 3 强度损失率与冻融 循环关系 在 冻 融循 环 的作用 下 ， 无 论 是普 通 混凝 土 还 是 玻璃 混凝 土 的抗 压 强 度都 逐 渐 降 低 ， 说 明 冻融 循 环 是混 凝 土使用 中的 不利 因素 。在 冻 融 初 始 阶段 ， 普 通混凝土 的抗压强度 下 降较快 ， 其抗 压强度 降低 1 4 1 ， 而 玻璃 取代 2 0 石 和玻璃 取代 2 0 砂 的混 凝土抗压强度损失率分别为 1 0 5 和 1 2 9 ， 均小 于普通 混凝 土 。随着冻 融 循 环 次数 的增 加 ， 玻 璃 取 代 2 0 石 的混 凝 土抗 压 强度 变 化 较慢 ， 而 玻 璃取 代 2 0 砂 和普通混凝 土的混凝土抗 压强度降低 幅度较 大。在经过 5 0次冻融 循 环作 用后 ， 玻璃 取代 2 0 石 和玻璃取代 2 0 砂 的混凝 土抗 压强 度损 失分 别仅 为 1 8 2 0 和 2 1 9 0 ， 小 于 普通 混凝 土 的 2 8 2 8 。可 见 ， 无论是利用 废弃 玻璃 取 代粗 骨料 还 是细 骨 料 ， 玻 璃混凝 土的抗 冻性能均优 于普 通混凝土 。 4冻 融循环 对玻璃 混凝 土 强度 的影响机 理 混凝 土的冻融破坏是 一个 由表及里 、 先 大孔后 小 孔的复杂的物理变化过程， 而且受很多因素的影响。 无论是砂、 石还是玻璃集料 ， 都不是完全密实的。每 个颗粒 的内部 都存 在着 各 种各 样 的孔 隙 ， 例 如 裂缝 、 气孔 以及宏 观或者微观 的缺 陷等 。另外 ， 伴 随着 水化 作用 的进行 ， 混 凝土 中原来水 分 占据 的空间变 成 了孔 隙。在这些孔 隙 中， 有 些是 开 放性 的空 隙 ， 常温 常 压 条 件 下 外界 的水分 可 以进入 ； 有 些 是相 对 的封 闭孔 隙。外界水分进入孔隙后， 在冻融循环作用下， 水结 冰会产生体积 膨胀 ， 在混 凝 土 中形成 内压力 ， 当 内压 力超过 了混凝 土所能承受 的极 限时 ， 就会 引起混 凝土 内部 的孔 隙和裂 痕不 断 的发 展 ， 逐 渐 由小 变大 ， 由短 变 长 ， 相互贯通最终导致 混凝土破坏 。 由于废玻 璃 集 料 中的 活 性 S i O ： 与 混 凝 土 中 的 游 离 C a( O H) ： 发 生 化 学 反 应 ， 降 低 了 混 凝 土 中 C a ( O H) 浓度 ， 这样减弱了因为溶析作用而导致 的 混凝 土 内部孔 隙 的劣 化 。玻 璃 混凝 土的二 次水 化作 用消 耗 了混 凝 土 中比较薄 弱 的 C a ( O H) 结 晶 ， 降低 了玻璃 混凝土 内部 的孔 隙 率 ， 改 善 了玻 璃 混 凝 土 的 孑 L 隙结 构 ， 从 而提 高 了玻 璃混 凝 土的密 实性 。 同时 ， 因为废玻璃集料的吸水率较低， 有利 于减少混凝土 的用水 量 ， 提 高玻 璃混凝 土 的密实 性 ， 如 图 4 。 由于 废弃玻璃的掺入 ， 改善了混凝土的密实度 ， 因此降低 了微 裂缝形 成 几率 ， 提 高 了 孔洞 周 围混 凝 土 阻碍 微 裂缝 发展 能力 ， 因此 玻 璃 混 凝 土 比普 通 混 凝 土 表现 出更 良好 的抗 冻性 能 。 ( b ) ( c )( d ) 图 4 玻璃混凝土 的冻融破坏 ( a ) 骨架结构 ； ( b ) 受冻膨胀 ； ( e ) 微裂缝形成 ； ( d ) 贯通破坏 5 结论 1 ) 冻 融 循 环 作 用 后 ， 普 通 混 凝 土 、 玻 璃 取 代 48 2 0 砂和玻璃取代 2 0 石 的玻璃混凝 土质量均有 不 同程度 的损失 ， 而 且 普 通混 凝 土 质 量 损 失率 大 于 基骶 辖 醉髻世 帑 第 4 0卷 刘纯荟 ： 柱 下条形基础基础 梁的设计 第 4期 玻璃 混凝 土 。 2 ) 冻 融 循 环 作 用 能 够 引 起 普 通 混 凝 土 和 玻 璃 混凝 土 的抗压 强 度 降低 。在 冻 融 初 始 阶段 ， 普 通 混 凝 土与玻 璃混 凝土 相 比其抗 压 强 度 下 降较 快 ； 随着 冻融 循环 次数 的增加 ， 冻 融循 环 对 玻璃 取 代 2 0 砂 的混 凝土 和玻 璃 取 代 2 0 石 的混 凝 土 抗 压 强 度 的 影响 小于 普通混 凝 土 ， 说 明玻 璃 混 凝 土具 有 良好 的 抗冻 性能 。 