当前位置: 首页 > 工程管理前沿 > 2020年01期 > 玄武岩纤维改善再生水泥混凝土抗裂性能研究

工程管理前沿【2020年第01期】

  • ID:271612
  • 浏览:3284
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-03-24 16:24:05
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

玄武岩纤维改善再生水泥混凝土抗裂性能研究

2020-03-24 17:40:31 工程地质学 师天明,1,2
资料简介

摘要:通过研究纤维掺量对再生混凝土的力学性能和抗裂性能的影响,结果表明玄武岩纤维能够提高再生混凝土的抗裂性能。

玄武岩纤维改善再生水泥混凝土抗裂性能研究

师天明 1,2

1.甘肃省交通科学研究院集团有限公司,甘肃 兰州 730000; 2.甘肃新瑞交通科技发展有限公司,甘肃 兰州 730000

摘要:通过研究纤维掺量对再生混凝土的力学性能和抗裂性能的影响,结果表明玄武岩纤维能够提高再生混凝土的抗裂性能。

关键词:玄武岩纤维;改善;再生水泥混凝土;抗裂性能。

0引言

使用水泥混凝土再生骨料修筑水泥混凝土路面,既能节约石料资源的浪费,又能保护水泥混凝土铣刨料对环境的污染。然而,由于交通荷载、温湿交替等因素的影响,再生水泥混凝土路面出现因干燥失水产生干燥收缩破坏,在投入运营的之后随着交通荷载向重型化发展,加重了路面的损坏[1-3]。若不加以控制,再生混凝土就容易开裂,出现微小裂缝,从而导致再生水泥混凝土服役寿命减小。

目前,但大多数水泥混凝土抗裂技术由于工艺复杂或造价过高等因素,难以推广应用[4-6]。玄武岩纤维改性混凝土由于性能优异、工艺简单、成本较低,造价每吨大约在1万元左右,是目前水泥混凝土材料改性技术的研究热点。玄武岩纤维作为混凝土增强纤维或“加强筋”使用,在素混凝土基体中均匀分散地掺入纤维材料从而组成复合混凝土材料,利用均匀分散的纤维来改善混凝土的脆性,能够很好地提高混凝土面板的抗裂能力[7~12]

1原材料及试验方案

1.1原材料

所用原材料的基本性能如表1~表3所示,天然碎石采用工程上常用的石灰岩碎石:

表1 水泥的物理力学性能指标

normal consistency(%)

compressive strength(MPa)

Bending strength(MPa)

Setting time(min)

3d

28d

3d

28d

初凝

终凝

27.5

24.8

49.5

5.3

8.2

100

170

表2 玄武岩纤维

密度

(g/cm3)

长度

(mm)

直径

(μm)

吸湿率(%)

弹性模量(GPa)

断裂伸长率(%)

抗拉强度(MPa)

2.53

12/18/24

24

小于0.1

≥106

7.2

≥3000

表3 再生水泥混凝土粗骨料

粒径(mm)

级配

表观密度(kg/m3

堆积密度(kg/m3

压碎指标(%)

含泥量(%)

针片状含量(%)

5~20

良好

2640

1350

19.5

0.6

14

1.2试验方案

根据前期试验,确定再生混凝土的配合比。首先取再生粗骨料掺量为20%,通过力学性能试验初定纤维的较佳掺量,力学性能试验方案如表4所示:

表4 力学性能试验方案

纤维掺量(%)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

编号

XZ-002

XZ-052

XZ-102

XZ-152

XZ-202

取玄武岩纤维的掺量为0、0.1%、0.15%,再生粗骨料的掺量为0、20%、40%,进行收缩抗裂试验,试验方案如表5所示:

表5 抗裂性能试验方案

纤维掺量(%)

再生粗骨料掺量(%)

0

20

40

0

XZ-00

XZ-02

XZ-04

0.1

XZ-10

XZ-12

XZ-14

0.15

XZ-50

XZ-52

XZ-54

再生混凝土收缩试验测试方法采用早期塑性收缩试验方法,以试件开始出现裂缝和出现贯通裂缝的时间来表征,试验测试方法示意图如图1所示。

5e79d57c9cfe0_html_22da54c4155c968a.gif

图1 收缩试验的测试示意图

2试验结果分析

2.1力学性能试验

力学性能试验结果如表6、图2、图3所示:

表6 力学性能试验结果(MPa)

纤维的掺量(%)

配合比

立方体抗压强度

抗弯拉强度

0

XZ-002

47.3

5.2

0.05

XZ-052

48.6

5.7

0.10

XZ-102

49.8

5.9

0.15

XZ-152

50.3

6.1

0.20

XZ-202

49.3

6.0

5e79d57c9cfe0_html_a4866367876935e9.gif

图2 抗压强度与纤维掺量的变化关系图

5e79d57c9cfe0_html_701456d07a237818.gif

图3 抗弯拉强度与纤维掺量的变化关系图

由表6、图2、图3可知,当纤维掺量为0.15%时,力学性能最佳,XZ-102抗压强度较XZ-002素混凝土增长了5.4%,抗弯拉强度增长了13.3%;XZ-152抗压强度较XZ-002素混凝土增长了6.4%,抗弯拉强度增长了17.3%;而XZ-202抗压强度较XZ-002素再生混凝土仅仅增长了4.1%,抗弯拉强度增长了15.1%;当纤维的掺量太大时,不但施工难度变得大了,施工的成本也增加了,再生混凝土本身的强度以及刚度都会进一步的减小,导致再生混凝土的力学性能下降。综合考虑,纤维掺量定为0.10%、0.15%时。

