论文掺合料在再生砂浆中的试验研究 作者王勇能文档格式.docx
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目前在国内外关于再生砂浆的研究还比较少,本文是为了研究掺合料对再生砂浆工作性能、力学性能的影响。
因此对单掺(掺粉煤灰、聚丙烯纤维和硅粉)和三掺(聚丙烯1.2Kg/m3)的再生砂浆进行了抗压和抗折试验,并与基准组砂浆对比分析。
试验结果表明,掺入粉煤灰能够减弱砂浆的抗压抗折强度;
硅粉能明显的提高天然、再生砂浆的抗压抗折强度;
三掺时聚丙烯纤维定量1.2kg/m3硅粉、粉煤灰变量时,硅粉10%、粉煤灰10%组合时,抗压抗折强度最大。
粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性,同比水泥其压缩变形要小的多。
粉煤灰的毛细现象十分强烈,其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系,故粉煤灰减弱砂浆的抗压抗折强度;
硅粉强火山灰效应产生的胶凝物质改变砂浆结构,间接影响砂浆的抗压抗折强度。
关键词:
硅粉;
聚丙烯纤维;
粉煤灰;
抗压强度;
抗折强度
ExperimentalMtudyAdmixtureintheRegenerationofMortar
WangYongneng
(Yunnanagriculturaluniversitycollegeofwaterconservancy,Kunming650201)
ABSTRACT
Atpresentindomesticandforeignresearchonregenerationofmortarisless,thispaperistostudytheadmixturesontheregenerationperformanceofmortar,theinfluenceofmechanicalproperties.Soonlymixed(mixingflyashandpolypropylenefibreorsilicapowder)andthreemixed1.2Kg/m³
)(polypropylenerenewablemortarcompressiveandbendingtestshavebeencarriedout,andcomparedwithbaselinegroupmortarisanalyzed.Thetestresultsshowthattheincorporationofflyashmortarcanweakenthecompressiveflexuralstrength;
Siliconpowdercansignificantlyimprovethenatural,renewablecompressiveflexuralstrengthofmortar;
Threemixingpolypropylenefiberswhenthequantitativevariables(8.4g)ofsiliconpowder,flyash,siliconpowdercombined10%flyash10%,isthelargestcompressiveflexuralstrength.Flyashhascertaincompressibilityunderoutsideload,comparedwiththecementitscompressiondeformationismuchsmaller.Flyashofcapillarityisverystrong,thecapillarywaterriseheightandcompactionhavecloserelations,sotheweakeningofflyashmortarcompressiveflexuralstrengthofflyash;
Siliconpowderisstrongvolcanicasheffectofgellingmaterialchangemortarstructure,indirectlyaffectcompressiveflexuralstrengthofmortar.
Keywords:
siliconpowder;
Polypropylenefiber;
Flyash;
Thecompressivestrength;
Flexuralstrength.
目录
第一章绪论1
1.1前言1
1.2国外再生骨料研究现状2
