1、2023年第6 期(总第40 4期)Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.025混凝土ConcreteMATERIALAND ADMINICLE原材料及辅助物料双掺纳米二氧化钛和秸秆灰对混凝土力学及微观特性试验研究刘先南1,王珂,李学军3(1.广州白云国际机场股份有限公司,广东广州510 47 0;2.广东粤皖混凝土有限公司,广东中山52 8 40 0;3.华南理工大学,广东广州510 6 41)摘要:我国水泥行业每年排放大量二氧化碳,为降低水泥用量,采用纳米二氧化钛及秸秆灰替代部分水泥,研究不同混
2、合料掺量对混凝土落度、抗压及抗拉强度等影响,同时利用SEM探究双掺混合料对混凝土微观结构的影响,并使用CT扫描仪研究单轴压缩下混凝土损伤规律,且利用MATLAB软件提取裂缝长度。试验结果表明,随混合料掺量增加,落度呈先增加后下降趋势;掺入纳米二氧化钛与秸秆灰对混凝土早期抗压及抗拉强度提高影响较小,对后期强度影响较大,掺入10%纳米二氧化钛与15%秸秆灰时混凝土抗压及抗拉强度达到最高;SEM图像显示,纳米二氧化钛及秸秆灰协同作用可有效降低孔隙率改善混凝土微观结构;随应变增加,不同掺量下CT数均值呈先增加后下降趋势;掺入纳米二氧化钛及秸秆灰时,裂缝总长度呈下降趋势,但当掺人2 0%的秸秆灰时,裂缝
3、总长度达17 2.6 m,过量秸秆灰对混凝土微观结构产生不利影响。关键词:纳米二氧化钛;秸秆灰;抗压强度;SEM;C T 数均值;裂缝中图分类号:TU528.041Abstract:Chinas cement industry emits a large amount of carbon dioxide every year,in order to reduce the amount of cement,it usesnano-TiOz and straw ash to replace part of the cement,to study the effect of different mi
4、xes on concrete slump,compressive strength,etc,using SEM to explore the effect of double mixes on the microstructure of concrete,and use CT scanner to study the damage law of concreteunder uniaxial compression.Extraction of fracture length by MATLAB software.The test results show that the slump tend
5、s to increase andthen decrease with the increase of the mixture.The effect of incorporating nano-TiO2 and straw ash on the early compressive and tensilestrength of concrete is relatively small,but the effect on the later strength is greater,with the highest compressive and tensile strength ofconcret
6、e being achieved when 10%nano-TiO,and 15%straw ash are incorporated.SEM images show that the synergistic effect ofnano-TiO2 and straw ash can effectively reduce the porosity and improve the microstructure of concrete.With the increase of strain,themean value of CT number increases and then decreases
