废弃玻璃细骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 7 期 (总 第 2 9 7 期 ) Nu mb 7 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RESEARCH 废弃玻璃细骨料混凝土 单轴受压应力一 应变全曲线试验研究 梁炯丰 ，郭立湘 。吴华英 ，邱 志铭 ( 1 东华理工大学 建筑工程学院，江西 南昌 3 3 0 0 1 3 ；2 浙江杭萧钢构股份有限公司，浙江 杭州 3 1 0 0 0 3 ) 摘要： 完成了废弃玻璃细骨料混凝土的单轴受压应力一 应变全曲线试验 ， 研究了取代率对再生玻璃细骨料混凝土的应力一 应变全曲 线形状和抗压强度、 峰值应变、 弹性模量的影响。 研究结果表明， 废弃玻璃细骨料混凝土的立方体抗压强度 、 棱柱体抗压强度 、 弹性模 量随着取代率的不断增加而不断减小， 但峰值应变却不断增大； 基于试验数据， 拟合得到了废弃玻璃细骨料混凝土的应变一 应变关系 曲线表达式。 关键词 ： 废弃玻璃细骨料 ；混凝土；应力一 应变全曲线 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 ) 0 7 0 0 4 0 0 2 E x p e r i me n t a l s t u d y on c o m p l e t e s t r e s s - s t r a i n c u r v e o f w a s t e g l a s s f i n e a g g r e g a t e c on c r e t e u n d e r un i a x i a l l oa d i n g L I A NGJ i o n g f e n g ， G U OL i x i a n g ， WUH u a y i n g ， Q Z h i m i n g ( 1 Co l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g ， E a s t C h i n a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3 ， Ch ma ； 2 Z h e j i a n g Ha n g x i a o S t e e l S t r u c tur e C o ， L t d ， H a n g z h o u 3 1 0 0 0 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c u r v e s o f wa s t e g l a s s fi n e a g g r e g a t e c o n c r e t e we r e t e s t e d a n d i n v e s t i g a t e d A n a n a l y s i s wa s ma d e o f t h e i nfl ue nc e o fv a r y i n g wa s t e g l a s s fin e a ggre g a t e c o n t e n t s o n t h e c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c u r v e， c o mp r e s s i ve s t r e ng t h， p e a k s t r a i n， e l a s t i c mo d ul u s e t c The t e s t r e s ul t s s h o we d tha t the c u b i c c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， a xi a l c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d e l a s t i c mod u l us o fwa s t e g l a s s fin e a g gre g ate c o n c r e t e a I l d e c r e a s e d wi t h t he i n c r e a s e o f wa s t e gl a s s fine a ggre g a t e c o n t e n t s ， b u t t h e p e a k s t r a i n we r e h i【 e r Ba s e d t e s t d a t a， t h e f un c t i o n e x pr e s s i o n o fr e l a t i o ns h i p be t we e n s t r e s s s t r a i n Key w or ds ： wa s t e g l a s s fin e a g gre ga t e ； c o n c r e t e； c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c ur v e 0 引言 目前 ， 国内外对 于建筑废弃物资源化利用方面主要集 中在再生混凝土的研究和应用方面， 包括其物理化学性能 、 工作性能 、 力学性能 、 耐久性能和结构性能等方面 ， 并取得 了大量研究成果 ， 并 已在工程中得 到应用 ； 而对 于废弃玻 璃的再生利用则还未引起人们的足够重视 ， 仅有少数学者 对再生玻璃骨料混凝土 5 1进行 了研究 。 