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废玻璃掺合料对混凝土力学性能的影响

添加时间:2019-06-14 10:39 来源:未知 作者:优选论文网
  摘要:为了研究废玻璃掺合料对混凝土各项力学性能的影响, 对不同玻璃粉粒径 (150~830μm、75~150μm、25~75μm) 和不同体积掺量 (5%、10%、15%、20%) 的废玻璃掺合料混凝土进行了抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量性能测试, 分析了废玻璃粉粒径和体积掺量对混凝土力学性能的影响, 同时研究了废玻璃粉掺合料混凝土的拉压比和弹强比。结果表明:废玻璃粉掺合料对混凝土力学性能影响较大, 当玻璃粉掺量≥10%时, 混凝土的抗压强度均有不同程度的提高, 玻璃粉粒径越细, 混凝土的抗压强度越高。随着废玻璃粉掺量增加, 混凝土劈裂抗拉强度持续降低, 拉压比减小。混凝土弹性模量随着玻璃粉的掺入均出现不同程度的增大, 且玻璃粉粒径越小, 弹性模量越大, 弹强比随玻璃粉掺量先增大后减小。
  
  关键词:废玻璃粉掺合料; 混凝土; 力学性能;
 
  
  0前言
  
  混凝土的力学性能是评定混凝土性能最重要的指标之一, 混凝土的耐久性如抗冻性和抗渗性等均与其力学性能存在着各种各样密切的联系[1].随着玻璃产品在工业生产中的大量应用, 玻璃废弃量也在日益增多。而我国废玻璃回收利用率仅为10%~30%, 远远低于世界平均水平[2].混凝土作为应用最广泛的土木工程材料之一, 近年来关于“绿色高性能混凝土”的研究引起了广泛关注。研究将废弃玻璃作为掺合料替代骨料使用, 不仅可以解决废弃玻璃的回收利用问题, 而且还能对绿色环保型建筑材料的发展起到推动作用。
  
  赵祖芳等[3]用不同粒径和掺量的废玻璃分别取代混凝土中的粗、细骨料, 表明, 将废玻璃颗粒按一定比例替代混凝土的天然骨料时可行的。曾超等[4]通过正交试验研究了废玻璃粉掺量、水胶比、砂率及粒度等因素对混凝土抗压强度的影响, 并指出, 水胶比及废玻璃粉掺量是影响废玻璃粉混凝土抗压强度的主要因素。李丽华等[5]探讨了废玻璃粉在混凝土中的应用机理及ASR风险, 并指出, 将废玻璃磨细成粉, 既可以解决玻璃骨料的碱-骨料反应问题, 还能发挥其火山灰作用, 改善混凝土性能。
  
  目前, 在废玻璃混凝土的力学性能研究方面取得了较多成果[3,4,6,7,8,9], 主要是反应单一混凝土的力学性能。鉴于此, 本文通过废玻璃掺合料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量性能测试, 分析废玻璃粉粒径和体积掺量对混凝土力学性能的影响, 同时研究废玻璃粉掺合料混凝土的拉压比和弹强比。
  
  1 试验
  
  1.1 原材料
  
  水泥:P·O 42.5级水泥。
  
  砂:机制砂, 细度模数为2.9.
  
  石子:5~20 mm碎石, 含泥量0.6%, 连续级配, 各项性能均满足规范要求。
  
  玻璃掺合料:利用废旧玻璃瓶, 经过清洗、晾晒, 磨碎筛分成所需粒径的玻璃粉, 粒径范围分别为150~830μm、75~150μm和25~75μm, 对应的堆积密度分别为1.215 g/ml、1.081 g/ml和0.838 g/ml, 图1为各玻璃粉的堆积状态。
  
  1.2 试验设计
  
  图1 三种粒径范围玻璃粉的堆积状态

  
  首先制作一组未掺玻璃粉的混凝土试块作为基准组 (PC组) , 然后用玻璃粉等体积取代砂制备废玻璃掺合料混凝土, 按玻璃粉粒径分为G-A (150~830μm) 、G-B (75~150μm) 和G-C (25~75μm) 三大组, 玻璃粉掺量按砂的体积百分比取5%、10%、15%和20%四个水平, 通过玻璃粉的密度换算成质量掺量。每种粒径范围的废玻璃掺合料混凝土和基准混凝土的配合比见表1.
  