7、 at different dosing levels.The total length of cracks decreases when nano-TiO2 andstraw ash are incorporated,but when 20%of straw ash is incorporated,the total length of cracks reaches 172.6 m,and the excessiveamount of straw ash has a negative effect on the microstructure of concrete.Key words:nan
8、o-TiO2;straw ash;compressive strength;SEM;CT number mean;cracks文献标志码:AExperimental study on the mechanical and microscopic properties of concrete bydouble-doped titanium dioxide nano-TiO,and straw ash(1.Guangzhou Baiyun International Airport Co.,Ltd.,Guangzhou 510470,China;2.Guangdong Yuewan Concret
9、e Co.,Ltd.,Zhongshan 528400,China;3.South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)文章编号:10 0 2-3 550(2 0 2 3)0 6-0 12 5-0 5LIU Xiannan,WANG Ke?,LIXuejun氧化碳。因此,迫切需要新材料替代部分水泥。目前众多0引言学者研究新材料替代普通硅酸盐,如粉煤灰、稻壳灰、甘蔗随着我国基础建设的大力开发,普通硅酸盐水泥需求渣灰、炉渣、偏高岭土等材料 2-3 ,上述材料替代水泥掺人混量猛增。但由于水泥生产过程中会产生大量二氧化碳,对凝土中
10、不仅有效提高混凝土的性能,同时也减少水泥用量环境造成极大污染。2 0 2 1年我国水泥年产量约为2 3.8 亿t,降低水泥生产对环境的影响,有效缓解环境压力。据估计每生产1t的水泥,就会产生约1t的二氧化碳,这使近年来,纳米材料的发展为土木工程领域带来了新的得仅水泥行业每年就会向大气中排放超过2 3.8 亿t的二发展思路。现有结果表明,纳米二氧化钛替代部分水泥可有收稿日期:2 0 2 2-0 3-0 6基金项目:国家自然科学青年基金(517 0 8 3 10 6);广东省自然科学基金项目(2 0 19 A030314799)125效提高混凝土的力学和耐久性能,改善水泥砂浆和混凝土的微观结构。徐
11、超 4利用纳米二氧化钛替代部分水泥研究其对混凝土的影响效果,结果表明纳米二氧化钛在混凝土中可以有效填充孔隙,降低混凝土孔隙率,提高混凝土抗压及抗拉强度等力学性能。张筱逸5掺入3%的纳米二氧化钛替代水泥,研究发现纳米二氧化钛在混凝土养护早期时会促进水泥水化,可以将氢氧化钙加速转化为C-S-H凝胶,从而使混凝土早期的力学性能得到提高,且纳米颗粒可降低冻融循环对混凝土的破坏,提高混凝土抗冻性能。苗生龙探讨高温下纳米二氧化钛混凝土的力学性能,结果表明,掺人纳米二氧化钛可降低高温下混凝土的质量损失,提高混凝土耐高温性能。我国是玉米产量大国位居世界第二,每年产量约为2.726亿t,但每年秋收以后,大量玉米
