高强粉煤灰陶粒混凝土配合比设计及性能研究.pdf
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1、2 0 1 4年 第 1 2期 (总 第 3 0 2期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 , 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE 高强粉煤灰陶粒混凝土配合比设计及性能研究 李瑞 ,王德志 ,孟 云芳 ( 宁夏大学 土木与水利工程学院,宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ) 摘要: 高强粉煤灰陶粒混凝土具有密度小 、 抗压强度高等优点 , 但是 由于脆性过大 , 限制了其在工程中的应用。 为了解决这个 问 题, 试验采用正交设计方法, 对试验结果进行极差 、 方差分
2、析得出了最优配合 比。 在最优配合比的基础上掺入不同量的钢纤维 , 研究 钢纤维对高强粉煤灰陶粒混凝土的抗压强度 、 抗折强度、 劈裂抗拉强度力学性能的影响。 结果表明钢纤维的掺入能够 明显提高粉煤 灰陶粒混凝土的拉压比, 改善高强粉煤灰陶粒混凝土的脆性。 关键词: 粉煤灰陶粒混凝土;正交试验 ;抗压强度 ;抗折强度 ;劈裂抗拉强度 中图分类号: T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) l 2 0 1 1 1 一 O 4 E x p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e m i
3、 x t u r e r a t i o de s i g n a n d p e r f o r m a n c e o f hi g h s t r e n g t h f l y a s h c e r a m s i t e c o n c r e t e L!Ru i , WANGDe z h i , M ENG Yu nf a n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n dWa t e r Co n s e r v a n c y , Ni n g x i a Un i v e r s i t y, Yi n
4、c h u a n7 5 0 0 2 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Hi【 g h s t r e n g t h fl y a s h c e r a ms i t e c o n c r e t e h a s t h e a d v a n t a g e s o f l o w d e n s i ty, h i c o mp r e s s i v e s tr e n gth, b u t the b r i a l e n e s s i s t o o l a r g e, l i mi t i ng i t s a p p l i c a
5、t i o n i n e n gi n e e r i ng I n o r d e r t o s o l v e t h i s pr o bl e m, the o r t h o g o na l de s i g n me t ho d u s e d i n t hi s t e s t , r a n g e an d v a r i a nc e a na l ys i s o f t he t e s t r e s ul t s s ho w tha t the o p t i ma l mi x r a t i o I n the o pt i ma l mi x t
6、u r e r a t i o b a s e d o n the i n c o r p o r a t i o n o f s t e e l fib e r s wi t h d i f f e r e n t a mo u n t s o f , s t u d y o n t h e e f f e c t o f s t e e l fi b e r o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h , h i g h s t r e n gth fl y a s h c e r a ms i t e c o n c r e t e fl
7、 e x u r a 1 s t r e n g t h, s p l i t t i n g s tr e n g t h a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t e n s i l e s t r e n gth T h e r e s u l t s s h o w that s t e e l fi b e r C an o b v i o u s l y i mp r o v e t h e t e n s i o n c o mp r e s s i o n r a t i o o f fl y a s h c e r
8、a mi s i t e c o n c r e t e , i mp r o v e t h e s t r e n gth o f fl y a s h c e r a ms i t e c o n c r e t e b r i t t l e n e s s Ke y w o r d s : fl y a s h c e r a ms i t e c o n c r e t e ; o r t h o g o n a l t e s t ; c o mp r e s s i v e s tr e n g t h; fl e x u r a l s tr e n g t h; s p l
