尾矿砂混凝土板的力学性能试验研究.pdf

2 0 1 5年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI N A C ONCRE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 5 No 1 1 No v e mb e r 尾矿砂混凝土板的力学性能试验研究 管品武 ， 祝应喜 ， 孟会英 ( 1 郑州大学土木工程学院， 4 5 0 0 0 1 ； 2 河南徐辉建筑工程设计有限公司 ， 郑州 4 5 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 为研 究尾 矿砂应用 于混凝土楼板 中的可 能性 ， 设 计 了 5块 不 同替代率 ( O 、 4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 ) 的混凝 土 单向板对 比试验 研 究 了尾矿砂替代 率对混凝 土单向板 力学性能的影 响规 律 ， 为尾矿砂 混凝土的推 广利用提供 了试 验 依 据 。 关键词 ： 尾矿砂混凝 土； 单向板 ； 尾矿 砂替代率 ； 受弯性 能 Ab s t r a c t ： I n o r d e r f o s t u d y t h e p o s s i b i l i t y o f a p p l i c a t i o n o f t a i l s a n d i n c o n c r e t e fl o o r ，a n e x p e rime n t wh i c h c o n t a i n s fi v e o n e w a y s l a b s w i t h d i f f e r e n t r e p l a c e m e n t r a t e ( 0 ， 4 0 ， 5 0 ， 6 0 a n d 7 0 )i s d e s i g n e d a n d c a r r i e d o u t A n d t h e i n fl u e n c e o f r e p l a c e me n t r a t e o f t a i l s a n d o n c r a c k i n g l o a d ，u l t i ma t e l o a d ，t h e ma x i mu m wi d t h o f c r a c k a n d t h e mi d s p a n d e fl e c t i o n o f o n e wa y c o n c r e t e s l a b s a r e s t u d i e d ，wh i c h c a n p r o v i d e d e x p e rime n t a l e v i d e n c e s f o r t h e p o p u l a riz a t i o n a n d u t i l i z a t i o n o f t a i l s a n d c o n c r e t e Ke y wo r d s ： T a i l i n g s a n d c o n c r e t e ； On e - w a y s l a b ； Ra t i o o f t h e r e p l a c e me n t o f t h e t a i l i n g s a n d ； F l e x u r a l b e h a v i o r 中图分 类号 ： T U 5 2 8 7 9 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 1 1 - 4 1 - 0 4 0前 言 尾矿砂大量堆存不仅会造成严重污染 ， 甚 至可 能导致安全问题 。所以将尾矿砂替代部分天然砂 ， 具有显著的经济效益和社会效益。 目前 ， 对尾矿砂 利用研究主要集 中于材料 的基本性能研究 ， 对其结 构性能 的研究 比较少。因此 ， 本文设计了 5块不同 替代率 的混凝土单 向板 ，对其受弯性能进行试验 ， 为尾矿砂混凝土 的工程应用提供依据。 1 试 验 1 1 试件设计 试 验所用 的水泥 为 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水 泥 ： 粗骨料选用粒径为 5 - 2 0 mm普通碎石 ； 尾矿砂为 来 自湖北某矿区铁尾矿砂 ， 且天然砂及尾矿砂均为 中砂 ： 钢筋采 用 HR B 4 0 0级钢筋 ； 混凝土强 度设计 等级为 C 3 0 ， 其配合 比设计如表 1 所示。 试 验 中设计尾矿砂替代 率为变化参 数的混凝 表 1 混 凝土配合 比 k g m 土单向板 ， 其尺寸及配筋 ( HR B 4 0 0 ) 见表 2和图 1 。 表 2 试验板 的设计参数 业1 0 2 0 0 2 o 0 图 1 板试件构造 图( 单位 ： ra m) 1 2 试验加载方案 试验采用三等分点集 中力加载， 试件两端采 用简支支座 ， 加载装置如 图 2所示。 