12、秸秆无法得到有效处理,部分农民采用私自焚烧玉米秸秆的方式,致使当地空气质量下降,同时焚烧时产生的有害气体会对人体健康带来一定危害。为解决玉米秸秆处理难等问题,部分学者提出将玉米秸秆通过高温无害处理后,利用秸秆灰替代部分水泥。许鹏8 利用XRD及XRF研究秸秆灰活性及成分,结果表明秸秆灰结构为晶体,存在无定型化合物,具有一定活性,主要成分为SiO2、A l,O,等,满足火山灰材料的要求。王淑娟9 从活性指数、水化产物等研究秸秆灰掺人混凝土中的可行性,结果显示经磨细后的秸秆灰2 8 d活性指数可达9 0.3 2%,通过XRD图谱可以观察出C-S-H及C-H的存在。张强 10 探讨不同掺量秸秆灰对混
13、凝土耐久性能的影响,试验结果表明当秸秆灰掺量为10%时,质量损失率小于素混凝土,可改善混凝土抗冻性能。上述研究表明,纳米二氧化钛及秸秆灰均可有效提高混凝土力学性能,但随着我国资源日益紧张及环境恶化,呕需减少水泥用量,加大固废物利用率。基于此,本研究联合使用纳米二氧化钛及秸秆灰替代水泥,通过落度探究其工作性能,利用抗压及抗拉强度探究纳米二氧化钛及秸秆灰对混凝土力学性能的影响,采用扫描电镜观察不同掺量下混凝土微观结构。同时本研究以单轴压缩条件下混凝土微观损伤演化的CT图像为研究对象,以CT数均值变化为判断依据,研究CT均值与混凝土损伤间的规律,利用MATLAB软件实现裂缝的识别和提取,并对裂缝长度
14、进行统计分析,进一步探讨纳米二氧化钛及秸秆灰混凝土在单轴受压条件下的损伤变化规律。研究结果可为纳米二氧化钛秸秆灰混凝土相关研究提供参考依据。1试验1.1试验材料本研究使用PO42.5级水泥,购自唐山冀东水泥有限公司,平均粒径为2 2 m,比表面积为3 3 0 m/kg,28d抗压强度为2 5.6 MPa,终凝时间为2 3 0 min,体积安定性满足合格标准,其化学成分见表1。研究所用河砂的细度模量为2.8 0,表观密度为2 6 50 kg/m。粗骨料采用花岗岩碎石,平均粒径为9.5mm,表观密度为2 8 10 kg/m。试验所用水来自试验室自126来水。纳米二氧化钛购自上海谱振生物科技有限公司
15、,白色粉末,平均粒径为15nm,比表面积为7 7.3 7 m/g,晶体类型为锐钛矿晶型,二氧化钛含量大于9 3%。研究使用的玉米秸秆来自黑龙江省鸡西市。首先将玉米杆人工切碎,然后将切碎的玉米杆放置在马弗炉中烧6h,温度控制在6 0 0。熳烧后的玉米秸秆灰煜用2 0 0 目筛子筛分。其中张树峰 叫学者指出将秸秆灰磨细后,有助于提高其反应活性,同时粒径较小的秸秆灰可以起到填充孔隙效果。因此本试验使用F1033000纳米研磨仪,将筛分后的秸秆灰研磨16 0 min,获得平均粒径为12.2 5m,比表面积为56 0 m/kg的秸秆灰,化学成分如表1所示。表1水泥及秸秆灰化学成分化学成分水泥SiO220
16、.60Al.O;6.32Fe:O33.46Cao60.80Mgo4.22SO31.93其他2.671.2试样制备混凝土配合比按照JGJ552011普通混凝土配合比设计规范 12 要求确定,本研究将纳米二氧化钛掺量控制为定量,选择掺入10%,秸秆灰分别按照5%、10%、15%、2 0%掺入,配合比如表2 所示。将粗、细骨料混合后放人搅拌机中搅拌1min;然后将纳米二氧化钛与秸秆灰称重,在无水条件下与粗细骨料混合2 min,使4种材料充分混合后,将自来水加人混合材料中混合3 min。之后,将混合好的材料放人6 0 mmx120mm及10 0 mm100mmx100mm的模具中,然后将其放在振动台上
17、进行振动和压实。为避免试验数据单一性,相同配合比下共制作3 个平行对照试件,试件共制作3 0 个圆柱型混凝土及3 0 个立方体混凝土。将混凝土放人温度为(2 0 2)且湿度超过9 5%的标准养护室中。混凝土在2 4h后进行脱模,并分别养护7、2 8 d进行相关测试。表2 混凝土配合比组别水水泥纳米 TiO,秸秆灰A1150333.00A2150283.05A3150266.40A4150249.75A5150233.101.3试验方法落度测试依据规范普通混凝土拌合物性能试验方法标准13 执行,将原材料进行拌和后,利用落度锥筒进行落度试验。抗压强度由CT扫描仪所携带的加载设备获得相关数值。劈裂抗
