高温后纤维矿渣微粉混凝土的弯曲性能.pdf
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1、2 0 1 2年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0 NC RE T E AND C EMENT P RODUC T S 201 2 No 5 Ma v 高温后纤维矿渣微粉混凝土的弯曲性能 高丹盈 , 李翔宇 , 杨淑 慧 ( 1 郑州大学 , 4 5 0 0 0 2 ; 2 同济大学地下建筑与工程系 , 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要 : 通过 纤维矿渣微粉混凝土在 高温后 的弯曲试验 , 探 讨了温度 、 矿 渣掺量 、 纤维类型与掺量 、 混凝土强度 等级 对高温后纤 维矿渣微粉混凝土抗折 强度和荷载一 挠度 曲线的影响。 结合扫描 电镜照 片, 研
2、 究了高温后纤维矿渣 微粉 混凝土的劣化机理。结果表明 , 高温后纤维矿渣微粉混凝 土弯曲性 能随受热温度 的升高而不断劣化 ; 钢 纤维、 矿 渣微粉和 聚丙烯纤维均会在一定程度 上提 高高温后 混凝 土的弯曲性能。通过对试验结果的统计分析 , 提 出了在 考虑温度、 矿渣微粉掺 量和钢 纤维掺量影响 下的纤维矿渣微粉 混凝 土抗折强度计算公式。 关 键 词 :纤维 矿 渣 微 粉 混 凝 土 ; 高温 ; 钢 纤 维 ; 聚 丙 烯 纤 维 ; 弯 曲性 能 Ab s t r a c t :Ba s e d o n t h e e x p e rime n t s o n fle x u
3、r a l p r o p e r t i e s o f fi b e r r e i n f o r c e d g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g ( G G B F S ) c o n c r e t e a f t e r h i g h t e m p e r a t u r e , t h e i n fl u e n c e s o f t e mp e r a t u r e , s l a g c o n t e n t , fi b e r t y p e a n d c o n
4、t e n t a n d c o n c r e t e s t r e n g t h g r a d e o n fl e x u r al s t r e n g t h a n d l o a d- d e f e c t i o n C H I V e o f fi b e r r e i n f o r c e d GGB F S c o n c r e t e a r e i n v e s t i g a t e d T h e d e t e ri o r a t i o n me c h a n i s m o f fi b e r r e i n for c e d G
5、GB F S c o n c r e t e a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e i s a l S O a n a l y z e d b y s c a n n e d e l e c t ric mi c r o s c o p e( S E M ) T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e fl e x u r a l p r o p e rt i e s o f fi b e r r e i nf o r c e d G G B F S c o n c r e t e a f t e r h i g
6、h t e m p e r a t u r e a r e mo r e s e rio u s d e t e ri o r a t i o n wi t h t h e h i g h e r t e mp e r a t u r e Th e fl e x u r a l p r o p e r t i e s o f fi b e r r e i n f o r c e d GGB F S c o n c r e t e a r e a l l i mp r o v e d b y s t e e l fi b e r , G G B F S a n d p o l y p r o p
