煤矸石对聚丙烯纤维水泥砂浆强度的影响.pdf

圆园23 年第 4 期基金项目院江苏省产学研合作项目渊BY2021044冤袁江苏省大学生创新创业训练计划项目渊202211276187H袁202211276034Z袁202211276188H冤遥王楷焘袁王安卿袁顾娟袁等院煤矸石对聚丙烯纤维水泥砂浆强度的影响煤矸石对聚丙烯纤维水泥砂浆强度的影响王楷焘袁王安卿袁顾娟袁姜景山袁朱兆悦袁王奕飞渊南京工程学院建筑工程学院袁江苏 南京211167冤摘要院以不同粒径的煤矸石替代水泥砂浆中的中粗砂袁研究不同粒径煤矸石及其替换率对煤矸石纤维水泥砂浆强度的影响遥试验结果表明袁煤矸石替代中粗砂骨料会导致水泥砂浆抗压强度显著降低袁替换率越高袁煤矸石粒径越小袁强度降低愈明显遥同时袁高替换率的大粒径煤矸石相较小粒径煤矸石强度降低更加明显袁0.5 mm煤矸石80%替换率组袁28 d抗压强度仅有8.549 MPa袁相对于对照组降低了81%曰聚丙烯纤维具有良好的阻裂效果袁能够大幅提高水泥砂浆的抗折强度遥关键词院水泥砂浆曰煤矸石曰聚丙烯纤维曰抗压强度曰抗折强度Abstract:Coal gangue of different particle sizes was used to replace medium and coarse sand in cement mortarto study the effects of coal gangue with different particle sizes and replacement rates on the strength of coalgangue fiber cement mortar.The test results show that the replacement of medium and coarse aggregate by coalgangue leads to a significant decrease in the compressive strength of cement mortar.The higher the replacementrate and the smaller the particle size of coal gangue,the more significant the strength reduction.At the sametime,large particle size coal gangue with high replacement ratio showed more obvious strength reductioncompared to small particle size coal gangue.The 28-day compressive strength of the 0.5 mm coal gangue 80%replacement group was only 8.549 MPa,decreased by 81%compared to the control group.Polypropylene fiberhas a good crack resistance effect and can greatly improve the flexural strength of cement mortar.Key words:cement mortar;coal gangue;polypropylene fiber;compressive strength;flexural strength中图分类号 TU528文献标识码 A 文章编号1004-5538渊2023冤04-0024-030引言我国作为煤炭开采第一大国袁每年因煤矿开采产生大量煤矸石固体废料袁其具有高含碳量尧低硬度尧高孔隙率等特点袁通过加工处理后代替部分混凝土集料制备绿色混凝土的潜力巨大曰煤矸石也具有良好的火山灰性袁可作为掺合料或替换部分骨料加入到混凝土制备中遥聚丙烯纤维具有良好的阻裂效果袁可大大减少混凝土裂缝的产生和发展袁降低内部孔隙率袁阻碍外部环境中的水分腐蚀性和化学介质尧氯盐等的侵蚀袁从而极大的改善和提高混凝土的耐久性1-3曰采用不同粒径的煤矸石替代聚丙烯纤维水泥砂浆中的中粗砂袁制备煤矸石纤维水泥砂浆袁并根据GB/T 17671要2021叶水泥胶砂强度检验方法(ISO法)曳进行抗压尧抗折强度试验遥本试验主要通过改变煤矸石对石英砂的替代率及煤矸石粒径探究高替换率煤矸石对占水泥比1%聚丙烯纤维掺量的煤矸石纤维水泥砂浆强度的影响袁探究其影响规律袁为今后的煤矸石回收利用与煤矸石纤维混凝土的制备提供参考遥1试验1.1原材料渊1冤P 窑 O 42.5硅酸盐水泥遥渊2冤0.1 mm尧0.2 mm尧0.5 mm颗粒粒径的煤矸石遥新型材料24-圆园23 年第 4 期王楷焘袁王安卿袁顾娟袁等院煤矸石对聚丙烯纤维水泥砂浆强度的影响新型材料图 1细骨料级配曲线渊3冤市售中粗石英砂袁颗粒级配如图1所示遥渊4冤灰霸聚羧酸高效减水剂遥渊5冤聚丙烯纤维袁纤维基本性能见表1遥渊6冤水遥1.2试验方案根据GB/T 17671要2021 叶水泥胶砂强度检验方法渊ISO冤曳设计水泥砂浆袁OMC组不添加聚丙烯纤维袁不采用煤矸石替换石英砂曰A袁B袁C三组分别采用0.1 