尾矿砂钢纤维混凝土复合材料的基本力学性能.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1期 ( 总 第 3 0 3 期) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T印巳 ORFnCAL RES E ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 1 0 1 0 尾矿砂钢纤维混凝土复合材料的基本力学性能 鲍文博 ,盐立辉。底高浩 ( 沈阳工业大学 建筑工程学院, 辽宁 沈阳 1 1 0 8 7 0 ) 摘要: 将尾矿砂按一定 比例取代标准砂 , 并在其中加入钢纤维, 制成混凝
2、土试件 , 测定其抗压强度和劈裂强度 , 确定尾矿砂 和 钢纤维的最佳掺入比例 。 试验结果表明, 当尾矿砂的替代比例为4 0 、 6 0 时 , 尾矿砂混凝土的抗压强度值最大。 在尾矿砂混凝土 中, 当钢纤维的掺量为 1 时, 尾矿砂钢纤维混凝土复合材料的基本力学性能较好 , 复合材料的抗压强度不会随着钢纤维掺量的 增加而增加, 钢纤维的加入可以改善混凝土的脆性破坏。 关键词: 尾矿砂 ; 钢纤维 ; 力学性能 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 3 8 0 3 T h e b a
3、 s ic me c h a n i c a l p r op e r t i e s o f t a l l i n g s s t e e l f i b e r c o n c r e t e c omp o s it e ma t e r i a l s B0 We n b o, QuLi h u i , DIO a 曲a o ( S c h o o l o f A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e ri n g , S h e n y a n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o
4、 l o g y , S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 , C hin a ) Abs t r ac t: Ex p e r i me nt a l r es ul t s s h o w t h a twh e nthe r e pl a c e me n t r a tio o fta i lmi n e r a l s andi s40 an d 6 0 , the c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f t a i l i n g s c o n c lte i s l a r g e s t I n t a i l i n
5、 gs c o nc r e t e, wh e n the s tee l fib e r c o n ten t o f 1 , the b e t t e r the b a s i c me c h a n i c a l p r o pe r t i e s o f t a i l i n gs s t e e l fibe r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o mp os i te ma t e r i al, an d c o mp r e s s i v e s ue n g t h of the c o mp o s i te m
6、a t e r i al wi l l n ot i n c r e a s e wi t h s t e e l fibe r c o n t e n ti n c r e a s e s , s t ee lfibe r c a i1i mp r o v ethe b r i t t l ef ail u r e o fthe c o n c r e te K e y wo r d s: t a i l i n g; s tee l fi be r s ; me c h a n i c a l p r o pe r t i e s 0 引言 由于基本建设的快速发展 , 混凝土在建筑行业 的
7、大量 需求 , 导致了很多地 区天然砂 资源减少 , 过度 的开采严 重 破坏 了农 田、 河道 , 破坏 了 自然 生态系统 。 另一 方面 , 由于 矿山的大量开采, 导致了大量的尾矿砂滞留问题 , 尾矿砂 作为一种矿山废弃 物 占用大量耕地 , 排 出的重 金属 , 有毒 有害物质对水、 土造成 了严重的污染 , 对于尾矿砂 的解决 也迫在眉睫。 因此, 在国内一些学者利用尾矿砂代替天然 砂进行 了一些研究工作 , 清华大学土木工程系覃维祖教授 和 田景松指出 , 将铁尾 矿砂与机制砂混合组成 混合砂 , 按 照颗粒级配理论合理调整铁尾矿砂与机制砂的混合比例, 能配制 出工作性 能和力学
8、性能及耐久性 能能满 足现在施 工技术要求的不 同强度等级的混凝土 ; 北京建 筑工程学 院的陈家珑教授 利用铁 尾矿砂 配制 混凝土 , 试验结 果表 明, 在同等条件下, 尾矿砂替代细骨料的混凝土, 其抗压性 能较天然砂混凝土好 。 近年来, 钢纤维混凝土作为一 种新 型复合材料 , 应用较 为广泛 , 它拥有普通混凝 土 的特 性 , 还能推迟和限制裂缝 开展 , 提高 了混凝土 的延性和韧 性等特性。 钢纤维的加入 , 混凝土抗 压强度提高 了 1 0 左 右 , 钢纤维的掺量过大时 , 混凝土的强度反而会下 降, 由于 大掺量的纤维加人 , 在基 体中产生薄弱界 面, 使其 强度降