参 考 文 献 1 C h o Y o o nH o ， Y e o S u n gHu n A p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d w a s t e a g g r e g a t e t o l e a n c o n c r e t e s u b b a s e i n h i g h w a y p a v e me n t J Ca n a d i a n J o u r n a l o f Civ i l En g i n e e r i n g， 2 0 0 4， 3 1( 6) ： 1 1 011 1 0 8 2 I s m a i l Z Z ， A LHa s h m i E A R e c y c l i n g o f w a s t e g l a s s a s a p a r t i a l r e p l a c e m e n t f o r fi n e a g g r e g a t e i n c o n c r e t e J Wa s t e Ma n a g e me n t ， 2 0 0 9 ， 2 9( 2 ) ： 6 5 5 6 5 9 3 王凤池 ， 王振伟 废弃玻璃集料对混凝土强度的影响 j 新型 建 筑材料， 2 0 1 1 ， 3 8 ( 1 1 ) ： 1 21 4 4 杨医博 ， 文梓芸 废玻璃在混凝土中的应用 J 工业建 筑 ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 7 )： 5 15 9 5 姜波 ， 樊永 昌， 金树 新 玻璃混 凝土一 玻璃骨料混 凝土 J 石家 庄铁道学院学报 ， 2 0 0 1 ， 1 4 ( 2 ) ： 5 O一 5 4 6 苟勇 ， 张勤 ， 李玉 寿 玻 璃 混凝 土 及其 织物 增强 薄 板试 验研 究 J 土木工程学报， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 1 0 ) ： 3 94 4 7 刘光焰 ， 秦荣 ， 王晓 峰 废玻璃应用 于混凝土 的试验研究 J 混 凝 土 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 6 6 6 8 8 李玉寿 ， 苟勇 ， 陈国伟 废 玻璃 骨料 混凝土 的研 究 J 混凝 土 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 5 35 5 ( 上接 第 3 5页) ( b ) 边跨跨中( 1 、2 处) 及第一内支座( A、B 处) 弯矩增大2 0 图 2基底 反力 为直 线分 布 的 连续 梁 法 2 ) 采 用 直 线 分 布 假 定 计 算 刚性 梁 的基 底 反 力 时 ， 可先 求 出荷 载 的合力及 其 作用 点 的位置 ， 然 后 按 下式 计算 ： P M n 一 ，_ 一+ 6 式 中 相 应 于 作 用 的 基 本 组 合 时 ， 作 用 于基 础梁 上的 总弯矩设 计 值 ； 沿基 础方 向梁 的抵抗 矩 ； 基础 梁 的总长度 。 3 ) 对称交 叉基 础 的计 算 对 两方 向刚度 及荷 载分 布 比较 均 匀 的交叉 梁 基 础 ， 可按 两 方 向刚度 及 荷 载 相 等 的原 则 拆 分 为两 个 方 向的单 向条形基 础 。 4 2弹性地基 梁法 弹 性地基 梁 法 采 用 弹性 地基 梁 法 ， 并 选 用 合 适 的程序 、 恰当的计算模型进行计算。当采用文克勒 地 基模 型 时 ， 应 选 择适 当的基 床 系数 k值 。 地 基土的基床系数( k N m ) ， 一般应 由勘察报告提供 ， 当勘察 报告 无法 提供 时 ， 也 可按表 1 取 用 。 表 1 基 床 系数 k的 参 考 值 序号 地基类 别 值 ( 1 0 k N m ) 1 淤泥质土 、 有机质土或新填土 O 1 0 5 2 软弱粘性土 O 51 0 3 软塑 1 02 0 粘 土 及 粉 4 可 塑 2 04 O 质粘土 5 硬 塑 4 0l 0 0 6 松 散 砂 1 O一1 5 7 中密砂或松散砾石 1 52 5 8 紧密砂或 中密砾石 2 5 4 O 9 黄土及黄土类粉质粘土 4 0 5 0 1 0 紧密砾石 5 0一l 0 O 1 1 风化岩石 、 石灰岩或砂岩 2 01 O O 1 2 完好的坚硬岩石 l 0 Ol 5 0 0 1 3 软弱土层摩擦桩 1 O 5 O 穿过软弱土层达 到密 1 4 5 0 l 5 O 实砂层或粘土层 的桩 1 5 打室岩层的支 承桩 8 0 O 4 3 有 限 元 法 对特 殊情况 的条形基 础 ( 如平 面形 状 不规 则 、 荷 载 变化大 、 特 别 重 要 的条 形 基 础 等 编 者 注 ) ， 不 宜采 用上 述简 化方 法时 ， 可采用 有 限元法计 算 。 5 结语 1 ) 规范 提 出对 柱 下交叉 条形 基础 交 点上 的柱荷 载 ， 可按 交 叉 梁 的 刚度 或 变 形 协调 的要 求 进行 分 配 并 分别 进行 计算 。 2 ) 按交 叉 梁 的刚 度 或 变 形 协 调 的要 求 进 行 分 配， 一般需采用专 门计算程序计算 。 3 ) 对条基变厚度翼板提出顶面坡度的限值要求 ( 宜不大于 1 ： 3 ) ， 其 目的在于确保条基的混凝土施 工质量 。 4 9