mm尧0.2 mm尧0.5 mm粒径的煤矸石替代40%尧60%尧80%的石英砂袁并在水泥砂浆中加入水泥比1%的聚丙烯纤维袁配合比见表2遥每一种配合比水泥砂浆试件制备9个袁尺寸为40 mm伊40 mm伊160 mm袁试件成型后24 h脱模袁以3个试件为一小组标号在养护箱内清水浸泡养护袁分别进行龄期为7 d尧14 d和28 d的抗压尧抗折试验袁3个试件试验强度取平均值即为对应龄期的抗压或抗折强度遥2试验结果分析2.1抗压强度A尧B尧C三组水泥砂浆7 d尧14 d尧28 d的抗压强度如图2所示袁相较OMC组45.599 MPa均大幅下降袁下降幅度均大于40%曰所用煤矸石粒径越小替换率越高袁强度降低越明显曰同时袁B3组与C3组与A组试验数据对比袁高替换率的大粒径煤矸石对抗压强度的降低效果要小于小粒径煤矸石曰聚丙烯纤维提供的拉力无法有效阻止因压力而产生的大量界面裂缝袁裂缝绕过了纤维产生破坏袁故在水泥砂浆抗压强度提升中的表现并不明显4-5曰相较于OMC组袁A尧B尧C三组中的水泥砂浆密度均降低了9%10%袁含碳量提升袁水泥砂浆整体硬度降低袁孔隙率上升袁抗压能力下降6曰为保证混凝土试件强度达标袁故不建议采用较细的煤矸石替换细骨料袁当采用合适粒径的煤矸石时也应注意替换率不宜超过50%遥表 1纤维基本性能纤维基本性能指标指标数值长度/mm直径/mm密度/渊kg/m3冤抗拉强度/MPa熔点/益190.0250.91630185表 2试验配合比编号水泥质量比标准砂质量比W/C煤矸石粒径/mm煤矸石替换率%OMCA1A2A3B1B2B3C1C2C311111111112.21.320.880.441.320.880.441.320.880.440.550.550.550.550.550.550.550.550.550.55-0.10.10.10.20.20.20.50.50.5-406080406080406080渊a冤煤矸石粒径 0.1 mm渊b冤煤矸石粒径 0.2 mm渊c冤煤矸石粒径 0.5 mm渊d冤替换率 40%渊e冤替换率 60%渊f冤替换率 80%图 2不同粒径煤矸石水泥砂浆各龄期抗压强度颗粒料径/mm25-圆园23 年第 4 期2.2抗折强度A尧B尧C三组水泥砂浆7 d尧14 d尧28 d的抗折强度如图3所示袁相较OMC组11.592 kN均大幅提升袁上升幅度均在84%以上曰抗折与抗压强度并不具备明显的相关性曰水泥砂浆的初期抗折强度及强度增长率相较OMC组具有明显的提升曰煤矸石大量替代中粗骨料会导致混凝土抗折强度的降低袁煤矸石的高含碳量与高孔隙率导致了其低强度袁试验中发现混凝土的破裂面上煤矸石与现有研究相似的随混凝土破坏而一同破坏7袁故煤矸石无法在混凝土中起到有效的抗拉强度提升作用曰抗折强度一般体现的是混凝土在弯矩下引起的拉应力破坏袁聚丙烯纤维在混凝土中呈现三维立体分布袁可有效降低裂缝顶端的应力集中袁再依靠其优秀的抗拉能力阻止裂缝的产生与发展曰在本试验中袁相较OMC组袁抗折强度提升最大的为B3组袁提升了212.7%袁达到36.249 kN曰综上所述袁在混凝土制备中加入适量的聚丙烯纤维可以有效提高混凝土的抗折性能袁但应控制其添加量袁防止纤维结团导致纤维无法发挥有效抗拉能力遥3结论渊1冤细煤矸石大量替代中粗砂骨料会导致水泥砂浆抗压强度的大幅下降袁替换率越高袁煤矸石越细袁强度降低幅度越大曰在高替换率时袁较粗的煤矸石水泥砂浆的抗压强度低于较细的煤矸石水泥砂浆曰建议工程实际中避免采用过细的煤矸石代替混凝土骨料遥渊2冤聚丙烯纤维的加入能大幅提升水泥砂浆抗折强度袁聚丙烯纤维对水泥砂浆的抗折强度提升远优于抗压强度提升袁抗压强度与抗折强度不存在明显相关性曰工程实际中可适当添加聚丙烯纤维袁提升混凝土构件的抗折性能遥参考文献1史丽峰.氯盐侵蚀对纤维混凝土强度的影响研究J.市政技术,2021,39(12):109-113.2孙华琦,徐博,元成方.高温作用后聚丙烯纤维混凝土氯离子渗透性能研究J.混凝土,2016(6):31-34.3梁树锋.喷射纤维混凝土在硫酸盐腐蚀环境下的劣化规律J.石家庄铁道大学学报(自然科学版),2019袁32渊1冤院121-126.4蔡鹏宏,李宗华.聚丙烯纤维混凝土疲劳特性研究J.公路交通科技(应用技术版),2012,8(11):9-11.5张慧莉,田堪良.矿渣聚丙烯纤维混凝土抗弯疲劳性能J.浙江大学学报(工学版),2011,45(4):699-707.6李庆文袁张向东袁李桂秀袁等.自燃煤矸石轻骨料混凝土碳化深度研究J.环境工程学报袁2016袁10渊5冤院2616-2620.7牛晓燕袁高琦翔袁李深圳袁等.非自燃煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响J.河北大学学报(自然科学版)袁2022袁42渊2冤院131-138.第一作者院王楷焘渊2002-冤袁男袁本科袁建筑工程专业遥渊编辑院王海侠冤渊收稿日期院2023-4-25冤王楷焘袁王安卿袁顾娟袁等院煤矸石对聚丙烯纤维水泥砂浆强度的影响渊a冤煤矸石粒径 0.1 mm渊b冤煤矸石粒径 0.2 mm渊c冤煤矸石粒径 0.5 mm渊d冤替换率 40%渊e冤替换率 60%渊f冤替换率 80%图 3不同粒径煤矸石水泥砂浆各龄期抗折强度新型材料26-