粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能.pdf

1 6 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 2 期( 总第 1 7 4 期) 粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能 张林春 ( 四川建筑职业技术学院土木工程系。 四1 1 I 德阳6 1 8 0 0 0) 【 摘要】 首先论述了粉煤灰陶粒混凝土的优点， 之后通过对粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的对比试验 以及有限元分析的方法得出了如下结论 ： 粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能要优于普通混凝土， 从抗震设防这一方面 考虑 ， 粉煤灰陶粒混凝土 比普通混凝土有较好的社会、 经济效益。 【 关键词】 粉煤灰陶粒混凝土； 抗震性能； A N S Y S 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 2 0 0 1 6 0 3 0 引言 众所周知， 普通混凝土具有 自重太大、 容易产生 裂缝 、 耐火性能差、 抗震性能差、 保温隔热性能差等缺 点， 这些缺点限制了普通混凝土在某些特殊工程上的 应用。目前 ， 我们处于建筑技术 日益更新 的年代， 建 筑物建设得越来越高、 越来越大， 因此， 建筑物的自重 也越来越大。减轻建筑物的自重 的同时又能提高建 筑物的抗震性能已经成了迫在眉睫的问题 ， 也因此成 为了国内外学者们关心的重要课题之一。我们需要 有一种具有自重轻、 抗震性能好的材料 ， 因此， 轻骨料 混凝土应运而生。 轻骨料混凝土的骨料里面有很多的孑 L 隙， 这些孔 隙的存在可以满足 自重轻的特点 ， 那么它的抗震性能 如何呢?由于我国在执行可持续发展战略， 而粉煤灰 陶粒的资源丰富， 生产耗能低， 因此可以利废还 田， 符 合我国的基本 国策。故文中着重研究了粉煤灰陶粒 混凝 土的抗震性能 。 1 粉煤灰陶粒 混凝土 的优点 ( 1 ) 轻质高强。粉煤灰陶粒中有大量的孔隙存 在， 这些孔隙降低了粉煤灰陶粒混凝土的重量 ， 从而 实现了轻质的特点。粉煤灰陶粒混凝土的容重一般 为8 0 01 9 5 0 k g i n ， 当粉煤灰陶粒混凝土用于结构中 时， 它的容重一般为 1 4 0 01 9 5 0 k g m ， 结构用粉煤灰 陶粒混凝土一般比普通混凝土轻 2 0 一3 0 ， 但是它 的强度却可以达到普通混凝土的常用强度等级( C 1 5 C 5 0 ) ； 当粉煤灰陶粒混凝土用于墙体结构保温时， 它的容重一般为8 0 01 2 0 0 k g m ， 用作墙体保温的粉 煤灰陶粒混凝土的强度可以达到 C L 5 C L 1 5 ， 此时的 粉煤灰陶粒混凝土的容重一般 比普通的砖墙轻 3 0 5 0 。 ( 2 ) 保温隔热性能好。粉煤灰 陶粒的内部存在 着很多孔隙， 这些孑 L 隙的存在不仅降低了重量 ， 而且 也在一定程度上降低了它的导热系数 ， 提高了它的保 温隔热性能。有资料表明， 粉煤灰陶粒混凝土的导热 系数比普通混凝土的导热系数能够降低大约 5 0 6 0 。尤其是作为墙体材料时， 该优点更为突出， 有资 料表明， 作为墙体材料时， 粉煤灰陶粒混凝土的导热 系数仅为普通 混凝 土导热系数的 1 6 2 3 。 ( 3 ) 耐火性 能好。粉 煤灰 陶粒是 经过 1 2 0 0 1 3 0 0 C的高温烧制而成的， 它的主要化学成分有 S i O 和 A 1 0 ， 等， 再加上它的导热系数低( 在高温作用下 ， 温度由内到外的传递速度慢 ) ， 故它的耐火性能 比 较好 。 除了以上优点外 ， 粉煤灰陶粒混凝土还具有抗渗 性好、 抗冻性好、 耐腐蚀性强、 抗冲击性能好、 防潮、 弹 性模量低等优点， 另外， 它的生产工艺简单， 施工适应 性强， 是一种经济社会效益良好的新型建筑材料。 也有资料表明， 粉煤灰 陶粒混凝 土的抗震性能 好 ， 文 中着重介绍它的抗震性能。 2 混凝土的配合比及强度 本试验采用哈尔滨水泥厂生产的 P 0 4 2 5型普 通硅酸盐水泥； 级配良好的中砂； 大庆生产的8 0 0级粉 煤灰陶粒 ； 挪威埃肯公司生产的中密质硅灰； 鞍山钢 铁厂生产的矿渣 ， 化学成分如表 1 所示。 13 本花王生 产的 M i g h t e r 1 0 0萘系高效减水剂； 上海麦斯特公司生 产的混凝土引气剂 M I C R OA I R 2 0 2 ； 搅拌用水为 自 来水 。 