矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响_杨慧.pdf
《矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响_杨慧.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响_杨慧.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响杨慧(郑州商学院,河南巩义451200)摘要:为研究硅粉和铁尾矿改性混凝土的基本特性,分别用硅粉和铁尾矿粉按照 020%的比例替代水泥和河砂,并通过力学和氯离子侵蚀实验获得硅粉和铁尾矿粉的较优替代比;然后在此基础上,分别按照体积比为 02%添加钢纤维、玄武岩纤维和剑麻纤维来改善混凝土的力学特性,结果表明:混凝土的抗压强度和抗拉强度随着硅粉和铁尾矿粉的增加先增后减,其中硅粉和铁尾矿粉的较优替代比分别为 15%和 10%。三种纤维都能有效地提高混凝土的抗压强度和抗拉强度,但降低混凝土的坍落度。掺入硅粉 5%以及 10%的铁尾矿粉可以提高混凝土的抗氯离子
2、侵蚀性能,但过多的铁尾矿粉对混凝土的抗氯离子侵蚀性能不利;玄武岩纤维比钢纤维和剑麻纤维能更好地提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,SEM 分析也获得相同的结论。关键词:混凝土;硅粉;铁尾矿粉;氯离子侵蚀;纤维;SEMdoi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.02.030中图分类号:TD98文献标志码:A文章编号:1000-6532(2023)02019708钢铁生产过程中产生的大量铁尾矿渣,若不经合理处理,不仅会占用大量的土地,而且还会污染环境。从可持续发展的角度出发,实现铁尾矿渣的资源化利用是解决上述问题的较佳方式。目前许多学者对铁尾矿渣的资源化利用开展了研究,其中最常见
3、的利用方式是以铁尾矿砂的形式替代细骨料制备混凝土。一些学者,对铁尾矿砂混凝土的工作性能1、力学性能1-2、抗冻性能3、抗酸雨性能3、碳化4、微观结构5进行研究,结果表明一定比例的天然砂与铁尾矿砂混合后可以提高混凝土的抗压强度1-2,5和碳化后的抗压强度4,但会降低抗拉强度2;冻融和酸雨耦合作用后的强度、质量损失以及弹性模量均不断下降3;工作性能也出现了下降1-2。此外,也有学者对铁尾矿粉制备的混凝土的性能进行了研究,实验结果表明适量的铁尾矿粉能一定程度地提高混凝土的强度6-9、耐久性8-9和动力特性10,但过多的铁尾矿粉会对混凝土的力学性能产生负面影响。目前的研究主要集中于利用铁尾矿砂和铁尾矿
4、粉硅粉混凝土的强度、冻融以及抗硫酸侵蚀的耐久性;而对改性混凝土抗氯离子侵蚀方面的研究较少,但铁尾矿渣代替细骨料也会对混凝土的抗压强度和耐久性产生不利影响。本文利用硅粉和铁尾矿粉分别替代水泥和河砂制备混凝土试样,然后通过实验对混凝土试样的强度和抗氯离子侵蚀性能进行研究,以确定较佳的替代比。在此基础上,利用钢纤维、玄武岩纤维和剑麻纤维对矿粉混凝土的性能进行进一步改善;确定较优的纤维种类和较佳的纤维掺入量,以便为铁尾矿渣的利用提出建议。1实验材料和实验计划1.1实验材料实验所用的胶凝材料为 P.O52.5 普通硅酸盐水泥,水泥的密度为 3.15g/cm3。硅粉的密度为2.83g/cm3。铁尾矿粉的密
5、度为2.52g/cm3。水泥和矿物掺合料的 XRF 测试结果见表 1。细骨料为河砂,细度模数为 2.49,密度为 2.62g/cm3。三种纤维的基本特性见表 2。收稿日期:2021-07-28基金项目:国家自然科学基金项目(51374088)作者简介:杨慧(1989-),女,讲师。研究方向为矿物材料制备。第 2 期矿产综合利用2023 年 4 月MultipurposeUtilizationofMineralResources197表1水泥与矿物掺合料的化学成分/%Table1Chemicalcompositionofcementandmineraladmixtures名称SiO2Al2O3F
6、e2O3CaO MgOSO3Na2O TiO2烧失水泥20.59 3.666.10 63.78 0.95 2.13 0.7402.05硅粉99.88 0.040.010.01000.03 0.01 0.02铁尾矿粉 67.30 8.498.953.63 4.80 0.45 2.90 3.78 2.39表2纤维的基本物理力学特性Table2Basicphysicalandmechanicalpropertiesoffibers纤维长度/mm直径/m抗拉强度/MPa密度/(kgm-3)吸水率/%钢纤维2520016007850-玄武岩纤维201542302630-剑麻纤维2040047014506
