油菜秸秆纤维混凝土力学性能研究.pdf

2 0 1 2年第 l 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCR ET E AND C EME NT P R0DUC 2 01 2 No 1 2 De c e mb e r 油菜秸秆纤维混凝土力学性能研究 刘巧玲 ， 刘保华 ， 张 强 ( 湖南农业大学 ， 长沙 4 1 0 1 2 8 ) 摘要 ： 研 究 了不同掺 量及 尺寸油菜秸秆纤维对混凝土表观 密度和抗压 强度的影响 。结果表 明， 相 同配合比条 件 下 ， 随着掺量 的增 大， 油菜秸秆纤维混凝土表观 密度和抗压 强度均降低 ； 但 -3秸秆纤维长度 大于 2 O c m 时， 抗压强 度降低幅度趋缓 ， 且极 限承 载状 态下表现 出良好 的塑性 。 关键词 ： 油菜秸秆 ； 纤维混凝土 ； 力学性能 ； 塑性 Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e s o f d i f f e r e n t c o n t e n t a n d s i z e o f c o l e s t r a w o n t h e a p p a r e n t d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t u n d e r t h e s a me mi x p r o p o r t i o n c o n d i t i o n s ，wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e a mo u n t o f c o l e s t r a w，t h e a p p a r e n t d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e c o l e s t r a w c o n c r e t e b o t h d e c r e a s e Ho we v e r ， w h e n t h e s t r a w l e n g t h i s l o n g e r t h a n 2 0 c m， t h e d e c r e a s e of c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f t h e c o n c r e t e h a s s l o we d d o wn ，a n d t h e c o n c r e t e a t t h e u l ti ma t e b e a r i n g s t a t e s h o ws g o o d p l a s t i c i t y Ke y wo r d s ：C o l e s tr a w； F i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ； P l a s t i c i t y 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 O 1 2 ) 1 2 - 5 1 - 0 3 0前 言 目前 ， 在土木工程主体结构 中， 混凝土是应用 最广泛的建筑材料 。作 为一种多孔多相 的人造石 材 ， 混凝土 自身仍存在性能上 的许多不足 ， 如何更 经济地提高其力学性能和耐久性能问题 尚待解决。 近年来 ， 纤维混凝土等能在一定程度上提高普通混 凝 土抗 拉强度及塑性 的各种改性混凝土成为研究 热点【 ” 。 油菜是我 国的主要农作 物之一圜， 油菜籽产量 约 占全世界的四分之一 ， 且随着 以菜籽油为原料的 生物柴油技术的发展 ， 油菜的种植面积必将持续增 加 ， 因此 ， 油菜秸秆 的处置利用问题将变得迫切 。相 比稻秸秆 、 小麦 秸秆等 ， 油菜秸秆 的粗纤维含量较 高 ， 具有纤维组织发达的木质部分和质地坚硬的表 面 ， 因此具有较 大的抗拉强度 和较好 的韧性2 - 3 ， 而 这些特点使得油菜秸秆 的处理受到 限制 ， 但 同时也 为其用于改善普通混凝土的性能创造了可能。 本研究利用油菜秸秆作为掺合料制备混凝 土 ， 目的在于研究和探索油菜秸秆掺量及 尺寸变化对 混凝 土 物理 力学 性能 的影 响规 律 。 