2试验 研 究 2 1 试验现象 尾矿砂混凝土板受力过程与普通混凝土板 类似 ： 各尾矿砂混凝土板在加载初始阶段基本处 于弹性工作状态 ， 随着荷载增大 ， 跨 中受拉区混 凝土首先达到极限拉应变 ， 混凝土开裂 ； 混凝土 开裂后 ， 钢 筋应 变急剧增 大 ， 荷载一 跨 中挠度 曲 一 41一 2 0 1 5年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 5期 压力 传感器 面开裂弯矩及极限弯矩见表 3 。 图 2 加载装置 ( 单位 ： m i l 1 ) 线斜率也随之发生变化 ；随着荷载的继续增大 ， 试 验板不断出现新的裂缝 ， 裂缝不断发展 、 增宽 ， 挠度 也 随着 荷 载 增 大逐 渐 增 大 ： 当受 拉 钢 筋 开 始 屈 服 时 ， 构件裂缝及跨 中挠 度开始 急剧增 加 ， 直至试件 达 到 承载 力极 限状 态 因此 。 尾矿 砂 混 凝土 板 破 坏 过程 与 普 通 混凝 土 板基本相 同 ， 都具有弹性 、 开裂 、 屈 服 、 破坏 四个 明 显 阶段 ， 且最终都表现为弯 曲破坏 。各试件跨 中截 1 4 0 l 2 0 g 1 0 0 8 0 恒 耧6 0 4 0 2 0 g 吕 惶 恒 疆 5 o o 1 0 0 0 1 50 0 2 0 0 0 应变 ( a ) T C B 一 1 ( c) T C B一 3 表 3 试验荷载 2 2 平截面假定适用性分析 图 3为试 件跨 中截面应变沿截面高度 的分布 情况 。 由图可知 ： 不同尾矿砂 替代率混凝 土板在受 力 过程 中 ， 不 同截 面高 度 处 的混 凝 土 应变 基 本 呈 线 性分布 即平截面假定仍适用于尾矿砂混凝土板的 受弯性能分析。 2 _ 3 板 顶混 凝 土应 变分 析 1 4 0 1 2 O 吕 惶 暄 辍 5 0 0 0 5 0 0 1 o 0 0 1 5 o 0 2 0 0 O 2 5 o o 应变 ( b ) T C B一 2 图 3试验板跨 中截面应变 图 4为各试件板顶混凝土应变变化情况 ， 由图 可知 ： 试件开裂之前 ， 混凝土应变值随着荷 载增 大 基本呈线性增长 ； 试件开裂后直至其破坏 ， 荷载一 混 凝土应变呈一条 曲线 ， 且 随着荷载增 大 ， 混凝 土应 4 2 应 变 ( d ) T C B一 4 变增加越快 ； 而且 随着尾矿砂 替代 率的提高 ， 在同 级荷载下 ， 板顶混凝土应变增长速度有 略微增大 的 趋势 。 2 4 纵筋应变分析 鲫 加 悭恒柩 管品武， 祝应喜， 孟会英 尾矿砂混凝土板的力学性能试验研究 应变 图 4荷载一 板顶混凝土应变 曲线 图 5表示各试验 板的荷载与纵筋 钢筋应变关 系 由图可知 ： 各试 验板加载初期 ， 荷载一 钢筋应变 基本成 线性关系 试 验板表现为弹性状态 ； 出现裂 缝 至钢 筋屈服前阶段 ， 试件开裂 ， 拉力开始 由钢筋 全部承担 。 其应变突然增大 ， 荷载一 钢筋应变关 系曲 线斜率 出现明显变化 ； 钢筋开始屈服至构件破坏 阶 段 此 阶 段 内 。 钢 筋 应 变 在 荷 载 没 有 明显 增 加 的情 况下 ， 急 剧增 长 。 应变 图 5 荷载一 钢筋应变 曲线 试验板破坏均为钢筋屈服后 ， 裂缝或挠度超过 限值导致破坏。尾矿砂混凝土板与普通混凝土板屈 服荷载基本一致 。 尾矿砂替代率较低的 T C B 一 1 试件 钢筋应变变化与普通混凝土板基本相同 ； 其他试件 同普通混凝 土板 相 比， 钢筋应变增加较快 ， 且替代 率越大趋势越明显 。 2 5 跨中挠度分析 试件荷载一 跨 中挠度曲线如 图 6所示 ，由图可 知 ： 与普通混凝土板类 似 ， 尾矿砂 混凝 土板整个受 力过程分 为三个 受力阶段 ： 混凝土开裂前 、 试件开 裂至纵筋屈服 、 纵筋屈服至试件破坏。试件开裂前 ， 其受力性能表现为弹性 。荷载一 跨 中挠度曲线基本 呈线性 ； 混凝土开裂后 ， 荷载一 跨 中挠度 曲线斜率开 始 出现明显变化 ， 并 出现第一个转折点 。至纵 向受 拉钢筋屈服前 。 裂缝数 量不 断增 多 。 裂缝宽度也不 断增大。同时 ， 试件跨 中挠度值 随荷载增长要较前 一 阶 段 快 ： 当试 件纵 向钢 筋 开始 屈 服 时 ， 板 跨 中挠 度快速增加 荷载一 跨 中挠度 曲线出现第二个转折 点 ， 然后 越来 越 接近水 平 。 分 析 各试 件 荷 载一 跨 中挠 度 曲线可 知 ：尾 矿砂 替代率较低 的 T C B 一 1 试件跨 中挠度值与普 通混凝 土板基本一致 ， 说明其抗弯刚度相差不大 。尾矿砂 替代率较高的其他构件 ， 其跨 中挠度与普通混凝土 试件相 比明显增大， 且随替代率增加呈增大趋势。 挠度 mm 图 6 各试件荷载一 挠度 曲线 2 6开裂性 能分 析 试 验 中 5块试 验 板 裂缝 开 展 情况 基 本 类 似 ： 各 试验板均是在跨 中纯弯段首先出现裂缝 ， 且裂缝宽 度随着荷载增 加而增 大 ； 纵 向钢筋屈服时 ， 裂缝宽 度 快速 增 大 。 直 至试 验 板达 到 承载 力 极 限状 态 。然 而 ， 随着尾矿砂替代率的变化 5块试验板裂缝开展 也有差异 ( 如图 7所示 ) ， 在同级荷 载下 ， 随着尾矿 砂替代率 的提高， 试件最大裂缝宽度呈略微增 大的 趋 势 裂缝宽 度 mm 图 7最 大 裂缝 宽度 对 比 图 43 z 铺楼