7、51.2实验计划硅粉分别按照 0%、5%、10%、15%和 20%的比例替代水泥;铁尾矿粉则以 0%、5%、10%、15%和 20%的比例替代河砂。通过硅粉和铁尾矿粉单掺和复掺时混凝土的强度变化规律及抗氯离子侵蚀性能,获得硅粉和铁尾矿粉的较优掺量;具体的试样分组和配合比见表 3。其中,CG 为对照组、I 和 S 分别代表铁尾矿粉和硅粉。表3试样分组与单位体积试样所含材料质量Table3Specimengroupingandmaterialmassperunitvolumeofsample编号 水泥/kg 河砂/kg 水/kg 铁尾矿粉/kg 硅粉/kg 减水剂/kgCG100010002000
8、06I0S595010002000506I0S10900100020001006I0S15850100020001506I0S20800100020002006I5S010009502005006I5S595095020050506I5S10900950200501006I5S15850950200501506I5S20800950200502006I10S0100090020010006I10S5950900200100506I10S109009002001001006I10S158509002001001506I10S208009002001002006I15S01000850200150
9、06I15S5950850200150506I15S109008502001501006I15S158508502001501506I15S208008502001502006I20S0100080020015006I20S5950800200200506I20S109008002002001006I20S158508002002001506I20S208008002002002006根据配合比进行材料称量和混合搅拌;之后进行浇筑和养护。根据普通混凝土力学性能试验方法标准 GB/T50081-2016。进行混凝土的基本性能测试。氯离子侵蚀是将混凝土试样放入0.5%的 NaCl溶液中浸泡28d,
10、在干燥后进行强度测试。在完成第一阶段的实验之后,根据结果确定硅粉和铁尾矿粉的较优含量;在此基础上按照体积比分别为 0%、0.5%、1%、1.5%和 2%向较优掺量下的矿粉混凝土试样中掺入钢纤维(STF)、玄武岩纤维(BF)和聚丙烯纤维(SAF),以便进一步改善混凝土的性能;并对掺入纤维后的混凝土试样进行坍落度、弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度测试,以确定较优纤维种类和掺入比。2实验结果2.1单掺硅粉和铁尾矿粉后混凝土的力学性能2.1.1抗压强度硅粉对混凝土抗压强度影响的结果见图 1。05101520替代比/%4080120160抗压强度/MPaI0I5I10I15I20图1硅粉替代比对混凝土抗
11、压强度的影响Fig.1Effectofsiliconpowdersubstitutionratiooncompressivestrengthofconcrete随着硅粉替代比的增加,混凝土抗压强度先增后减;在替代比=15%时抗压强度达到较大,为148.2MPa。由此可知,硅粉的较佳替代比为 15%。但当替代比增加到 20%时所有试样的抗压强度降低,这可能是硅粉掺量过多时会产生水化不足的问题。同时由图 1 可知,I5 和 I10 试样的强度大于单掺硅粉的 I0 试样的抗压强度。混凝土的抗压强度随着铁尾矿粉替代比的变化规律见图 2。整体上也是随着替代比的增加,混凝土试样的抗压强度先增加,在铁尾矿粉
12、替代比=10%时较大。之后,随着替代比的增加,抗压强度不断减小;且替代比从 10%增加到 15%的抗198矿产综合利用2023年压强度降低率大于替代比从 15%增加到 20%时的抗压强度降低率。由此可知,铁尾矿粉的较佳替代比为 10%。此外,掺入硅粉后试样的抗压强度均大于单掺铁尾矿粉的试样的抗压强度,表明硅粉能有效提高混凝土的抗压强度。05101520替代比/%4080120160抗压强度/MPaS0S5S10S15S20图2铁尾矿粉替代比对混凝土抗压强度的影响Fig.2Effectofirontailingspowdersubstitutionratiooncompressivestreng
13、thofconcrete当硅粉以 15%替代水泥时,I0S15、I5S15、I10S15、I15S15 和 I20S15 试样的抗压强度比对照组分别增加了 24.2%、23.5%、28.5%、23.5%和20.7%(图 1);而铁尾矿粉以 10%的比例替代河砂时,I10S0、I10S5、I10S10、I10S15 和 I10S20试样的抗压强度比对照组分别增加了13.5%、13.7%、14.9%、17.4%和 16.2%(图 2)。由此可知,较优替代比的硅粉对抗压强度的增加效果大于较优替代比的铁尾矿粉对抗压强度的增加效果。2.1.2劈裂抗拉强度硅粉对混凝土抗拉强度的结果见图 3。与硅粉对抗压强
14、度的影响规律类似,除 I15 外,其他混凝土试样的抗拉强度也随着硅粉替代比的增加先增后减,在替代比=15%时达到峰值;而 I15 试样则在替代比=20%时达到较大值。同样的,I5 和I10 试样的抗拉强度也大于单掺硅粉的 I0 试样的抗拉强度。混凝土抗拉强度随着铁尾矿粉替代的变化规律见图 4。与铁尾矿粉对抗压强度的影响规律类似,随着替代比的增加,混凝土试样的抗拉强度先增后减,且铁尾矿粉的较优替代比为 10%。对比图 3 和图 4 也可以证明,与铁尾矿粉相比,硅粉对抗拉强度的增加效果更为显著。05101520替代比/%36912抗拉强度/MPaS0S5S10S15S20图4铁尾矿粉替代比对混凝土