18、拉强度由WDW-300型万能机完成。微观测试利用JSM-5600LV型电子显微镜,微观图像放大50 0 0 倍,对养护周期2 8 d的混凝土进行微观测试,试样取自单轴压缩下混凝土破碎后试件中部位置。%秸秆灰62.1016.293.185.193.561.877.81kg/m3细骨料粗骨料0033.3016.6533.3033.3033.3049.9533.3066.608648648648648641 0961 0961 0961 0961 096CT扫描试验由三峡大学仁和医学中心CT扫描仪(飞利浦辉煌螺旋CT)完成,功率150 0 W,探测器精度8 3 m。为有效采集混凝土在单轴压缩下的 C
19、T图像,将CT扫描仪安装便携式动态加载设备(PDLE),即可实现混凝土试样受力情况下采集CT图像的目标,且该加载设备可获得应力-应变曲线。CT扫描仪以0.4s的速度进行旋转并以0.5mm的间距进行扫描,每个混凝土试样约获得47 9 张2D图像,本研究对养护2 8 d的试件进行扫描。CT扫描仪如图1所示。Cylinde图1CT扫描仪2结果与讨论2.1工作性能图2 为不同混合料掺量下混凝土落度变化曲线。由图2 可知,随混合料掺量增加,落度呈先增加后下降趋势,变化规律为A4A3A5A2A1,掺量A4时混凝土具有较好的流动性,落度最大为2 0 2 mm,但过量混合料(A5)会降低混凝土落度,原因为过量
20、秸秆灰颗粒的比表面积大于水泥的比表面积,将吸收更多的水,且易导致纳米二氧化硅与秸秆灰相互聚合形成表面积更大的团聚体,进一步增强混凝土内部骨料之间的摩擦,限制骨料位移及水泥浆体流动性,减少混凝土的落度。同时可观察到混合料的掺入均可有效提高混凝土落度,掺量A2A5较A1(素混凝土)分别提高6.8 2%、11.3 6%、14.7 7%、8.52%,表明当纳米二氧化钛与秸秆灰掺入混凝中,会提高其和易性,主要原因为纳米二氧化钛与秸秆灰密度均小于水泥,当一定量粉体替代部分水泥时,使拌合物中的浆体增多,同时纳米二氧化钛与秸秆灰粒径较小,在骨料间起到“滚珠”效应,增加浆体的流动性,提高落度。因此,在纳米二氧化
21、硅掺量不变的情况下秸秆灰应适量掺入,防止过量掺量导致水泥浆体产生离析、泌水等现象,影响混凝土工作性能。2.2抗压强度由加载设备所获得的应力-应变曲线,即可得到不同混合料掺量下混凝土抗压强度变化曲线。试验结果如图3 所示。由图3 可知,掺入纳米二氧化硅与秸秆灰对混凝土早期抗压强度提高影响较小,对后期强度影响较大。养护7 d时,不同混合料混凝土抗压强度呈非线性上升趋势,增加幅度缓慢,A2A5较A1分别提高2 2.2 2%、2 7.7 8%、44.44%、47.12%,强度增加缓慢主要由于早期水泥水化效率较低,220200180160A1507d28d4030PDLE2010A1产生较少Ca(OH)
22、,而纳米二氧化硅与秸秆灰作为火山灰材料均需在碱性环境中发生反应,因此无法产生大量C-S-H凝胶填充孔隙有效提高混凝土强度,仅由纳米二氧化硅与秸秆灰共同填充部分孔隙。养护2 8 d时,随秸秆灰掺量增加混凝土抗压强度呈先增加后下降趋势,A2A5较A1分别提高12.9 0%2 9.0 3%、48.3 8%、45.16%,最大抗压强度可达47MPa,究其原因为纳米二氧化钛与秸秆灰颗粒掺入到混凝土中均进行物理和化学反应,两种材料不仅作为火山灰材料,消耗C-H并产生额外的 C-S-H凝胶,而且可以通过填充孔隙、减少孔隙率提高混凝土密实度。而持续掺入秸秆灰时,水泥质量相应减少,导致水泥水化产物生成量降低,无