7、 y l e n e f i b e r ( P P fi b e r ) t o s o m e c o n t e n t T h r o u s h t h e a n a l y s i s o n t e s t r e s u l t s , t h e c a l c u l a t i o n e q u a t i o n s a l e p r o p o s e d f o r fl e x u r a l s t r e n gth o f fi b e r r e i n f o r c e d GGB F S c o n c r e t e , w h i c h
8、c o n s i d e r t h e c o mb i n e d e ff e c t s o f t e mp e r a t u r e , GGB F S c o n t e n t a n d s t e e l fi b e r c o n t e n t Ke y wo r :Gr o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u rna c e s l a g c o n c r e t e ;H J t e mp e r a t u r e ;S t e e l fi b e r ; P o l y p r o p y l e n e
9、fi b e r ; F l e x u r al p r o p e r t i e s 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 5 4 2 0 6 0前言 以工业废料为主的细掺料加入混凝土 中, 能减 少混凝土的水泥与集料用量 , 使混凝土成为可持续 发展材料 , 这也是发展高性能混凝土的有效途径之 一 。矿渣微粉是一种将粒化水淬高炉矿渣经过粉磨 达到规定细度的粉体材料 , 将其作 为掺合料掺入混 凝土中 , 能显著提高混凝土的工作性 能、 力学性 能 和耐久性能 1 】 。但研究发现 ,
10、 高性能混凝土密实的微 观结构使其脆性增加 , 在遭受高温作用时更容易发 生爆裂, 残余承载能力和变形能力劣化严重嘲 。在高 性能混凝土中掺入钢纤维和聚丙烯纤维 , 利用纤维 的改性机理能有效地改善混凝土高温后的力学性 能 【3 _ 。纤 维矿渣微粉混凝土就是将 比表面积大于 4 0 0 mT k g的矿渣微粉部分代替纤维混凝土中的水泥 而配制成的纤维高性能混凝土。本文通过纤维矿渣 微粉混凝 土试件在不 同温度下的抗折试验和韧性 试验 , 重点探讨 了温度、 矿渣掺量 、 纤维类型与掺量 以及混凝 土强度等级对 高温后纤维矿渣微粉混凝 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7
11、8 4 3 4 ) 。 一 42一 土弯 曲性能的影响 , 建立 了考虑温度 、 矿渣微粉掺 量 和钢纤维掺量等影 响因素 的纤维矿渣微粉混凝 土的抗折强度计算公式。 1 试 验设 计和 试验 方法 试验采用的原材料为: 普通硅酸盐水泥 ; $ 9 5级 矿渣微粉 , 主要性能指标见表 1 ; 铣削型钢纤维 , 纤 维长 度 3 2 6 ram,等 效 直 径 0 9 5 0 ram,抗 拉 强 度 8 0 8 6 MP a ; 聚丙烯纤维( P P fi b e r ) 采用束状单丝的杜 拉纤维( D u r a fi b e r ) , 长约 1 9 ram, 比重为 0 9 1 , 抗拉
12、 强度 2 7 6 MP a , 弹性模量 3 7 9 3 MP a , 熔点 1 6 0 , 燃点 约 5 8 0 ; J K H一 1型高效减水剂 ,减水率为 1 8 5 ; 细骨料 为河砂 , 属级配 良好 的中砂 ; 粗骨料 为粒径 5 - 2 0 m m连 续级 配 的碎石 。 本 试 验 主要 研 究 了 温度 为 2 0 、 2 0 0 、 4 0 0 、 6 0 0 、 8 0 0 ;矿渣微粉等量置换 0 、 3 O 、 4 0 、 5 O 水泥 ; 钢纤维体积率分别为 0 、 0 5 、 1 、 1 5 、 2 , 聚丙烯纤维掺量分别为 0 、 0 6 k g m3 , 0
13、9 k g m 、 1 2 k g m ;混凝土强度等级分别为 C 4 0 、 C 6 0 、 C 8 0的 1 7种 不同配合比的混凝土 ( 配合 比见表 2 ) 。试验采用尺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高丹盈 , 李翔宇 , 杨淑慧 高温后纤维矿渣微粉混凝土的弯曲性能 寸为1 0 0 mm 1 0 0 m m 4 O O mm的小梁试件 , 试件浇筑 后在振动台上振动成型,室内静置 2 4 h后拆模 , 拆 模后立即放入温度为2 0 q C 、相对湿度为 9 5 的标准 养护室中进行养护 , 至9 0 d取 出晾干 , 然后进行高温 试验 。 试 验采