  1.3 试验方法
  
  表1 混凝土配合比

  
  注:A、B、C分别表示150~830μm、75~150μm、75~150μm目玻璃粉的粒径范围。
  
  根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土的力学性能测试, 按照表1所述的配合比制成标准试件, 标准养护28 d之后, 使用微机控制电液伺服万能试验机进行混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗压弹性模量试验。
  
  立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm, 每组制作3块。抗压弹性模量试件尺寸为150 mm×150 mm×300 mm, 每组制作6块, 其中3块用于测定轴心抗压强度, 定出弹性模量的加荷标准, 其余3块进行抗压弹性模量试验。
  
  2 试验结果与分析
  
  2.1 立方体抗压强度
  
  图2为各组粒径范围的废玻璃粉掺合料混凝土立方体抗压强度随玻璃粉掺量的变化关系。
  
  由图2可以看出, 当掺入5%的玻璃粉时, 各组试块的抗压强度较基准组均有不同程度的减低;随着玻璃粉掺量的继续增加, 各组废玻璃粉掺合料混凝土的抗压强度逐渐增大, 其抗压强度值均高于基准组;当掺量超过15%后, 各组混凝土抗压强度又开始出现不同程度的下降趋势, 其中, 掺150~830μm玻璃粉的G-A-5、G-A-10、G-A-15和G-A-20的立方体抗压强度相对基准组的强度变化率分别为-3%、1.5%、8.8%和4.3%;掺入100~200目废玻璃粉的G-B-5、G-B-10、G-B-15和G-B-20组试件的抗压强度相对基准组的强度变化率分别为-1.8%、2.8%、9.1%和6.1%;而掺入200~500目废玻璃粉的G-C-5、G-C-10、G-C-15和G-C-20组试件的抗压强度相对基准组的强度变化率分别为-1%、2.8%、20.7%和14.6%.
  
  图2 废玻璃掺合料对混凝土抗压强度的影响

  
  由以上试验结果可知, 掺入玻璃粉对混凝土立方体抗压强度的影响较大, 当玻璃粉掺量≥10%时, 混凝土的抗压强度较基准组均有不同程度的提高, 玻璃粉掺合料体积掺量为15%时, 混凝土抗压强度增长率最大, 且在相同玻璃粉掺量的情况下, 玻璃粉粒径越细, 混凝土的抗压强度越高。
  
  2.2 劈裂抗拉强度
  
  图3为各组粒径范围的废玻璃粉掺合料混凝土劈裂抗拉强度随玻璃粉掺量的变化关系。
  
  由图3可以看出, 掺入废玻璃粉后, 各组混凝土试件的劈裂抗拉强度较基准组均有不同程度的降低, 其中掺入150~830μm粒径范围玻璃粉降低最为明显, G-A-5、G-A-10、G-A-15、G-A-20分别较基准组降低了18%、21.5%、27.5%和24.5%;掺入75~150μm玻璃粉的G-B-5、G-B-10、G-B-15和G-B-20的劈裂抗拉强度分别较基准组降低了2.1%、1.5%、5.8%和13.5%;掺入25~75μm玻璃粉混凝土G-C-5、G-C-10、G-C-15和G-C-20的劈裂抗拉强度较基准组分别降低1.5%、2.8%、3.4%和16.8%.由以上分析可见, 玻璃粉粒径和掺量对混凝土劈裂抗拉强度影响较大, 随着玻璃粉掺量增加呈持续下降趋势, 其中, 掺入较大粒径 (150~830μm) 的废玻璃粉混凝土劈裂抗拉强度降低最显着;掺入75~150μm和25~75μm玻璃粉的混凝土劈裂抗拉强度变化趋势较为接近, 当玻璃粉掺量≤15%时, 劈裂抗拉强度降低程度较小, 而当掺量达到20%时, 其抗拉强度急剧下降。
  