表 1 主要原材料化学成份 S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a O M s o S 0 3 R 2 0 水 泥 2 1 0 8 5 4 7 3 9 6 6 2 2 8 1 7 3 2 6 3 0 5 0 矿渣 3 8 6 1 7 2 7 0 4 4 2 4 9 6 7 1 0 9 0 7 0 硅灰 9 3 7 0 3 0 8 0 2 0 2 0 5 0 3 0 根据混凝土的和易性、 粘聚性、 高强度和大流动 性的相关要求 ， 经过大量实验在多组配合 比中筛选出 符合设计要求和施工要求的最佳配合比， 如表 2所示。 立方体抗 压 强度试件 的尺寸 为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 张林 春： 粉煤灰 陶粒混凝土 的抗震性能 1 7 1 5 0 m m， 每组 3块 ， 采用液压万能试验机测定抗 压强 度， 按表2所示的最佳配合 比搅拌振动成型 2 4 h后拆 模， 在标准养护室中分别养护 3 d 、 7 d 、 2 8 d后， 测定各个 试件的 3 d 、 7 d 、 2 8 d的抗压强度， 每组求三块的平均值 作为最终结果 ， 如表 3所示。 表2 粉煤灰陶粒混凝土的配合比 注： 表中 P 代表普通混凝土， T代表粉煤灰陶粒混凝土； 表 中水为纯水和陶粒中的水的总和； 1 m 混凝土中减水剂的用量为 5 3 k g ， 引气剂的用量为0 0 5 3 k g 。 由表 2可以得知 ， 粉煤灰陶粒混凝土里面的骨料 比普通混凝土里面的骨料轻了好多( 4 0 多) ， 因此 ， 粉煤灰陶粒混凝土可以大大减轻混凝土的容重。 表3 粉煤灰陶粒混凝土的性能( 实测值) 越 L 时间， s 0) 1 层位移 2 0 O 2 o4 o 6 o 8 0 1 0 01 2 01 4 0 时间， s ( e ) 1 层加速度 _ 蔷 越 黼 墨 一 时间， s ( b ) 3 层位移 由表 3可知， 粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的 坍落度相差不大， 都能够满足流动性要求。虽然粉煤 灰陶粒混凝土的 3 d 、 7 d和 2 8 d 抗压强度都比普通混凝 土的小 ， 但是也已经达到了结构用混凝土的要求。且 粉煤灰陶粒混凝土的后期强度增长势头良好。 3 抗震性能分析 1 9 7 6年唐山大地震后有学者发现， 地震灾区砖混 结构的房屋几乎完全倒塌或破坏， 但是在地震灾区修 筑的几十栋使用轻骨料混凝土的建筑却几乎完好无 损 ， 这一事实证明轻骨料混凝土的建筑抗震性能是很 优良的。接下来研究粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能。 表 4 粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的抗震性能 昌 昌 稔 一 一 一 注 ： 括号内数字为减震 比例 时间， s ( c ) 5 层位移 一 I - 2 0 2 04 06 O 8 0 1 0 0 1 2 01 4o 时间 s 时间 s 3 层加速度 ( g ) 5 层加速度 注：图中一 陶粒混凝土 一 普通混凝土 图1 粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的反应曲线 文中采用 台湾集集地震记 录 t e u 0 5 2波对 由表 2 的配合比建筑的两栋建筑物模型的抗震性能进行了 对比和分析。这两栋建筑物模型都是位于 7度地震区 内的框架结构 ， 对这两栋建筑物模型进行时程分析， 宕 一 一 - 2 00 2 04 o6 08 0 l 0 0l 2 01 4 0 时间， s ( a ) 7 层位移 4 0 0 2 0 0 0 2 0 0 - 40o 一 6 0 0 -2 0 时间， s ( h ) 7 层加速度 这两栋建筑物的 1 、 3 、 5和 7层的层间位移和加速度的 抗震性能， 见表4和图 1 。 由表 4和图 1 可以得到： 粉煤灰陶粒混凝土框架 结构模型在台湾集集地震记录 t e u 0 5 2波的作用下， 和 一 一 一 O 0 0 0 O O O O 砌 m 加 嚣 1 8 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 2 期( 总第 1 7 4期) 3 0 # 硬质沥青混合料优化设计 胡金龙 ( 华南理工大学。 广州5 1 0 0 0 0) 【 摘要】 3 O 硬质沥青， 目 前在国内的使用与研究都很少， 但在法国却得到了广泛的使用。