14、用高 温炉加热 ,其 升降温制 度 为 : 以 l O C mi n的升温速度加热 ,分别达到 2 0 0 C 、 4 0 0 C 、 6 0 0 E、 8 0 0 1 2 的 目标 温度后恒温 2 h ,高温炉 自动关 机停止加热 ,试件在炉内自然冷却至常温后取 出, 之后按照 C E C S 1 3 : 8 9 钢纤维混凝土试验方法 的 规定进行抗折试验和弯曲韧性试验。另外 , 为了分 析高温后性能劣化机理 , 将高温作用后的纤维矿渣 微粉混凝土破碎 , 从骨料与水泥浆体 的界面区处选 取尺寸小于 l c m的片状颗粒作为微观研究试样。将 试 样 在烘 箱 中烘 干后 在观 察 面上 喷
15、金 , 然 后放 入 扫 描电镜中抽真空 , 进行微观结构观测 。 2高温后弯曲性能的影响因素 2 1 温度 图 1为 BP 2 S 2组试 件经过不 同 目标温度后 测得 的荷载一 挠度曲线。由图 l可见 , 随着温度的升 高 , 纤维矿渣微粉混凝土的开裂荷载 和极限荷载不 断降低 , 荷载一 挠度 曲线逐渐趋于扁平 , 且所围成 的 O 0 1 O 1 5 挠度 m m 图 1 不 同温度后纤维矿渣微粉混凝 土的荷载一 绕度 曲线 面积减小。2 0 0 和 4 0 0 时纤维矿渣微粉混凝土的 开裂荷载和挠度 、极限荷载和挠度降低 幅度较小 , 荷载一 挠度 曲线 与常温 时相近 ; 6 0
16、 0 C 和 8 0 0 C 时纤 维矿渣微粉混凝土的开裂荷载和挠度 、 极限荷载和 挠度显著降低 , 高温引起矿渣微粉混凝土弯 曲韧性 的劣 化 。 图 2为纤维矿渣微粉混凝 土的抗折强度与温 度之 间的关系 , 由图 2可见 , 随着最高温度的升高, 高温后纤维矿渣微 粉混凝土 的抗折强度和相对抗 折强度 ( 在相 同条件下 , 高温后纤维矿渣微粉混凝 土 的抗折强度值 除以其 常温下抗折强度值所得 的 百分 比) 均明显降低 。 从机理上分析 , 高温作用引起矿渣微粉混凝土 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品
17、 总第 1 9 3期 塞 魑 辖 鳗 妪 莨 2 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 温度, 7 I I l _ l _199 2 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 温度 图 2 纤维矿渣微 粉混凝土抗折强度与温度的关系 2 5 2 0 Z 裹1 5 牲1 0 5 0 性能 劣化 的主要原因是 由于试件 内部胶凝材料水 化产物 的变化 ,以及 由此产生 的大量缝隙所造成 的, 其 中骨料与水泥浆交接区域 的界面过渡区结合 力对? 昆 凝土力学性能影响较大 。当混凝土受到外界 因素作用时 , 界 面过渡 区是最薄弱的部位 , 也是缺 陷及微裂缝 的始发处 。从高
18、温后 矿渣微粉纤维混 凝土扫描电镜照片( 图 3 ) 中可见 , 随着温度的升高, 骨料 的膨胀和浆体 的收缩使骨料与水泥浆 体界面 过渡区的孔洞不断增多 , 2 0 0 C 高温后逐渐形成微小 裂缝 ; 4 0 0 时裂缝较为明显地增多增宽 ; 8 0 0 C 时骨 料与水泥浆体界面粘结更加松散 , 水泥浆体 中孔洞 也进一步扩大和增多 , 骨料与浆体 间的裂缝迅速扩 展 , 裂缝宽度更大, 骨料破坏比较严重。 2 2 矿 渣微 粉掺 量 图 4为 4 0 0 高温后 ,对应不同矿渣微粉掺量 下 B I P 2 S 2 、 BP 2 S 2 、 BP 2 S 2和 BIVP 2 S 2组 试
19、 件 的荷载一 挠度 曲线 。由图 4可 见 , 加 入矿 渣微 粉 的纤 维混凝土的开裂荷载和极限荷载都有显著提高 , 荷 载一 挠度 曲线较为饱满 , 呈现出较大的韧性 。这是因 为矿渣微粉与富集在界面过渡区的 C a ( O H) : 反应 , ( b ) 4 o 0 ( e )8 0 0 图 3 不 同高温下界面过渡区的 S E M 照片 O 0 5 1 0 1 5 2 0 挠 度 ram 图 4 4 O 0 高温后不同矿渣掺量下纤维矿渣微粉 混凝土的荷 载一 挠度 曲线 生成C : S H凝胶 , 从而使 C a ( O H) 晶体 、 钙矾石和孔 隙大量减少。另外 , 矿渣微粉颗粒
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- 高温 纤维 矿渣 混凝土 弯曲 性能
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