23、法提供足量的Ca(O H)2 供秸秆灰与纳米二氧化硅发生火山灰反应,出现抗压强度下降趋势。2.3抗拉强度图4为不同养护周期及掺量的混凝土劈裂抗拉强度试验结果。劈裂抗拉强度与抗压强度增长趋势相同,均表现出掺人纳米二氧化硅与秸秆灰对混凝土早期抗拉强度提高影响较小,对后期强度影响较大。养护周期为7 d时,素混凝土抗拉强度仅为0.8 2 MPa。当养护周期为2 8 d时,不同掺量的纳米二氧化硅与秸秆灰混凝土的抗拉强度为2.1、2.9、3.5、4.4、4.2 M P a,较养护周期7 d分别增长156.0 9%、222.22%、2 18.19%、2 3 8.46%、2 0 1.57%,主要原因为随养护周
24、期增加,水泥水化速率加快,产生一定量的Ca(OH)2,加快纳米二氧化硅与秸秆灰协同发生火山灰反应,产生大量胶凝物质,进一步填充孔隙,使颗粒接触面积增大,在受外力作用下,颗粒不易发生变形与位移,导致抗拉强度提高。同时可观察到,养护2 8 d下,随混合料掺量增加,抗拉强度呈先上升后下降趋势,因此,纳米二氧化钛及秸秆灰应适量掺人。2.4SEM微观测试选择养护2 8 d下,掺量A1、A 4、A 5的混凝土127A2图2 落度A2A3组别图3 抗压强度A3组别A4A4A5A554321上0A1试件进行测试。SEM图像如图5所示。从图5(a)可以观察到,素混凝土(A1)内部存在较多孔隙,且集料间的胶结效果
25、较差,胶凝物质较少。当掺量达到A4时,可以明显观察到混凝土内部大孔数量及联通孔隙减少,主要由于10%纳米二氧化钛及15%的秸秆灰协同产生大量胶凝物质填充孔隙、改善孔结构,且胶凝物质包裹集料效果较好,进一步提高混凝土密实度,宏观上表现出A4掺量下,混凝土抗压及抗拉强度最高。随秸秆灰掺量继续增加,混凝土内部大孔数量及联通孔隙增多,微观上表现出试件较低的致密性,A5掺量下虽存在一定数量的胶凝物质,但由于胶凝物质生成量较低,无法有效填充孔隙,导致A5掺量下试件的抗压及抗拉强度呈下降趋势。骨料,但大于裂缝和孔隙,因此它的颜色为浅灰色。+-7d28dA2图4抗拉强度A3组别A4A5图6 CT图像的放大部分
26、根据各像素点及相邻像素点CT数的变化,进行阀值分割提取混凝土不同位置下CT图像中的孔隙及裂缝。同时用MATLAB软件进行二值化处理,将小于阈值的所有像素值设置为0(黑色),所有大于值的值变为1(白色)进一步识别产生的裂缝和孔隙。处理结果如图7 所示。经二值化处理后,可以明显识别出孔隙及裂缝。图7(b)中,黑色为骨料和砂浆,白色为孔隙及裂缝。(a)处理前图7 CT图像二值化处理um5m(a)A1(b)A4m(c)A5图5SEM图像2.5单轴压缩混凝土损伤分析2.5.1CT 图像处理本研究使用MATLAB软件对图像进行处理和定量分析。在对图像进行分割之前,先进行平滑、去除噪声,从而提取更多的裂缝信
27、息,使混凝土内部孔隙及裂缝更加突出。图6为原始CT图像,原始CT图像噪声较多,无法有效识别图像中的信息。且从图6 可以看出,不同的灰度等级对应于不同的CT值,内部混凝土材料密度的不同对应CT值也不同。例如,沿黑线自左向右时,由于骨料CT数较大,CT图像中的颜色接近白色;而裂缝或气孔的CT数较少,CT图像中的颜色为黑色;骨料周围存在水泥砂浆,该区域的密度低于128(b)处理后2.5.2CT数均值CT数由 CT扫描仪直接获得,研究CT数变化,可进一步探究混凝土在单轴压缩过程中损伤规律,即CT数均值越大,混凝土越密实,CT数均值越小,表明混凝土内部存在一定孔隙及裂缝 14。本研究选取感兴趣区域混凝土
28、试件中部处CT图像为研究对象,探究CT数均值变化与混凝土损伤间的联系。图8 为混凝土在单轴压缩下CT数均值随应变变化曲线。由图可知,随应变增加,不同掺量下CT数均值呈先增加后下降趋势。相同应变条件下,CT数随混合料掺量增加呈先增加后下降趋势,掺量A4时CT数均值均达到最大,说明适量秸秆灰及纳米二氧化硅联合作用填充孔隙,可以有效提高混凝土密实度。CT数的变化,可进一步反应混凝土损伤过程,大致可分为4个阶段:(1)开始阶段(AB段):加载开始时,混凝土中部CT数均值变化很小。随着载荷的增加,CT数均值明显增加,但增加幅度较小,主要因为混凝土试件在加载过程中孔隙被压缩,导致骨料间的接触面积增大,混凝
