再生混凝土导热系数试验与分析.pdf
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1、第 1 8卷第 5期 2 0 1 5年 1 O月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F BUI LDI NG MATE RI ALS Vo1 1 8。 No 5 Oc t , 2 o 1 5 文章 编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 8 5 2 0 6 再 生混凝 土导 热 系数试 验与分析 朱丽华 , 戴 军 , 白国 ( 西安建筑科技大学 土木工程学院 , 良, 张锋 剑 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要 : 采用单位体积用水量、 水灰比、 再生粗骨料取代率和再生细骨料取代率这 4个影响 因素设计 正 交试验 , 研 究这 些 因素对
2、再生 混凝 土导 热 系数 和 密度 的 影响 ; 同 时定 义 骨料 影 响 系数 C, 分析 了 再生混凝土导热 系数变化的内在机理 , 并基 于普通混凝 土导热系数的计算公 式, 提 出了修正 的再 生混凝土导热 系数计算公 式 结果表 明: 4个影响 因素 中, 再生粗骨料取代率对再生混凝土导热 系 数影响最大; 再生混凝土导热系数 与 C值 间存在显著 的线性关 系; 修正 的再生混凝 土导热系数计 算公式的计算结果与试验结果吻合较好, 便 于实际工程应用 关键 词 : 再 生混凝 土 ;导热 系数 ;正 交试 验 ;骨料 影响 系数 中 图分类 号 : TU5 2 8 0 1 文献
3、标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 5 0 2 4 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n The r ma l Co n d u c t i v i t y o f Re c y c l e d Co n c r e t e ZHU Li h u a, DAI J“ , B AI Ou o l i a n g, ZHANG Fe n g j i a n ( S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g,Xi a n Un
4、 i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y,Xi a n 7 1 0 0 5 5 。Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e r ma l c o n d u c t i v i t y i s a n i mp o r t a n t d e s i g n p a r a me t e r wh e n r e c y c l e d c o n c r e t e i s u s e d f o r wa l l ma t e r i a 1 Co n s i d e r
5、i n g t h e e f f e c t o f f o u r f a c t o r s ,i n c l u d i n g u n i t wa t e r c o n s u mp t i o n ,wa t e r - c e me n t r a t i o ,r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o a n d r e c y c l e d f i n e a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o ,a
6、n o r t h o g o n a l t e s t wa s c o n d u c t e d t o s t u d y t h e r ma l c o n d u c t i v i t y a n d d e n s i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e By d e f i n i n g a n a g g r e g a t e i mp a c t f a c t o r C,t h e i n t e r n a l me c h a n i s m o f t h e r ma l c o n d u c t i v
7、i t y c h a n g e wa s a n a l y z e d B a s e d o n t h e c a l c u l a t i o n f o r mu l a f o r t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f n o r ma l c o n c r e t e ,a mo d i f i e d f o r mu l a f o r r e c y c l e d c o n c r e t e wa s p r o p o s e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t
8、 h e r e p l a c e me n t r a t i o of r e c y c l e d c o a r s e a g g r e ga t e i n f o u r f a c t o r s h a s t h e g r e a t e s t i nf l u e nc e o n t he r ma l c o n d u c t i v i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e Th e r e i s a s i g n i f i c a n t l i n e a r r e l a t i o n s h i