废弃玻璃混凝土的 研制 ， 既可以减少对天然砂石 的开采 ， 保护 自然环境 ， 而且 可 以促进社会可持续发展 。 因此 ， 笔者对废弃玻璃作为细 骨料 混凝土 的单 轴受压应力一 应变全 曲线进行 了试 验研 究， 为废弃玻璃资源化利用提供参考。 1 试验设计 1 1 原材料和 配合 比 再生玻璃细骨料由南昌市某废品回收站回收废弃玻 璃经人工破碎而成 ， 天然粗骨料为连续级配的碎 石 ， 最大 粒径 为 2 5 m m。 河砂 的细度模 数为 2 6 ； 水 泥采用 海螺牌 P 0 4 2 5 R级水 泥 。 所有试件采 用 同一水灰 比 0 4 3 ， 参考 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝土配合比设计规程 的配合比设计 方法 ， 配制 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 这六种不同细骨料 取代率 的再生混凝土 ， 废 弃玻璃细骨料混凝土的配合 比见 表 1 。 表 1 废弃玻璃细骨料混凝土配合比 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 1 0 4 基金项目：国家 自 然科学基金资助项目( 5 1 3 6 8 0 0 1 ， 5 1 1 6 8 0 0 2 ) ； 中国博士后科学基金( 2 0 0 8 0 4 4 0 8 1 4 ) ； 江西省青年科学基金( 2 0 1 2 2 B A B 2 1 6 0 O 5 ) 江西省教育厅青年科学基金( G J J 1 2 3 9 3 ) 4 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2试 验 方 案 按不 同的废弃玻璃细骨料取代率 ， 混凝 土共分为 6 组 1 5 0 mm 1 5 0 m mx 3 0 0 m m 的棱柱体试件 。 试件浇筑完 4 8 d 后拆模 ， 然后立 即放人标准养护室养护 ， 2 8 d 后取 出进行 试验 。 混凝 土试件 的棱柱 体抗压 强度和应力一 应变全 曲线 均在 3 0 0 0 k N微机控制电液伺服压力试验机上完成。 应 力一 应变全 曲线试验加载速度采 用 0 3 mm m i n 控制加载 ， 试验过程中的数据均由计算机 自动采集。 2 试验 结果分析 2 1 单轴受压试验结果 表 2为废弃玻璃细骨料混凝土单轴受压试验结果 ， 从 表中可看出 ， 随着取代率 的不断增大 ， 废弃玻璃细 骨料混 凝 土的轴心抗压强度和立方体抗压强度基本呈下降 的趋 势 ； 当取代率达到 1 0 0 H ， 与普通混凝土相 比， 废弃玻璃 细骨料混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度分别降 低 2 4 3 、 2 2 6 。 基于试验数据， 可拟合得到废弃玻璃细 骨料混凝 土的轴心抗压强度与取代率 r 的关 系式为 ： A = I o s y o e n ( 1 ) 式 中： 废弃玻璃细骨料混凝土轴心抗压强度 ， MP a ； 基体 ( 普通 ) 混凝土轴心抗压强度 ， MP a ； r 取代率 ， 。 表 2 废弃玻璃细骨料混凝土单轴受压试验结果 图 1 为废弃玻璃细骨料混凝土轴心抗压强度与立方 体抗压强度的比值 P随取代率 的变化 曲线 。 从图中可看 出， 随着取代率的不断增加， P值在0 7 3 0 8 3 之间变化。 为计算 方便 ， 取其平均值 ， 即 =0 7 ( 2 ) 式中： 废弃玻璃细骨料混凝土棱柱体抗压强度； ， 废弃玻璃细骨料混凝土立方体抗压强度。 0 2 0 4 0 6 0 8 0 取代率 图 1 P随取代率的变化 2 2 峰值应 变 废弃玻璃细骨料混凝土峰值应变 随取 代率的变化情 况如表 2和图 2 所示 。 可见 ， 废弃玻璃 细骨料混凝土峰值 应变在 0 0 0 1 6 0 0 0 1 9 4 之间 ， 且峰值应变随着取代率的增 大而不断增大 ， 当废弃玻璃细骨料的取代率为 1 0 0 时 ， 其 混凝土峰值应变约增加 2 1 ， 分析其原 因应为玻璃 细骨料 的弹性模量较低。 0 0 01 9 制 播】 _0 0 1 8 0 0 0l 7 0 2 O 40 6 O 8 0 1 0 0 取 代率 ， 图 2峰 值应 变 随取代 率 的变化 通过拟合可得到峰值应变与取代率的关系式为 ： = 0 0 0 0 3 4 r 鲫 0 ( 3 ) 式 中： 废弃玻璃细骨料混凝土峰值应变 ； 基体混凝土峰值应变 ； r 取代率 ， 。 