29、土呈密实状态,强度也随之增加。(2)裂缝开始扩展阶段(B点):随着荷载继续增加,混凝土中部的CT数均值在达到一定应变时开始下降,表明混凝土内部损伤开始通过水泥浆并沿界面过渡区传播,开始产生一定裂缝且这些裂缝通常从孔隙边缘产生 5。2650A262025902500500B400DA1A2A 3AA4VA5um/傲3 0 0200上23000(3)裂缝扩展阶段(BC段):随应变继续增加,混凝土中部的CT数均值呈下降趋势,混凝土内部裂缝逐渐扩大,同时可观察到混凝土试件出现体积膨胀现象。(4)破坏阶段(CD段):当应变达到一定阀值时,试样进入破坏阶段,此时CT数均值急剧下降,说明混凝土内部孔洞较多,
30、且外力作用下裂缝迅速延伸、扩宽,最后形成宏观裂缝,混凝土试件强度迅速下降。2.5.3裂缝长度利用MATLAB软件对已二值化的图像重新处理,技术细节参考文献 16 利用bwareaopen函数进行裂缝提取,本研究选取不同混合料掺量下试件破坏时(应力峰值)的CT图像进行处理(CT图像选取试样中部),图像处理结果如图9 所示。由图9 b)可知,裂缝不均匀分布在混凝土试件中,且裂缝多集中在试件的右下部,造成该现象的原因为混凝土振捣过程中,右下部砂浆及骨料振捣不充分,存在较多孔隙,在外力作用下,易导致孔隙相互联通产生裂缝。(a)处理前图9 裂缝提取将处理后的裂缝图像,重新导人到MATLAB软件进行裂缝的
31、统计与分析。首先使用MATLAB计算白色裂缝像素数量,然后利用像素数量乘以系数0.0 0 3 7 1可近似代表裂缝长度 17。结果如图10 所示。由图10 可知,素混凝土在单轴压缩下,裂缝总长度为452.9 m,裂缝在混凝土内部不均匀分布,且由于裂缝总长度较长,导致骨料间接触面积下降,这也是素混凝土力学性能较差的原因。当掺人纳米二氧化钛及秸秆灰时,裂缝总长度呈下降趋势,说明纳米二氧化钛及秸秆灰联合使用可有效降低混凝土裂缝长度,掺量A2A5较素混凝土裂缝总长度分别降低6 1.17%、87.92%、2 7 8.9 9%、16 2.3 9%,掺量A2、A 3 裂缝长度下降幅度较低、而掺量A4下降幅度
32、最大,裂缝总长度为119.5m,说明10%纳米二氧化钛及15%秸秆灰可有效抑制裂缝的延伸和扩展,改善微观结构。但当掺人2 0%的秸秆灰时,裂1000.30.6应变/%图8 CT数均值(b)处理后J0.91.2A1缝总长度达17 2.6 m,较A4增加44.43%,表明过量秸秆灰会导致混凝土内部孔隙增多,且孔隙数量较多会出现孔隙联通现象进一步产生裂缝。3结论(1)掺入纳米二氧化钛及秸秆灰可有效提高混凝土落度,且随混合料掺量增加,落度呈先增加后下降趋势。(2)养护2 8 d时,随秸秆灰掺量增加混凝土抗压及抗拉强度均呈先增加后下降趋势,最大抗压及抗拉强度分别为47、4.4MPa,表明10%纳米二氧化
33、钛及15%秸秆灰可有效提高混凝土力学性能,为最优掺量。(3)S EM 图像显示,素混凝土内部具有较多孔隙,而纳米二氧化钛及秸秆灰的掺人可改善混凝土微观结构,孔隙得到降低。(4)相同应变条件下,CT数随混合料掺量增加呈先增加后下降趋势,当掺人10%纳米二氧化钛及15%秸秆灰时CT数均值均达到最大。(5)混凝土在单轴压缩下,裂缝总长度随混合料掺量增加呈先下降后上升趋势。参考文献:1 白玫.中国水泥工业碳达峰、碳中和实现路径研究 ,价格理论与实践,2 0 2 1(4):4-11,53.2 赵宇飞,赵家琦,杨绿峰,等.大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型研究.硅酸盐通报2 0 18 2 6 4(9)
34、:2 9 41-2 9 47,2 9 53.3 周建伟,李辉,郑伍魁,等,掺粉煤灰和偏高岭土对高强混凝土不同温度下力学性能的影响 硅酸盐通报,2 0 19,2 7 9(12):3 9 52-3 9 58.4 徐超,陈有亮,杜曦.纳米二氧化钛颗粒对混凝土力学特性的影响 .工业建筑,2 0 2 1,51(4):154-16 0.5 张筱逸.纳米 TiO,改性水泥混凝土的制备及其力学和耐久性能研究 J.功能材料,2 0 2 1,52(12):12 0 7 9-12 0 8 3.6 苗生龙,李庆涛,赵园园,等.高温后纳米 SiO,混凝土力学性能试验研究 J,应用基础与工程科学学报,2 0 2 1,2