9、 i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h 粉 煤灰 陶粒 混凝 土是用 粉煤 灰 陶粒 替代 普通 粗 骨 料 , 配制而成 的一种 表观密度 小于 1 9 5 0 k g m 3 的高性 能 混凝 土 。 由= F 粉煤灰 陶粒 内部具有 独特 的孔 隙结构 , 使 得 配制 出的混凝土与 普通 昆 凝 土相 比具有 密度 小 、 抗压 强 度高 、 保 温效 果好 等独 特优点 , 是 一种 在结 构 工程 应 用 中具 有广 阔前 景 的新 型建 筑材 料_ 2 。 但 是粉煤 灰 陶粒 混 凝土作 为一种脆性 材料 , 拉 压 比要小 于相
10、同等级 的普 通 混凝 土 , 且 随着抗压 强度 的提 高 , 其脆 性 问题 明显影 响了其在大 型结构工程 中的应用p 。 为 了解决这一 问题 , 工 程 中通 常在混凝 土 中掺人乱 向分布 的短钢纤 维 , 这 些 乱 向分 布 的钢纤 维能 够有 效 地阻 碍混 凝土 内部 微裂 缝 的扩 展及宏 见 裂缝 的形成 , 显著 改善 了混凝 土的抗拉 、 抗 弯 、 抗 冲击及抗疲 劳性能 7 - 。 目前 国内对钢纤 维增 强高 强粉煤灰陶粒混凝土的研究还 比较少 , 本试验按照正交 试 验设计方法进行 了大量试验 , 对试 验结 果进行极差 、 方 差 分析得 出了最优配合 比
11、。 在最优 配合 比的基础上 , 配制 收稿 日期 :2 0 1 4 0 6 3 0 基 金 项 目 :国家 自然科学基金 ( 5 1 3 6 8 0 4 9 ) 不同钢纤维体 积掺量 的高强粉煤灰 陶粒混凝土 , 并对混凝 土的基本力学性能进行试验 , 为今后在工程 中大范围应用 提供参考 。 1 原材料及试验 方法 1 1 原材料 水泥 : 宁夏赛马实业股份有限公司的赛马牌早强硅酸 盐水泥 ( P 0 4 2 5 R级 ) , 符合 国家标准 G B T l 3 4 6 一 l 9 9 9 ; 粉煤灰 : 西夏热电厂的 I 级 , 符合国家标准 G B T 1 5 9 6 - - 2 0
12、0 5 。 轻 骨料 : 宁夏 宁东 粉煤灰 陶粒 , 具 体 性能指标 见表 1 。 机 制砂 : 镇北堡 中砂 , 细度模数 2 7 8 、 含泥量 2 1 、 松散堆积 密 度 1 5 5 7 ; 减 水 剂 : 高 效 聚羧 酸减 水 剂 , 减 水 率 2 5 ; 水 : 饮用 自来水 。 钢纤维几何参数 : 长度 为 3 2 m m, 直径为 0 6 4 m m, 长径 比为 5 0 。 表 1 粉煤灰陶粒主要物理性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 试 验 方 法 1 2 1 试件制作 、 养护 粉煤灰陶粒混凝土采用 1 2 0 L强制式搅
13、拌机搅拌 , 陶 粒经过 2 4 h预湿处理 。 配制过程按照 J G J 5 1 2 0 0 2 轻 骨 料混凝土技术规程 进行 ; 试件 2 4 h 成型后拆模 , 然后在水 池 中湿养护 , 2 8 d取 出。 1 2 2 试件尺寸 抗压强度试验 : 1 0 0 mmx 1 0 0 mm 1 0 0 mm; 抗折强度试验 : 1 0 0 mm 1 0 0 mmx 4 0 0 i n 1 ; 劈裂抗拉强度试验 : 1 0 0 mm 1 0 0 m mx 1 0 0 m m。 1 2 3 试验设备 ( 1 ) 抗压强度 : 采用 2 0 0 0 k N压力试验机 。 L J: ( 1 ) 式
14、 中: , 极 限荷载 , N; A受压面积 , I n l D 。 ( 2 ) 抗折强度 : 采用 S Y E 。 3 0 0 型抗折压力试验机。 = 凡 6 ( 2 ) 式 中: , 试件的破坏载荷 , N; 三 支座间的跨度 , 1 T I IT I ; 试件截面的高度尺寸 , m m; b 试件的截面宽度尺寸 , mm。 ( 3 ) 劈裂抗拉强度 : 采用 2 0 0 0 k N压力试验机 。 f d = 2 F r r A= 0 6 3 7 ( 3 ) 式中 : F 试件 的破坏载荷 , N; A试件的劈裂面面积 , m m。 抗压强度实测值乘以 0 9 5 折算 ; 抗折强度和劈裂
15、抗 拉强度实测值乘以 0 8 5 折算 。 2 正 交配合 比设计 本试验共分两个阶段 , 第一阶段确定最优配合 比。 根据 J G J 5 1 2 o 0 2 轻骨料混凝土技术规程 中配合 比计算方法 , 采用松散体积法 , 在查阅大量文献 的基础上 , 选择 了 5因 素 : 水灰 比( w c ) ( A) 、 每立方米水泥用量( B ) 、 粉煤灰掺量 ( C ) 、 硅灰掺量 ( D) 、 陶粒 ( E ) , 每个 因素 的水平各 为 3个 , 具体值见表 2 。 再根据 因素和水平选 用 L ( 3 ) 作为该试验 考察强度指标 的正交表 , 材料用量如表 3所示 。 对正交试
16、验结果进行极差和方差分析 , 选 出粉煤灰 陶粒混凝 土的最 优配合比; 第二阶段在最优配合比的基础上掺加钢纤维 , 考察钢纤维的体积掺量对粉煤灰 陶粒混凝土 的抗压强度 、 抗折强度 、 劈裂抗拉强度 的影响。 表 2 因素水平表 表 3 粉煤灰陶粒混凝土 L 。 ( 3 ) 正交试验表 3 试验 结果及 比较 分析 3 1 第一阶段试验结果及分析 通过 1 8 组正交试验研究了五个因素对粉煤灰陶粒混 凝土抗压强度的影响 , 正交试验的结果见表 3 。 在正交试验 巾极差 R的大小用来衡量 因素对试验指标的影响大小 。 极 1 1 2 差大的因素 , 说明它的水平变化对指标 的影响大 , 通
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