2 - 3 弹性模 量 从表 中可看 出 ， 废弃玻璃细骨料混凝土的弹性模量要 低于普通混凝土的弹性模量 ， 当取代率为 l o o ， 其 弹性 模量要降低约 1 4 ， 弹性模量降低原因为玻璃细骨料的弹 性模量较低 。 基于试验数据 回归 ， 建议废弃玻璃细骨料混 凝土的弹性模量 E 。 按式( 4 ) 计算： 3 1 3 7 1 4 3 1 9 5 0 r - 3 0 3 5 7 1 7 ( 4) 2 4 应 力 一应 变全 曲线 图 3为废弃玻 璃细 骨料混凝 土 的应力 一 应 变关 系 曲 线 ， 从 图中可看 出 ， 与普通混凝土相类似 ， 废弃玻璃细骨料 混凝土的应力一 应变关系曲线均 由上升段 、 下降段所组成 ； 取代率对混凝土 的应力一 应变全曲线影响较大 ， 随着废 弃 玻璃细骨料取代率的增加 ，应力一 应变全曲线上升段的斜 率不断减小， 说明其弹性模量在不断降低。 应 变 图 3 应力一 应变曲线 同时从 图中可看出废弃玻璃细骨料混凝土应力一 应变 的 曲线形式与普通混凝土相类似 ， 为此 ， 采用清华大学过 镇海教授问 所提出的方程进行拟合 ， 即 f a x + ( 3 2 ( 。 一 2 ， O l 1 1 ( ) 1 6 ( 一1 ) + 下转第 4 7页 4l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 容 c 大于浸泡于清水 中的试块 ， 常相角指数 P基本相 同， 说 明在氯离子 条件下 ， 混凝 土的电阻变小 ， 离子和 自由电 荷在孑 L 结构传递更容易 ， 混凝土 电活性更大 ， 如果 混凝 土 内有钢筋 ， 则增加了钢筋锈蚀的风险。 ( 2 ) 在相 同的浸泡条件下 ， 随着 矿物掺合料掺量 的增 加 ， 混凝土孔 溶液中电解质的 电阻 R 。 、 水化过程 中电子进 行 电荷传递反应的电阻 扩散阻抗系数 逐渐增 大 ， 双 电层 电容 c 保持不变。 说 明相 比于普通混凝土 ， 矿物掺量 和混凝土具有更低的孑 L 隙率和更高的密实度。 ( 3 ) 矿渣 粉煤灰复合混凝土较相 同掺量的单掺粉煤灰 和单掺矿渣的混凝土孔隙率和平均孔直径更小 ， 更加致密。 参考文献 ： 1 】史美伦 混凝土阻抗谱 M】 北京： 中国铁道出版社， 2 0 0 3 2 】张文 混凝土水泥水化过程的电化学阻抗谱研究 D 】 大连： 大连 理工大学 ， 2 0 1 3 3 Mc C AR T ER W J T h e f r a c t a l s u r f a c e o f c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s d e t e r mi n e d b y i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y s p e c t r o s c o p y J A d v a n c e s i n C e m e n t R e s e a r c h ， 1 9 9 4 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 4 7 1 5 4 4 许仲梓 水泥混凝土电化学进展 J J 硅酸盐学报， 1 9 9 4 ， 4 ( 2 ) ： 7 0 3- 7 0 6 上接第 4 1页 将各不同取代率下废弃玻璃细骨料混凝土应力一 应变 曲线的Y 轴除以峰值应力 。 、 轴除以峰值应变 得到无 量纲 的废弃玻璃细 骨料混凝 土的应力一 应变全 曲线 ， 并分 别拟合曲线 的上升段和下降段 ， 可得 到各不 同取代率下的 参数 o 、 b 如表 3 所示。 表 3参数 a 和 b 取代 率 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 口 2 81 243 275 2 5 3 245 1 7 4 b 0 8 2 0 7 7 092 0 8 8 1 1 2 1 1 9 将参数 o 、 b和再生玻璃细骨料取代率进行拟合 ， 得到 其关 系式为 ： 0 = 1 4 5 0 6 6 r 十 2 6 5 ( 6 ) b = 0 4 1 r + 0 7 5 ( 7 ) 利用式 ( 6 ) 和式( 7 ) 计算 a , b 值 ， 代入式( 5 ) ， 得到废弃玻 璃细骨料取代率为 4 0 的应力一 应变全曲线与实测的全曲线 如图 4 所示， 从图 4 可看出， 计算曲线和实测曲线吻合度较高。 