35、9(4):9 9 9-10 0 6.7 钱煜昊,罗乐添.粮食安全、逆全球化与“走出去”战略中国粮食产业的全球化布局策略研究 J农村经济,2 0 2 1(8):7-17.8 许鹏,许昌东,王正君,等.生物质秸秆灰活性分析及对混凝土力学特性的影响 J.混凝土,2 0 2 0(3):10 8-112,116.9 王淑娟,金玉杰.秸秆灰理化特性及作为混凝土掺和料可行性 .非金属矿,2 0 2 0,43(2):3 0-3 3.10张强,李耀庄,刘保华,等.秸秆灰混凝土力学性能试验及强度预测 J.农业工程学报,2 0 17,3 3(2):2 59-2 6 5.129A2图10 裂缝总长度.下转第13 3
36、页A3组别A4A5115.7 MPa。(2)当碎石掺量小于UHPC原料质量的40%时,随着碎石掺量的增加,试块的抗压强度逐渐提高。40%掺量2 8 d立方体抗压强度相比于2 0%掺量提高了4.6%。这可能是因为本组试验所采用粒径为4.7 5 19 mm石灰石碎石,表面粗糙、与基体的黏结能力较好,且石灰石质地坚硬,母岩强度较高,本身具有较高的抗压强度。(3)当碎石掺量超过UHPC原料质量的40%后,随着碎石含量的增加,试块的抗压强度逐渐下降;掺量10 0%的立方体试块2 8 d抗压强度仅为掺量为40%的9 1%,抗压强度值下降明显。这可能是由于碎石掺量过多水泥浆体无法充分包裹集料界面或者包裹层较
37、薄,造成了骨料与基体的黏结力不足;同时基体对界面过渡区的增强作用反而降低,其骨架作用已不足以抵抗其界面缺陷所带来的负面影响,其内部结构缺陷增多从而导致抗压强度的下降。3结论通过对预拌成品UHPC添加2 cm内不同粒径、不同掺量碎石开展不同龄期的抗压强度试验,分析了粗骨料含量对成品UHPC抗压强度的影响,得出结论如下:(1)粗骨料粒径的不同对预拌成品UHPC抗压强度值影响较小,未进行碎石筛分与已筛分后制备的试块2 8 d抗压强度最大仅相差3.0%,故在制备含粗骨料超高性能混凝土时可直接利用常规混凝土使用的碎石,可不用再次筛分,以节约成本、提高效率。(2)不同粗骨料掺量的成品UHPC试块3 d抗压
38、强度与2 8 d强度比值均稳定在0.8 4 0.8 7 之间,7 d抗压强度与2 8 d强度之比均稳定在0.9 1 0.9 7 之间,可见掺加粗骨料后的预拌成品UHPC的前期强度增长较快,可在短时间内形成较高的强度。(3)当碎石掺人量不超过50%时,不同粗骨料掺量的UHPC试块2 8 d立方体抗压强度均达到C100的设计配合比要求。(4)当掺入相同粒径粗骨料时,随着其掺量的增加UHPC抗压强度先增大后减小。在掺量为40%时抗压强度达到最大值,3、7、2 8 d强度分别为10 0.5、112.5、115.7 MPa。故在实际工程应用中,可考虑在预拌成品超高性能混凝土中加入40%UHPC原料质量的
39、粗骨料,以在保证UHPC强度的同时,尽可能节约生产成本。上接第12 9 页11张树峰.水泥基-玉米秸秆灰胶结充填材料基本性能试验研究 D太原:太原理工大学,2 0 2 0.12普通混凝土配合比设计规程:JGJ552011S.13普通混凝土拌合物性能试验方法标准:GB/T500802016S14王梦蔚,卢广达,黄丹.基于 CT 扫描试验及数字图像处理的混凝土宏细观建模研究 J.混凝土,2 0 14(11):2 7-3 0.15薛贵堂.粗骨料强化对再生混凝土性能影响研究 D,西安:西安科技大学,2 0 2 1.16刘娟红,孟翔,段品佳,等.基于MATLAB的混凝土裂缝宽度计参考文献:1 王德辉,史
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