2.2塑性收缩开裂性能试验

塑性收缩试验的结果如表7所示:

表7 塑性收缩试验结果

配合比

初裂时间(min)

贯通时间(min)

XZ-00

77

91

XZ-10

89

102

XZ-50

96

109

XZ-02

68

85

XZ-12

81

95

XZ-52

87

103

XZ-04

62

78

XZ-14

74

88

XZ-54

80

95

由表7可知,不同纤维掺量下初裂时间和贯通时间变化折线图如图4~图6所示,图4(a)、图5(b)、图6(c)分别代表不同的再生粗集料掺量:

5e79d57c9cfe0_html_7bb02ca167767469.gif5e79d57c9cfe0_html_59e55238b88bfd9b.gif

图4 纤维再生混凝土开裂时间(a) 图5 纤维再生混凝土开裂时间(b)

5e79d57c9cfe0_html_b03db3bdbedb98c8.gif

图6 纤维再生混凝土开裂时间(c)

由图4~图6可进一步的看出:随着纤维掺量的增大,再生混凝土抵抗塑性开裂的能力逐渐增强。由图2可知,XZ-10的初裂时间较XZ-00提高了27.3%,贯通时间提高了12.1%,XZ-50的初裂时间较XZ-10提高了7.7%,贯通时间提高了3.1%.;由图3可知,XZ-12的初裂时间较XZ-02提高了19.1%,贯通时间提高了11.7%,XZ-52的初裂时间较XZ-12提高了6.9%,贯通时间提高了8.2%由图4可知,XZ-14的初裂时间较XZ-04提高了19.1%,贯通时间提高了12.9%,XZ-54的初裂时间较XZ-14提高了8.1%,贯通时间提高了7.7%可见:随着玄武岩纤维掺量的增大,玄武岩纤维对再生混凝土抵抗塑性开裂的能力增强的幅度减弱,因此,考虑到施工和易性、施工成本,玄武岩纤维的掺量不应该太大。

由表6可知,不同再生粗骨料掺量下再生混凝土的初裂时间和贯通时间变化折线图如图7~图9所示,图7(d)、图8(f)、图9(f)分别代表不同的纤维掺量:

5e79d57c9cfe0_html_7ef7934277c13c4c.gif5e79d57c9cfe0_html_fdbc0be67613cdd5.gif

图7 开裂时间随再生粗骨料掺量的变化(d)图8 开裂时间随再生粗骨料掺量的变化(e)

5e79d57c9cfe0_html_a497e578029400e8.gif

图9 开裂时间随再生粗骨料掺量的变化(f)

由图7~图9可进一步的看出:随着再生粗骨料掺量的增大,再生混凝土抵抗塑性开裂的能力减弱。由图5可以看出:XZ-02的初裂时间较XZ-00降低了11.7%,贯通时间降低了6.5%,XZ-04的初裂时间较XZ-02降低了8.9%,贯通时间降低了8.1%;由图6可以看出:XZ-12的初裂时间较XZ-10降低了8.8%,贯通时间降低了7.2%,XZ-14的初裂时间较XZ-12降低了8.3%,贯通时间降低了7.3%;由图5可以看出:XZ-52的初裂时间较XZ-50降低了9.6%,贯通时间降低了7.6%,XZ-54的初裂时间较XZ-52降低了8.1%,贯通时间降低了7%。在塑性抗裂性能试验中,再生水泥混凝土失水较快,且本身力学性能较差,结构强度低,抵抗塑性开裂的能力弱。

3结论

本文研究表明:随着纤维掺量的增大、再生粗骨料掺量的降低,再生混凝土抗裂能力增强。

参考文献:

[1]王聪. 无熟料水泥纤维再生混凝土梁抗裂性能试验研究[D].延边大学,2018.

[2]刘建明.公路路面工程破碎水泥混凝土再生利用[J].交通世界,2018(24):24-25.

[3]王馨伟. 废旧混凝土再生骨料道路水泥混凝土路用性能研究[D].重庆交通大学,2018.

[4]李首成,陈芳,仲小玲.水泥稳定再生水泥混凝土基层力学性能研究[J].北方交通,2018(04):140-142.

[5]王荣,胡昌斌.玄武岩纤维路面混凝土断裂参数实验研究[J].公路,2017,62(12):249-254.

[6]暴英波. 玄武岩纤维水泥稳定碎石性能研究[D].长安大学,2017.

[7]倪路路,李建伟,李强.玄武岩纤维短切纱和玄武岩纤维复合筋在水泥混凝土路面中的应用[J].施工技术,2016,45(24):85-87.

[8]程盛.玄武岩纤维水泥混凝土配合比方案研究[J].湖南交通科技,2016,42(03):46-50.

[9]尹玉龙. 玄武岩纤维混凝土的力学性能和耐久性能研究[D].重庆交通大学,2015.

[10]李齐阳,王勇杰,宋云祥.玄武岩纤维聚合物水泥混凝土干缩性能试验研究[J].粉煤灰综合利用,2014,27(06):30-32.

[11]黄智. 玄武岩纤维混凝土路用性能试验研究[D].哈尔滨工业大学,2012.

[12]贾明皓,肖学良,钱坤.玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展[J].硅酸盐通报,2018,37(11):3467-3474.