9、收 稿 日期 : 2 0 1 4 0 7 -1 2 3 8 低 引。 混凝土的抗拉强度提高 了 4 0 一 8 0 左右 , 钢纤维 混凝土 的抗 弯强度 比普通 混凝 土高很 多 , 抗弯 试件初 裂 后 , 受拉 区裂缝宽度 随着荷载 的增大而增 大, 达 到极限抗 弯强度后 , 它不会 马上折 断 , 而是随着裂缝宽度 的扩大而 缓慢卸载 。 1 试验原材料 1 1 骨料 粗骨料为碎石, 粒径小于2 0 ra i n , 级配良好, 细骨料分 别为河砂和尾矿砂 , 河砂为天然中级砂 , 细度模数为 2 8 9 , 含泥量小 于 0 9 。 试 验 中使用 的尾矿 砂来 自辽 宁省本 溪市
10、铁矿 , 细度模数为 1 0 7 8 。 表 1中是尾矿砂的化学成分 分析 。 表 1 尾矿砂的化学成分 1 2 水 泥 选用工源牌 P O 4 2 5级水泥, 普通硅酸盐水泥的比表 3 0 0 m 2 k g ; 初凝时间 4 5 m i n , 终凝时间6 0 0 m i n ; 该 水泥的 3 d 抗压强度 l 7 MP a , 2 8 d 抗压强度4 2 5 MP a 。 其主要化学成分如表 2 所示。 表 2 P O4 2 5级水泥的化学成分 ( 质量分数 ) 1 3 粉 煤灰 由深海热电厂提供的 J G J 2 8 8 6 I 级粉 煤灰 , 其 化学 成分见表 3 。 表 3粉煤
11、灰 的化学成分( 质量分数 ) 1 4 钢纤 维 鞍山生产 的钢纤维 , 抗拉强度 6 0 0 MP a , 长径 比 4 4 3 , 长度值 3 1 i n n 1 , 等效 0 7 。 1 5 减水 剂 试验选用 的是大连卡西建 筑材料有 限公司生产 的高 性能减水剂 S i k a V i s c o C r e t e 3 3 1 0 E , 最高减水率达4 0 。 1 6 水 试验室用水, 符合J G J 6 3 1 9 8 9混凝土拌和用水标准 的规定 。 2试验方案 2 1 试验 的基 本配合 比 表4 混凝土基本配合比 2 2试 验 内容 本试验研究的主要内容是用部分尾矿砂替代
12、天然砂, 一 共有六种替代标准砂的比例, 分别为0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 。 并在其中加入钢纤维 , 钢纤维的比例分别为 0 、 1 、 1 5 、 2 。 制备的试件进行抗压试验和劈裂试验 , 从 抗压强度指标和劈裂强度指 标确定最佳尾矿 砂替代率 和 钢纤维掺人量。 3试验 方法与结果 3 1 抗 压 试 验 方 法 尾矿砂钢纤维混凝土的抗压强度试验采用 1 5 0 m l n x 1 5 0 ra i nx 1 5 0 i n i n的立方体标 准试件 , 每组 三个试件 , 共 2 4组 , 7 2个试 件 , 试件 的尺寸 和平整 度符 合规
13、 范要求 且 边角无缺损。 采用 Y E S一2 0 0 0型数显式压 力试验机 对试 件进行连续 、 均 匀加载 , 按照 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 中的相关规定进行试验。 以 0 3 0 5 MP a s 的速 度连续 而均匀地对 试件加 载 , 当试件 临近破坏而开始变形加速 时, 应 调整试验机油 阀 , 直至试 件破坏 。 3 2劈裂试验方 法 尾矿砂钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验采用 1 5 0 i n n l x 1 5 0 ra i n x 1 5 0 m i l l 的立方体标准试件, 每组三个试件 , 共
14、9组 , 2 7个试件 , 试件 的尺寸 和平整度符合 规范要求且 边 角无缺损 。 跟混凝土抗压试验一样 , 依 旧采用 Y E S一 2 0 0 0 型数显式压力试 验机对试件进 行连续 、 均匀加载 , 但在 试 件上下对角线各放一根截面为 5 m lT l X 5 m n l , 长约 2 0 0 r n n q 的钢制平 直方 垫条 。 按 照 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 中的相关规定进行试验。 以 0 0 4 O 0 6 MP a s的 速度 连续 而 均 匀地 对 试件 加 载 , 当 试件接近破坏时 , 停止调整油 阀
15、, 直至试件破坏 , 记 录破坏 荷载。 3 3 试验结果与分析 3 3 1 尾矿砂钢纤维混凝土的抗压强度 表 5 不 同尾矿砂替代率下试件不同龄期的抗压强度 尾矿砂替代率 7 d 抗压强度值1 4 d 抗压强度值2 8 d 抗压强度值 , , 胁, 胁 表 6不同尾矿砂替代率和钢纤维掺量下试件不同龄期的抗压强度 3 _ 3 2 尾矿砂钢纤维混凝土的劈拉强度 表 7不同尾矿砂替代率和钢纤维掺量下试件的抗拉强度 3 9 图 1 不同尾矿砂替代 比例对混凝土强度的影响曲线 0 2 0 40 6 0 8 0 1 O 0 尾矿砂替代率 , 图2 7 d不同钢纤维掺量对混凝土强度的影响曲线 0 2 0
16、4 0 6 0 8 0 1 O 0 尾矿砂替代率 , 图3 2 8 d不同钢纤维掺量对混凝土强度的影响曲线 图4 2 8 d 纤维掺量为 O时。 不同尾矿砂掺量下的劈拉强度 0 0 5 1 0 1 5 2 0 尾矿砂替代率 , 图5 2 8 d尾矿砂掺量为 1 0 0 时 。 不 同钢纤维掺量下的劈拉强度 在试验过程 中发现 , 随着载荷 的逐渐增 大 , 混 凝土 的 顶部受压区产生对称 的微裂缝 , 并随着试验 的进 行 , 裂缝 40 逐渐扩展但速度较慢 , 在受压 区域 内的混凝土表面发生剥 落和掉渣 , 继而随着试验荷 载继续 增大 , 混凝土 由于达到 极限抗压强度 而发 生破坏
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