1.3国内再生砂浆研究现状2
1.4本课题研究的内容及意义4
第二章材料的基本性能试验5
2.1掺合料的基本性能5
2.1.1粉煤灰的性能5
2.1.2硅粉的基本性能6
2.1.3外加剂的基本性能7
2.2天然细骨料的基本性能试验7
2.2.1级配试验7
2.2.2堆积密度试验8
2.2.3吸水率试验9
2.2.4表观密度试验9
2.2.5压碎指标试验10
2.2.6含泥量试验11
2.3再生细骨料的基本性质试验12
2.3.1级配试验12
2.3.2堆积密度试验13
2.3.3吸水率试验14
2.3.4表观密度试验14
2.3.5压碎指标试验15
2.3.6含泥量试验17
2.4水泥胶砂强度试验18
本章小结21
第三章砂浆配合比设计23
3.1砂浆初步配合比的确定24
3.1.1砂浆的配制强度24
3.1.2计算水泥用量24
3.1.3计算砂的用量25
3.1.4计算水的用量25
3.1.5配合比试配、调整与确定25
3.2砂浆的试拌调整,得出基本配合比26
3.2.1试拌26
3.2.2配合比调整26
3.3确定试验室配合比、试拌成型及养护27
本章小结31
第四章砂浆力学性能试验研究32
4.1天然、再生砂浆立方体抗压强度试验32
4.1.17d单掺天然砂浆试件抗压强度34
4.1.27天再生砂浆抗压强度:
34
4.1.328d天然抗压强度36
4.1.428d再生砂浆抗压强度37
4.2天然、再生砂浆抗折强度试验39
4.2.17d天然抗折强度:
39
4.1.27d天然、再生抗折强度规律图40
4.1.328d天然、再生抗折强度41
4.1.428d天然、再生砂浆抗折强度43
4.3掺合料对砂浆的抗折抗压机理分析44
4.3.17d、28d抗压、抗折对照图44
4.3.2掺合料对砂浆的机理分析45
本章小结46
第五章结论及展望47
5.1本试验研究结论47
5.2再生砂浆的研究应用展望48
参考文献49
致谢49
第一章绪论
1.1前言
近年来,由于建筑业的不断发展,大量旧建筑物被拆除及地震破坏产生的城市建筑垃圾量越来越多。
资料显示,我国每年因拆除建筑产生的国体废弃物约2亿吨以上新建建筑产生的固体废弃物大约1亿吨,两项合计约3亿吨。
据计算,仅废弃混凝土一项就有大约1亿吨左右。
这些废弃混凝土如果不加以处理和再利用,如只是简单地运往垃圾场堆放、填埋,则不仅侵占了大量土地,还导致严重的环境污染,更谈不上对回收资源的利用。
如何处理这些建筑垃圾已引起了政府部门和公众的普遍关注。
再生砂浆技术就是利用已废弃的混凝土块,经过破碎、清洗和分级,再按一定的比例配合形成再生骨料,以此再生骨料部分或全部取代天然骨料配置新砂浆的技术【1】。
此项技术不但解决了部分环保问题,而且最大限度地利用了资源,符合建筑业可持续发展的战略,是发展绿色生态建筑材料的重要措施之一。
由于再生粗骨料表秒粗糙、棱角多,且表面包裹着相当数量的空隙大且吸水率高的水泥砂浆,再加上混凝土块在解体、破碎过程中的损伤累积,其内部存在大量微裂缝【2】。
这些因素都使其表观密度降低,吸水率、吸水速度、空隙率、压碎指标增大,导致拌制的再生砂浆土工作性能、力学性能、耐久性能等综合性能发生变化,限制了其应用范围。
随着城市化进程的不断加快,城市中建筑垃圾的产生和排出数量也在快速增长。
人们在享受城市文明同时,也在遭受城市垃圾所带来的烦恼,其中建筑垃圾就占有相当大的比例,约占垃圾总量的30%~40%,因此如何处理和利用越来越多的建筑垃圾,已经成为各级政府部门和建筑垃圾处理单位所面临的一个重要课题【3】。
聚丙烯(Polypropylene简称PP)的原材料是从单体C3H6而得,是一种高分子碳氢化合物。
聚丙烯纤维一般分为单丝和网形两种规格长度在19mm~50mm之间,抗拉强度为(260~414)MPa,极限延伸率为15%~160%,其物理性能基本相同。
即聚丙烯纤维不溶于水,表面疏水性,不会被水泥浆浸湿,无味、无毒,耐热性能好,导电性、导热性极低,抗酸碱性极高。
聚丙烯纤维的化学性质非常稳定,只是依靠改变砂浆的物理结构而改变混凝土的性能,而本身不会吸收其它物质,同混凝土的骨料、外加剂、掺合料和水泥都不会有任何化学作用,故与混凝土材料有良好的亲和性,它的化学稳定性好,和大多数化学物质不发生作用,具有良好的耐久性。
本研究就是通过再生砂浆中掺入一定量的聚丙烯纤维,利用纤维的一些特性,改善再生细骨料自身缺陷给砂浆带来的不利影响,以达到提高再生砂浆的力学性能和工作性能,从而为工程实际提供理论依据。