  图3 废玻璃掺合料对混凝土劈裂抗拉强度的影响

  
  混凝土拉压比为混凝土劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的比值, 图4为废玻璃粉掺合料对混凝土拉压比的影响。
  
  图4 废玻璃掺合料对混凝土拉压比的影响

  
  由图4可以看出, 随着废玻璃粉掺量的增加, 混凝土的拉压比逐渐减小, 表明废玻璃粉掺合料混凝土的抗拉强度不能随混凝土抗压强度同步增长, 混凝土脆性增大。其中, 掺150~830μm玻璃粉混凝土的拉压比降低最显着, 其次为25~75μm玻璃粉混凝土, 75~150μm玻璃粉混凝土的拉压比降低程度最小。
  
  2.3 抗压弹性模量
  
  图5为废玻璃掺合料对混凝土弹性模量影响试验结果。

  
  由图5可见, 随着玻璃粉掺量的增加, 混凝土弹性模量均出现不同程度的增大, 其中, 掺入150~830μm玻璃粉的G-A-5、G-A-10、G-A-15和G-A-20的弹性模量相对基准组分别提高1.5%、17.5%、17.3%和9.9%;掺入75~150μm玻璃粉的G-B-5、G-B-10、G-B-15和G-B-20的弹性模量相对基准组分别提高15.5%、17.8%、18.7%和17.5%;而掺入25~75μm玻璃粉的G-C-5、G-C-10、G-C-15和G-C-20的弹性模量相对基准组分别提高为17.5%、18.7%、20.5%和19.3%.由以上分析可见, 相同掺量时, 玻璃粉粒径越小, 混凝土弹性模量越大。
  
  图5 废玻璃掺合料对混凝土弹性模量的影响
  
  弹强比为混凝土静弹性模量与抗压强度之比, 弹强比越小, 混凝土抗裂性能越好。图6为废玻璃掺合料对混凝土弹强比的影响。
  
  图6 废玻璃掺合料对混凝土弹强比的影响

  
  由图6可见, 随着废玻璃粉的掺入, 各组混凝土弹强比呈现先增大后减小的趋势, 除G-C-15外, 其他各组混凝土弹强比相对于基准组均有不同程度增加。
  
  3 结论
  
  (1) 废玻璃粉掺合料对混凝土立方体抗压强度影响较大, 当玻璃粉掺量≥10%时, 混凝土的抗压强度较基准组均有不同程度的提高, 玻璃粉掺合料体积掺量为15%时, 混凝土抗压强度增长率最大, 且在相同玻璃粉掺量的情况下, 玻璃粉粒径越细, 混凝土的抗压强度越高。
  
  (2) 随着废玻璃粉掺量的增加, 混凝土劈裂抗拉强度呈持续下降趋势, 其中, 掺入较大粒径 (150~830μm) 的废玻璃粉混凝土劈裂抗拉强度降低最显着;掺入75~150μm和25~75μm玻璃粉的混凝土劈裂抗拉强度变化趋势较为接近, 当玻璃粉掺量≤15%时, 劈裂抗拉强度降低程度较小, 而当掺量达到20%时, 其抗拉强度急剧下降。
  
  (3) 混凝土拉压比随着废玻璃粉掺量的增加而逐渐减小。其中, 掺加150~830μm玻璃粉混凝土的拉压比降低最显着, 其次为掺加25~75μm玻璃粉的混凝土, 75~150μm玻璃粉混凝土的拉压比降低程度最小。
  
  (4) 混凝土弹性模量随着玻璃粉掺量的增加均出现不同程度的增大, 相同掺量时, 玻璃粉粒径越小, 混凝土弹性模量越大。各组混凝土弹强比随着废玻璃粉掺量的增加呈现先增大后减小的趋势, 除G-C-15外, 其他各组混凝土弹强比相对于基准组均有不同程度增加。
  
  参考文献
  
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