25 2 0 对 室 菩 1 0 5 0 0 00 0 2 0 0 0 4 00 0 6 0 0 0 0 0 1 0 应 变 图 4 实测与计算应力一 应变全 曲线对比 3结论 ( 1 ) 随着废弃玻璃细骨料取 代率的不断增 大 ， 混凝土 的轴心抗压强度和立方体抗压强度基本呈下降的趋势， 并 5 】张文， 贡金鑫 混凝土中水泥水化过程的电化学阻抗谱研究 混凝土， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ： 4 4 4 8 【 6 邱慧芳 混凝土复合矿物掺合料性能的研究 D 哈尔滨： 哈尔滨 工业大学， 2 0 1 3 7 B R A N T E R V I K K， N I K L A S S O N G A C i r c u i t m o d e l s f o r c e m e n t b a - s e d ma t e r i a l s o b t a i n f r o m i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 3， 2 3 ( 3 ) ： 5 3 1 【 8 】贺鸿珠， 陈志源， 史美伦 掺粉煤灰水泥基材料的水化过程的交 流阻抗谱研究l J l_ 粉煤灰 ， 2 0 0 3 ， 2 ( 3 ) ： 7 - 9 9 王迎斌 ， 马保国， 罗忠涛 掺矿渣水泥水化反应特征的试验研究 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 9 - 1 1 【 1 0 吴远辉 ， 罗宿星 ， 付莹莹 氯离子条件下混凝土钢筋的电化学阻 抗特证【 J J 表面技术， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 6 5 6 7 1 1 1 张振雷， 史美伦 混凝土中矿物掺和料水合机理的交流阻抗研 究l J 】 建筑材料学报， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 5 0 0 5 0 2 作者简介 联系地址 联系电话 ： 王幻( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 硕士研究生。 大连市甘井子区凌工路 2 号 大连理工大学结构大厅 3 0 1 ( 1 1 6 0 2 4 ) 1 5 9 4 0 92 0 4 5 9 拟合得到 了轴 心抗压强度 和取代率 、 轴心抗压强度和立方 体抗压强度之 间的关系。 ( 2 ) 废弃玻璃细骨料混凝土弹性模量总体上低于普通 混凝土 ， 其降低程度与取代率的大小有关 。 ( 3 ) 废弃玻璃细骨料混凝土峰值应 变均高于普 通混凝 土， 且随着取代率 的不断增大而不断增大 。 ( 4 )废弃玻璃细骨料混凝土的单轴受压应力一 应 变全 曲线与普通混凝土相类似， 均由上升段和下降段所组成， 可 分别用本试验建议的3 次多项式和有理分式来拟合得到。 参考文献 ： 1 HE Z HE N， L I Z ON GJ I NG a n d C HE N G UOHU A Wa s t e Gl a s s Ma - na g e me nt a n d App l i c a t i o n o f Gl a s p h a l t i n Hang Ko n g， Fi n a l Re p o S u b m i t t e d t o H o n g K o n g S A R G o v e r n m e n t ， 2 0 0 4 ( 6 ) 2 L A RS E N D A F e a s i b i l i t y o f Ut i l i z i n g Wa s t e G l a s s i n P a v e me n t s ， S t a t e o f Co n n e c t i c u t De pa r t me n t o f Tr a n s p o r t a t i o n Re p o r t ， 1 98 9： 3 43 -3 48 【 3 C a s e s t u d i e s for t h e u s e o f p o s t c o n s u me r g l a s s a s a c o n s t r u c t i o n a g g r e g a t e， CWC， 1 99 7 【 4 KO U S C， P ON N C S P r o p e r t i e s o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e p r e p a r e d w i t h r e c y c l e d g l a s s a g g r e g a t e J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 9， 3 1 ( 2 ) ： 1 0 7 1 1 3 【 5 】梁炯丰， 李爱飞， 杨凤 废弃玻璃细骨料混凝土试验研究 J 1 混凝 土与水泥制品， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 8 0 8 2 6 】G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 作者简介： 梁炯丰( 1 9 8 0 一 ) 男， 讲师， 博士， 主要从事组合结构与 再生绿色混凝土应用研究。 联系地址： 江西省南昌市国家经济技术开发区厂兰大道 4 1 8号 东华理工大学建筑工程学院( 3 3 0 0 1 3 ) 联系电话 ： 1 8 0 7 9 1 2 8 0 8 9 47 - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m