15、抗拉强度的影响Fig.4Effectofirontailingspowdersubstitutionratioontensilestrengthofconcrete2.1.3氯离子侵蚀后的强度在经过氯化钠溶液浸泡 28d 之后,不同试样的抗压强度见图 5。总体上在受氯离子侵蚀之后所有试样的抗压强度均出现了不同程度地降低;其中,I0、I5、I10、I15 和 I20 试样的平均抗压强度降低率分别为12.9%、11.8%、9.9%、13.7%和14.2%。由此可知,铁尾矿粉替代比为 5%和 10%时混凝土试样的抗压强度降低率小于对照组,表明替代比为 5%和 10%铁尾矿粉对混凝土的抗氯离子侵蚀性有
16、利且较佳替代比为 10%;而当铁尾矿粉替代比10%后,混凝土试样的抗压强度降低率大于对照组,这表明过多的铁尾矿粉会对混凝土的抗氯离子侵蚀性能产生负面影响。在经过氯化钠溶液浸泡 28d 之后,不同试样的抗折强度见图 6。与氯离子侵蚀前后抗压强度的变化规律类似,氯离子侵蚀后所有试样的抗折强度均出现了下降;其中,I0、I5、I10、I15 和 I20试样的平均抗折强度降低率分别为 15.7%、13.4%、10.2%、16.7%和 15.6%。同样地,铁尾矿粉替代比=10%时混凝土试样的抗折强度降低率较低,且5%和 10%的铁尾矿粉可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。05101520替代比/%36912
17、抗拉强度/MPaI0I5I10I15I20图3硅粉替代比对混凝土抗拉强度的影响Fig.3Effectofsiliconpowdersubstitutionratioontensilestrengthofconcrete第 2 期2023 年 4 月杨慧:矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响199由图 5 和图 6 可知,硅粉能够提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能且较优掺量为 15%;这与未受氯离子侵蚀时的实验结果相同。但对比发现,在受氯离子侵蚀后混凝土的抗折强度降低比抗压强度降低更为明显。2.2掺入纤维后的混凝土力学性能2.2.1坍落度掺入三种纤维后,混凝土试样的坍落度变化见图 7。由图
18、7 可知,随着纤维替代比的增加,混凝土试样的坍落度逐渐下降;且在相同的替代比下,坍落度值的顺序为 BFSTFSAF。对比不同纤维的物理特性可知,钢纤维抗弯性能较佳,剑麻纤维的吸水率则较高且纤维表面比较粗糙;而玄武岩纤维的抗弯和吸水率均比较差。因此,随着纤维替代比的增加,剑麻纤维混凝土对的坍落度迅速下降。同时,剑麻纤维混凝土的坍落度下降幅度大于钢纤维混凝土的坍落度下降幅度也表明纤维的吸水率和表面特性对混凝土坍落度的影响较纤维力学特性更为显著。综合可知,剑麻纤维对混凝土的工作性能较为不利。2.2.2弹性模量不同纤维替代比下的弹性模量见图 8。随着纤维替代比的增加,掺入玄武岩纤维和剑麻纤维的混凝土的
19、弹性模量呈逐渐上升的趋势;而钢纤维混凝土的弹性模量则先增后减,由此得钢纤维的较优替代比为 1.5%。整体上玄武岩纤维混凝土的弹性模量钢纤维混凝土的弹性模量剑麻纤维混凝土的弹性模量。根据各种纤维的基本特性可知,玄武岩纤维的直径和长度较小,在相同的体积下,玄武岩纤维较多;因此,玄武岩纤维混凝土的整体性较佳,弹性模量也较大。05101520硅粉替代比/%4080120160抗压强度/MPa侵蚀前侵蚀后(e)I2005101520硅粉替代比/%4080120160抗压强度/MPa侵蚀前侵蚀后(a)I005101520硅粉替代比/%4080120160抗压强度/MPa侵蚀前侵蚀后(c)I10051015
20、20硅粉替代比/%4080120160抗压强度/MPa侵蚀前侵蚀后(d)I1505101520硅粉替代比/%4080120160抗压强度/MPa侵蚀前侵蚀后(b)I5图5氯离子侵蚀后混凝土的抗压强度Fig.5Compressivestrengthofconcreteafterchlorideionattack200矿产综合利用2023年2.2.3抗压强度纤维替代比对混凝土抗压强度的影响规律见图 9。不同于弹性模量随着替代的变化规律,随着替代比的增加,三种纤维混凝土的抗压强度随着替代比先增后减,在替代比=1.5%时达到较大值;其中,玄武岩纤维混凝土的抗压强度较大,钢纤维混凝土次之,剑麻纤维混凝土
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 纤维 活性 粉末 混凝土 工作 力学性能 影响 杨慧
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。