9、 p b e t we e n t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e a n d t h e v a l u e CCa l c u l a t e d v a l u e s f r o m mo d i f i e d f o r mu l a f o r t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g r e e b a s i c a l l y wi t h e x p e
10、 r i me n t a l v a l u e s Th e mo d i f i e d f o r mu l a c o u l d b e a p p l i e d i n t h e p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g Ke y wo r d s :r e c y c l e d c o n c r e t e ;t h e r ma l c o n d u c t i v i t y;o r t h o g o n a l t e s t ;a g g r e g a t e i mp a c t f a c t o r 将废弃混凝土
11、加工成再生骨料来制作再生混凝 土是发展环保型建筑材料 的重要 方向, 这种混凝 土 的循环利用方式既实现了建筑材料资源的二次有效 利用 , 又解决 了天然 骨料匮乏及大量砂石开采 致使 自然环境恶化的困窘局面 1 现阶段 , 或许是考 虑到再生混凝 土性 能的不确 定性 , 除部分应用于承重构件外 , 大量再生混凝土被 应用于围护构件等非承重构件上 围护构件除有一 定的强度要求外 , 还应具备 良好的保温隔热性能 冉 生骨料 存 在 内部 缺 陷 , 周 围 又有水 泥砂 浆包 裹 , 因而 其组分复杂、 形态多样 再生骨料在密度 、 吸水率及 压碎指标等方面均与普通骨料存在差异 , 这导致再
12、 生混凝土 的力学强度和导热系数与普通混凝土相 比 也存在差异 当然 , 再生混凝土的力学强度可以通过 调整配合 比、 骨料改性 、 掺加活性矿物等来改善 ; 但 是 , 如何改善再生混凝土的热工性能 , 使其满足工程 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 3 一 l O ,修订 日期 ; 2 0 1 4 0 4 3 0 基金项 目: “ 十二 五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A J 0 4 B 0 1 0 2 ) ; 西安市工业应用技术研发项 目( CX 1 2 1 8 7) 第 一作者 : 朱丽华 ( 1 9 7 9 一 ) , 男 , 江苏溧 阳人 西安建筑科技大学副教
13、授 , 硕士生导师 , 博士 E ma il ; z h u l i h u a x a 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 朱 丽华 , 等 : 再生混凝土导热系数试 验与分析 8 5 3 应用 的需求 , 依然是亟待解决的问题 研究再生混凝 土的导热系数具有重要的工程应用价值 目前 , 国内外学者对普通混凝土导热 系数进行 了大量研究 这些研究普遍认为, 骨料类 型、 孔 隙数 量及分布、 密实度、 内部温度及湿度是影响混凝土导 热系数的主要因素 然而, 关于再生混凝土导热系数 的研究很少 , 肖建庄等 2 的研究表明, 再
14、生混凝土导 热系数随着再生粗骨料取代率的增大而减小 本文采用水灰比、 单位体积用水量、 再生粗骨料 取代率和再生细骨料取代率这 4个影响因素进行正 交试验 , 研究各因素对再生混凝土导热系数的影响 ; 分析再生混凝土导热系数变化 的内在机理 , 同时提 出再生混凝土导热系数的计算公式 1 试 验概 况 理想化为大平壁导热 , 再生混凝土试件两侧表 面各 点的温度相等 , 形成两个等温面 , 等温面之间的温度 差( ) 产生 了沿温度梯度 相反的降度方 向的热流 ( Q) , 公式为 : Q 一一 8 t A S ( 1 ) U , 式中: A S为等温面的面积 ; 为等温面的法线方 向; 是材
15、料的导热系数, 导热 系数越小 , 则通过一定厚 度材料层的热量越少 , 其保温性能就越好 1 2 试 验材 料 天然骨料 : 西安渭河 的卵石和河砂 ; 水 泥: 陕西 秦岭水泥厂生产 的 P C 3 2 5复合硅 酸盐水 泥; 再生 骨料 : 西安市某废弃工厂拆除构件后 的混凝土经破 碎 、 清洗 、 筛分后得到 天然 骨料和再 生骨料性能指 标见表 1 所示 1 1 试验原理 1 3 试验方案及试件制备 测试导热系数时 , 可将再生混凝土的导热过程 再生混凝土导热系数试验采用 四因素三水平的 裹 1 骨料 的主要性能指标 T a b l e 1 M a i n p e r f o r m
16、a n c e i n d e x o f a g g r e g a t e 正交 试 验方 案 , 见 表 2所 示 考 虑 因素 为 水 灰 比 ( mw mc ) 、 单位体积用 水量 ( ) 、 再生粗 骨料取 代 率( R c ) 和再 生细骨料取代率 ( R ) 试验共 9组 , 每组 2块试件 裹 2 正 交试验水 平裹 Ta b l e 2 Le v e l o f o r t h o g o n a l e x pe r i me nt 制作尺寸为 2 0 0 mn l 2 0 0 mm3 0 mm的木模 , 内部均匀涂抹薄层机油 人工拌和水泥、 骨料和水 , 振 捣均匀
17、后将 再 生混凝 土拌 和 物灌 人木 模, 在 室 温 ( 2 0 士5 ) 的条件下静置 2 4 h , 拆 模并标准养 护至 2 8 d 测试前将试件放人 8 O烘箱中烘至干燥 , 称出 其固定质量 再生混凝土的密度能够反 映其 密实 度, 而再生混凝土导热系数受其密实度的影响 , 所 以, 再生混凝土试件的质量和密度是试验中的重要参数 1 4 试验设备及方法 试验仪器有稳态导热仪、 烘箱 、 稳压器 稳态导 热仪主要 由加热板 、 冷板 、 测量仪表、 量热仪表和计 时器 等 组 成 再 生 混 凝 土 导 热 系 数 按 照 GB T 1 0 2 9 5 -2 0 0 8 DAB 因