1.2国外再生骨料研究现状
与天然骨料相比,再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特性,使再生骨料砂浆与天然骨料砂浆性能相差较大。
再生砂浆密度小于天然砂浆,有利于减轻建筑物质量,提高建筑物的热工性能。
建筑垃圾中磨细的微粉,具有活性,可起到掺合料的作用【4】。
随着砂浆在中国的应用推广,建筑材料理论界也在国外学术界研究成果的基础上开始关注并研究相关的理论问题。
研究指出:
聚丙烯纤维在工程中不但可以用作非结构性补强材料来防止塑性收缩裂缝,而且可以作为结构性补强材料用于增强构件的抗弯承载力,改善砂浆结构延性。
荷兰是最早开展再生混凝土骨料研究和应用的国家之一,在20世纪80年代荷兰就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的相关规范,规定了利用再生骨料生产上述混凝土的明确的技术要求,并指出如果再生骨料在骨料中的含量不超过20%,那么混凝土的生产就完全按照普通天然骨料混凝土的设计和制各方法进行。
另外。
在荷兰内阁环境政策计划书中明确要求,2000年建筑废料的计划回收率要达90%左右。
1.3国内再生砂浆研究现状
我国的经济发展比发达国家滞后约半个世纪,目前国内对再生骨料的研究
还不够深入。
目前国内再生砂浆的研究和应用还处于起步阶段。
基于此种状况,哈尔滨理工大学2009年硕士生针对性的研究了再生骨料掺量、颗粒形态、级配、粉煤灰掺量对再生骨料砂浆性能影响的研究。
对再生骨料的研究现也已经成为建筑材料研究领域中的一个热点,我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略,也鼓励废弃物的研究和应用近几年国内也有不少研究人员进行过相似的探索,但与发达国家相比,我国再生骨料的研究尚处于试验室阶段。
尤其是再生骨料自身的复杂性、变异性,使再生砂浆的应用受到某些限制。
从聚丙烯纤维砂浆在国内的应用研究来看.目前国内的研究主要集中于对再生骨料的物理、力学性能的研究:
从国内研究状况来看,对聚丙烯纤维的研究主要是在基本性能方面。
在砂浆中加入纤维可以显著改善其韧性,大大减少干缩开裂,是改善砂浆性能的有效措施。
硅粉砂浆由普通水泥砂浆掺加硅粉拌制而成。
硅粉是冶炼工业硅、铁硅或其他硅合金过程中的废气,经冷凝收集而得的副产品。
硅粉的平均直径比水泥小50—100倍;
主要化学成分是活性很高的SiO2,其质量分数约为92%(普通水泥质量分数约为21%)
由各砂浆试验研究结果分析总结出硅粉砂浆性能的主要机理有:
一、硅粉充填传统砂浆的空隙,所以硅粉砂浆更细致。
二、硅粉的火山灰反应,硅粉中的无定形SiO2能与水泥水化反应后放出的Ca(OH)2发生二次反应生成CSH凝胶。
CSH凝胶优于粗大而多孔的Ca(OH)2晶体,从而改善砂浆的界面结构和孔隙结构。
由此,硅粉砂浆的主要性能有:
硅粉的填充作用及火山灰反应使硅粉砂浆具有普通砂浆无法比拟的优越性,其力学性能、粘结、抗渗、抗冻等诸多性能得到改善。
因其材料是无机盐系,不存在老化问题,且无毒,施工方便。
建筑砂浆是一种量大面广的建筑材料。
砂浆中石灰膏含水50%呈膏状,难以实现重量计量,而且石灰膏质量不稳定,纯水泥砂浆缺乏保水增稠材料,显得操作性差、易结硬,现场为改善和易性往往多放水泥,使砂浆质量波动大。
砌筑砂浆强度波动大,抹灰层开裂、渗漏现象屡见不鲜,影响了整个工程质量。
目前,上海市工程建设都使用商品混凝土,施工现场文明施工、标化管理要求严格,现场使用干排粉煤灰须配置筒仓,使用湿灰则含水率受天气影响大,影响现场施工环境,上海地区粉煤灰在砂浆中应用逐步减少。
随着住宅产业化的发展,建筑砂浆采取工业化生产,确保砂浆质量,从材性上稳定砂浆质量,消除抹灰层渗漏裂也就迫在眉睫,势在必行。
1.4本课题研究的内容及意义
我国对再生骨料的认识才刚刚起步,还没有对其进行系统的研究,鉴于目前对再生砂浆的研究现状和发展。
又一方面积极探索了混凝土固体废弃物资源化的有效途径并做出相应的环境效益评价。
众所周知,从纯经济指标的角度来讲,再生骨料的生产是微利甚至无利或亏损,但是随着社会对环保问题的日益重视,再生砂浆的生产与应用将作为一项环保产业提到日程上来,它的推广将直接产生两大影响:
一方面解决了大量混凝土废弃物处理困难和由此引发的对环境的负面影响等问题,同时又节省了大量的垃圾清运费用和处理费用;
另一方面可以减少对天然砂石的开采,保护了生态环境,保护了人类社会的可持续发展。