它拥有坚硬的 质地 ， 优越的高温性能， 如果能得到广泛的应用， 将会对当前高速公路 目前普遍车辙问题严重的现象有所改善。 【 关键词】 硬质沥青； 车辙； 级配类型 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 - 0 0 1 8 一 O 2 硬质沥青通常是指 2 5 针入度小于 2 5 ( 0 1 m m) 的道路沥青。过去 2 0多年的时间里主要在法国广泛 应用。硬质沥青具有坚硬的质地 ， 优越的高温抗变形 能力。硬质沥青混凝土结构具有较高的劲度模量和 较强的高温抗车辙能力。1 9 9 0年产量为 3 9 0 0 0 t ， 1 9 9 5 年为 7 7 0 0 0 t ， 到 2 0 0 0年为 1 0 0 0 0 0 t ， 国际道路协会在 1 9 9 8调查发现， 法国在硬质沥青使用方面处于世界领 先地位。随着硬质沥青在世界的推广， 我们把 3 0 、 5 0 等低标号沥青也称为硬质沥青。但 目前 ， 国内对 3 0 沥青的使用与研究还 比较少， 考虑到广东 的天气状 况 ， 文中主要对沥青及混合料的高温性能展开研究。 1 沥青的主要性能 本研究所使用的沥青为佛 山中油高富石油沥青 有限公司生产的 3 0 硬质沥青， 为了更准确的评价其 路用性能 ， 将其路面中上层经常使用的5 0 、 7 0 沥青做 普通混凝土框架结构模型的地震加速度相差不多， 但 是位移减小的很显著。层位移的减小对于建筑物的 抗震性能的提高有很大的作用。因此， 粉煤灰陶粒混 凝土的抗震性能远远优于普通混凝土的抗震性能。 4结语 在地震发生时， 粉煤灰陶粒混凝土的轻质量和低 弹性模量以及 良好地变形性能使得地震波在其内的 传递速度比较慢， 而且可以比较快得吸收地震的冲击 能量， 因此， 粉煤灰陶粒混凝土在同样的地震荷载作 用下发生的破坏轻 ， 并且粉煤 灰陶粒混 凝土 的 自振周 期长， 利用粉煤灰陶粒作为骨料的减震效果 比较显 著。如果在承重结构和维护结构中都采用粉煤灰陶 粒混凝土， 那么它的减震效果将会更加显著。 随着建筑物高层化的发展 ， 人们原来越重视抗震 设防问题。我国抗震的设防原则是“ 小震不坏， 中震 可修， 大震不倒” ， 从这方面考虑， 本文作者以后将会 更加进一步得系统研究粉煤灰陶粒混凝土的抗震性 能， 从而使它能达到我国抗震设防的“ 三个水准” 。 比较， 也用佛山中油高富石油沥青公司生产的 5 0 和 7 0 沥青进行性能对比， 分别对着三种沥青按照 J T J 0 5 2 2 0 0 0 ( 公路工程沥青混合料实验规程 规定的方法 测定各性能指标表 1 。 从表中可以看出， 3 0 的软化点要高于5 0 和7 0 沥 青， 其中6 0 的动力粘度要 中明显高于另外两种沥 青， 根据我国 J T J 0 5 2 2 0 0 0 公路工程及沥青混合料 实验规程 中对道路石油沥青的要求， 除 1 5 延度外， 其余都能达到 A级标准。 2 级配设计 在硬质沥青的使用及研究方面 法 国一直走在世 界的前列， 技术也较为成熟， 所以在配合比设计时， 把 法国路面常用的沥青混凝土 一高模量沥青混凝土( A C E M E 1 3 ) 作为实验研究的其中一个级配。富沥青混 合料( F A C ) 在广东境 内的高速公路中已得到大量应 参考文献 1 】 任洪涛， 祖亚丽， 任泽民， 刘平 轻骨料混凝土剪力墙抗震性 能的试验研究 J 河北工业大学学报， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 3 ) ： 9 4 9 8 2 张林春， 张爱莲， 邓宏卫 矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗 压强度的影响 J 混凝土， 2 0 1 0 ， ( 6 ) ： 8 3 8 5 3 巴恒静， 杨英姿， 赵霄龙 掺合料复合化对高强混凝土强度及 显微结构的影响 J 混凝土， 2 0 0 0 ， ( 9 ) ： 7 1 0 4 龙广成， 王新友， 肖瑞敏 混凝土矿物掺合料的强度效应研究 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 2 ， 3 O ( 2 ) ： 1 3 91 4 3 5 李秋义， 王志伟， 李云霞， 田砾 海泥陶粒制备高性能轻集料 混凝土的试验研究 J 材料科学与工艺， 2 0 0 8 ， 1 6 ( 4 ) ： 5 4 7 5 5 0 收稿日期 2 0 1 2一 o 6 2 6 作者简介 张林春( 1 9 8 1 一) ， 男， 山东菏泽人， 硕士， 国家一 级注册结构工程师， 讲师 从事土木工程方面的 教学和科研 工作 。