1 原 材料 和 方法 1 1 试验用原材料 水泥 ： P C 3 2 5级水泥 ， 经检测 ， 水泥的强度 、 凝 结 时间、标准稠度用水量及体积安定性等 均符合 基金项 目： 湖南省科技厅项 目( 2 0 1 1 N K 3 0 7 0 ) 。 G B 1 7 5 2 0 0 7 通用硅酸盐水泥 的要求。 骨料 ： 细骨料为河砂 ， 细度模数为 2 9 ， 属中砂 ， 含泥量小于 1 ；粗骨料为卵石 ，最大粒径分别为 1 0 mm、 2 0 ra m、 4 0 ram， 均 为连续 级配 。 油菜秸秆 ： 取 自湖南农业大学油菜基 地 ， 含水 率为 1 2 。油菜秸秆掺量质量百分数均 以水泥用量 为基数进行计算 。 1 2 试 验方法 试验 选 取粗 骨 料 的最 大 粒径 、 油菜 秸 秆掺 量 及 其尺寸为试验变量 ，以抗压强度为主要衡量指标 ， 附带考 察混 凝土 表观密 度 。本 次试 验均 按 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 的规定进行 。试验分两批进行 ， 第一批 固定油菜秸 秆的长度为 0 5 c m， 水灰 比为 0 5 ， 砂率为 3 4 ， 以粗 骨料最大粒径和油菜秸秆掺量为试验变量 ， 粗骨料 最大粒径分别为 l O m m、 2 0 mm、 4 0 m m，秸秆掺量分 别为 0 、 3 、 5 、 7 、 9 ， 目的在于考察秸秆掺量 与 粗骨料最大粒径 的相适性及 两者协 同作用对混凝 土物理力学性能的影响规律 。第二批固定水灰 比为 0 5 ， 砂率为 3 4 ， 粗骨料最大粒径为 2 0 m m， 秸秆掺 量为 7 ， 以秸秆尺寸为试验变量 ， 秸秆长度分别 为 0 5 c m， 1 0 c m， 1 5 c m， 2 O c m，目的在于考察秸秆尺寸 对混 凝土 物理 力学 性能 的影 响规律 。 2 试 验结 果与 分析 2 1 秸秆掺量与粗骨料粒径对混凝土力学性能 的 一 51 2 0 1 2年第 1 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 0期 影 响 秸秆长度为 0 5 c m时，不 同秸秆掺量与粗骨料 粒径下 ， 混凝土表观密度和抗压强度 的试验结果见 表 1 。 表 1 油菜秸秆 纤维 混凝 土的表观密度和抗压强度 2 1 1 秸秆 掺量与粗骨料 粒径 对混凝 土表观密度 的影 响 秸秆掺量与粗骨料粒 径对混凝 土表 观密度的 影 响如 图 1 所示 。 皂 曼 黼 饔 O 2 4 6 8 1 O 秸秆掺量 图 1秸 秆 掺 量 与粗 骨 料 粒 径 对 混 凝 土 表 观 密 度 的影 响 观察图 1可知 ，将油菜秸秆掺人至混凝土后 ， 其表观密度随着掺量的增大而减小。分析认为是 由 于油菜秸秆的密度远远低于混凝土的密度 ， 故定 体积条件下 ， 增 加油菜秸秆 的掺量 ， 等效减少 了混 凝土的质量 ， 从而降低了混凝土 的表观密度。桔秆 掺量在 0 9 范 围内， 粗骨料最大粒径为 4 0 mm时 ， 随着秸秆掺量的增加 ， 混凝土的表观密度降低速度 一 5 2一 最慢。这可能是因为粗骨料粒径大 ， 混凝土本身存 在大孔隙的可能性更大 ， 使得掺人 的油菜秸秆更趋 于先填补其颗粒间的孔隙 ， 而不是挤 占其颗粒存在 的空间。随着秸秆掺量的增加 ， 粗骨料最大粒径为 2 0 m m和粗骨料最大粒径为 l O m m这两组混凝土的 表观密度降低速度相当。 2 1 2 秸秆掺量与粗骨料粒径对混凝土抗压强度 的影 响 秸秆掺量与粗骨料粒径对混凝土抗压强度 的 影 响如 图 2和 图 3所示 。 罨 毪 鲢 晒 图 2 秸秆掺量与粗骨料粒径对 7 d抗压强度 的影响 骥 磊 图 3秸 秆 掺量 与粗 骨 料 粒 径 对 2 8 d抗 压 强 度 的 影 响 混凝土的强度与骨料 的种类、 各组分 的粘结情 况 、 界面过渡区的特性等 因素有关 ， 加入 油菜秸秆 后 ， 油菜秸秆本身的强度相对混凝土较低 ， 加之 ， 秸 秆长度只有 0 5 e m ，使得秸秆与混凝土的粘结不够 ， 不能充分发挥秸秆纤维的拉结作用 ， 所 以掺油菜秸 秆的混凝土强度 比不掺油菜秸秆 的基准混凝 土强 度低。当油菜秸秆掺量大于等于 5 后 ， 混凝土的破 坏形式发生改变 ， 不再是由竖向裂缝的产生形成脆 性 破坏 ， 而 是 表现 出 明显 的“ 塑性 ” 破 坏 特 征 ( 见 图 4 ) 。 由图 2和 图 3可 见 ： ( 1 ) 混凝土 中掺入油菜秸秆后 ， 其抗 压强度 随 掺量 的增 大而减 小 。