希望这些研究真正的能变废为宝,充分发挥混凝土固体废弃物的环境效益、经济效益和社会效益,促进再生骨料的资源化利用。
本课题的内容是:
以废弃混凝土制备成再生骨料,细骨料采用人工砂。
以硅粉和粉煤灰及聚丙烯纤维掺量一定量在单掺、三掺(硅粉0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、80%;
粉煤灰掺量0%、10%、20%、30%、40%、50%;
聚丙烯纤维:
0kg/m3、0.4kg/m3、0.6kg/m3、0.8kg/m3、1.2kg/m3,2.0kg/m3)情况下,进行天然砂浆和再生砂浆M7.5配合比设计。
掺入减水剂。
(1)分析硅粉和粉煤灰及聚丙烯纤维对天然砂浆和再生砂浆的作用及增强机理;
(2)分析不同掺量硅粉和粉煤灰及聚丙烯纤维对天然砂浆和再生砂浆的工作性能、力学性能的影响。
(3)通过试验所得到的各项数据,对再生的各项力学性质做出定量的说明与分析。
并通过分析得出硅粉、粉煤灰、聚丙烯纤维的最佳掺量及配合比。
(4)确定再生砂浆相比较天然砂浆的应用条件。
(5)各掺合料(硅粉、粉煤灰、聚丙烯)对砂浆的影响。
第二章材料的基本性能试验
2.1掺合料的基本性能
2.1.1粉煤灰的性能
(1).粉煤灰的物理性质:
粉煤灰的比重在1.95~2.36之间,松干密度在450kg/m³
~700kg/m³
范围内,比表面积在220kg/m³
~588kg/m³
之间。
由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性,在松散状态下具有良好的渗透性,其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。
粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性,同比粘性土其压缩变形要小的多。
粉煤灰的毛细现象十分强烈,其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。
粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体,主要由氧化硅玻璃球组成,根据颗粒形状可分为球形颗粒与不规则颗粒。
球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠,若据其在水中沉降性能的差异,则可分出飘珠、轻珠和沉珠;
不规则颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。
(2).粉煤灰的化学成分
粉煤灰是一种火山灰质材料,来源于煤中无机组分,而煤中无机组分以粘土矿物为主,另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。
因此粉煤灰化学成分以氧化硅和氧化铝为主(含量约氧化硅48%,氧化铝含量约27%),其他成分氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。
不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰,其化学成分差别很大。
粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒,亦称飞灰,其化学成分主要是SiO2(45~65%)、Al2O3(20~35%)及Fe2O3(5%~10%)和CaO(5%)等,粉煤灰掺入混凝土后,不仅可以取代部分水泥,降低混凝土的成本,保护环境,而且能与水泥互补短长,均衡协合,改善混凝土的一系列性能,粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益,具体如下:
表2—1粉煤灰主要性能[5]
化学成分
ChemicalComposition
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
TiO2
含量/%content
56.21
29.45
3.6
1.66
0.85
0.78
0.47
0.52
项目
Project
细度
Finefraction
需水量
Waterdemand
烧失量
Lossonburn
含水量
Watercontent
三氧化硫
SO3
Na2O+0.658K2O
Equivalent
指标