18、素 C的极差最 大, 即再生粗骨料取代率是影响再生混凝土导热系 数的最大因素; 因素 A和 B对再生混凝土导热系数 的影 响很小 , 几 乎 可 以 忽 略 材 料 的导 热 系数 越 小 , 则通过一定厚度材料层的热量越少 , 其保温隔热的 能力也就越强 由表 4可知 , 再生混凝土导热系数最 小的配合 比为 A2 B 3 C 3 D 3 4个 因素对 再生 混凝 土 密 度 的影 响 强 弱顺 序 为 DC AB 因素 C的极 差稍 小 于 因素 D, 即再 生 表 4 再生混凝土导热系数 和密度 的极差分析 Ta b l e 4 Ra n g e a n a l y s i s o f
19、t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a nd d e n s i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e Pa r a m e t e r A B C D Pa r a me t e r A B C I ) K1 2 6 2 9 6 2 6 1 8 O 2 9 2 2 6 2 8 3 8 0 K 1 5 3 6 8 5 5 1 1 5 6 9 0 5 6 9 4 K2 2 6 0 8 4 2 6 1 0 0 2 5 9 4 6 2 5 0 4 4 K 2 5 53 9 5 4 9 4 5 4 3 3 5 48 5
20、Th e r ma 1 c 。 n d u c t i v i t y K3 2 5 9 9 8 2 6 O 9 8 2 3 2 O 6 2 4 9 5 4 D e n s i t y K3 5 4 9 1 5 3 9 3 5 2 7 5 5 2 1 9 ( w 一 K一 ) 1 O 8 7 6 5 O 8 7 2 7 0 9 7 4 2 O 9 4 6 0 ( k g m- a ) 1 1 7 8 9 1 8 3 7 1 8 9 6 1 8 9 8 k 2 0 8 4 2 4 0 8 7 0 0 0 8 6 4 9 0 8 3 4 8 k 2 1 8 4 6 1 83 l 1 8l l l
21、8 2 8 k 3 0 8 6 6 7 0 8 6 9 9 0 7 7 3 5 0 8 31 8 k 3 1 8 3 0 1 7 9 7 1 75 8 1 7 3 9 Ra n ge 0 0 3 41 0 0 0 2 8 0 2 0 0 7 0 1 1 4 2 Ra ng e 5 7 3 9 1 3 8 1 5 8 细骨料取代率是影响再生混凝土密度的最大因素 通过方差分析可以找出并 比较对试验结果有显 著影响的因素 对再生混凝土导热 系数的影响因素 进行方差分析 , 结果见表 5 所示 选定显著水平 a =0 0 5 , 则 F o , 。 5 ( 2 , 2 ) 一1 9 ; 由表 5 可知
22、 F c 和 F n 值均大于 1 9 , 这表明再生粗、 细骨料取 代率对再生混凝土导热系数具有显著影响; 水灰比和 单位体积用水量对导热系数无显著影响 再生混凝土 密度的方差分析结果同导热系数类似, 即再生粗 、 细 骨料取代率对再生混凝土密度具有显著影响 表 5 再生混凝土导热系数的方差分析 T a b l e 5 Va r i a n c e a n a ly s i s o f t h e r ma l c o n du c t i v i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
23、第 5 期 朱丽华 , 等 ; 再 生混凝土导热系数试验 与分 析 8 5 5 2 3规律分 析 由表 4可知 , 再生混凝土导热 系数随 因素 A和 B的变化量很 小, 即水 灰 比和单位体积用水量对再 生混凝土导热系数的影 响很小 随着再生粗 骨料取 代率 的增加 , 再生混凝土导热系数显著下降 再生细 骨料取代率 的增加也会使再生混凝土的导热系数下 降 , 但当再生细骨料取代率由 7 O 变化到 1 0 0 时 , 再生混凝土导热系数降低 幅度减小 , 其原 因可能是 骨料间的级配效应导致该组试件的导热系数变化不 显 著 再生混凝土密度随着水灰 比和再生粗、 细骨料 取代率 的增加而降低
24、 , 其原因是再生混凝土拌 和物 中用水量越大 , 烘干后水分损失就越多, 再生混凝土 的质量 也 就越 小 2 4 内在 机理 分 析 正交试验中考虑的影 响因素是基于配合 比层次 的, 这便 于在工程实践 中对再生混凝 土导热 系数进 行控制 , 但基于这 4个影响因素显然无法很好地解 释再生混凝土导热系数变化的内在机理 再生混凝土与普通混凝土的区别在于前者采用 了部分或者全部 的再生骨料 , 但 两者 的制作工艺是 相同的 再生骨料性能 的退化 主要体现在物理性能 层面, 为此 , 不妨将再生混凝土看作一种退化 的普通 混凝土 , 尝试根据普通混凝土导热系数变化 的内在 机理来解释再生混
25、凝土导热系数变化的内在机理 常温下 , 混凝土 的湿度、 孔 隙数量及分布 、 骨料 类型是影响其导热 系数变化 的主要因素 本试验 中 的试件经过了烘干这一环节 , 从而弱化 了湿度对试 验结果的影响 骨料类 型可 以用再生混凝 土 中骨料 的加权压碎指标来表征 从正交试验的极差分析中 可知 , 再生粗骨料取代率对导热系数的影响大于再 生细骨料取代率 本文定义再生骨料对 导热系数 的 影 响 系数 C如下 式所 示 : C 一 1 q l - 4 -( 1一 叩 1 ) + ID I7 2 q 2 ( 2 ) 式 中: 和 分别为再生粗骨料和再生细骨料的取 代率 ; q 和 q 分别为再生粗
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