/%Index
13
98
2.03
0.1
0.2
0.98
2.1.2硅粉的基本性能
1、具有良好的绝缘性:
由于硅微粉纯度高,杂质含量低,性能稳定,电绝缘性能优异,使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。
2、能降低环氧树脂固化反应的放热峰值温度,降低固化物的线膨胀系数和收缩率,从而消除固化物的内应力,防止开裂。
3、抗腐蚀性:
硅微粉不晚与其他物质反应,与大部分酸、碱不起化学反应,其颗粒均匀覆盖在物件表面,具有较强的抗腐蚀能力。
4、颗粒级配合理,使用时能减少和消除沉淀、分层现象;
可使固化物的抗拉、抗压强度增强,耐磨性能提高,并能增大固化物的导热系数,增加阻燃性能。
5、经硅烷偶联剂处理的硅微粉,对各类树脂有良好的浸滑性,吸附性能好,易混合,无结团现象。
6、硅微粉作为填充料,加进有机树脂中,不但提高了固化物的各项性能,同时也降低了产品成本。
硅粉在砂浆中的作用机理[6]:
硅粉能够填充水泥砂浆颗粒间的孔隙,同时与水化产物生成凝胶体,与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。
在水泥砂浆中,掺入适量的硅粉,可起到如下作用:
1、提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。
2、具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。
3、显著延长砼的使用寿命。
特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下,可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。
4、有效防止发生砂浆碱骨料反应。
5、具有极强的火山灰效应,拌合砂浆时,可以与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应,形成胶凝产物,填充水泥石结构,改善浆体的微观结构,提高硬化体的力学性能和耐久性。
6、硅粉为无定型球状颗粒,可提高砂浆的流动性能。
7、硅粉的平均颗粒尺寸比较小,具有很好的填充效应,可以填充在水泥砂浆颗粒空隙之间,提高混凝土强度和耐久性。
2.1.3外加剂的基本性能
本次试验我们选用的外加剂为KS-TJ高性能减水剂,掺量范围:
0.7%~1.5%。
减水率20%~31%。
高效减水剂对水泥有强烈分散作用,能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度,同时大幅度降低用水量,显著改善砂浆工作性。
有的高效减水剂会加速混凝土坍落度损失,掺量过大则泌水。
高效减水剂基本不改变砂浆凝结时间,掺量大时(超剂量掺入)稍有缓凝作用,但并不延缓硬化砂浆早期强度的增长。
能大幅度降低用水量从而显著提高混凝土及砂浆各龄期强度。
在保持强度恒定时,则能节约水泥10%或更多。
2.2天然细骨料的基本性能试验
2.2.1级配试验
试验步骤:
1、
称烘干试样500g,记为m。
将试样倒入按孔径大小从上至下组合的套筛(附筛底)上,将套筛置于摇筛机上,摇10分钟;
取下套筛,按筛孔大小顺序再逐个用手摇筛,筛至每分钟通过量小于试样总量的0.1%(0.5g)为止。
通过的试样放入下一号筛中,并和下一号筛中的试样一起过筛,按顺序进行,直至各筛全部筛完为止。
2、称出各筛号上的筛余量G,试样在各筛上的筛余量不得超过按下式计算出的量(精确至1g)
3
、砂的细度模数按下式计算,精确至0.01:
A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为各号筛的累计筛余百分率。
4、计筛余百分率取两次试验结果的算术平均值,精确至1%。
细度模数取两次试验结果的算术平均值,精确至0.1;
如两次试验的细度模数之差超过0.20时,须重新试验。
平行二组试验每组天然砂500g
表2—2天然砂浆及配试验
组别
4.75mm
2.36mm
1.18mm
0.6mm
0.3mm
0.15mm
<
一组
32.1g
122.4g
78.9g
60.3g
63.6g
40.9g
101.5g
2.60
二组
28.8
113.9g
82.2g
79.0g
59.5g
43.1g
91.4g
2.60
根据表格天然砂的细度模数为2.60,根据表格砂的颗粒级配在第Ⅱ区,为中砂。
=3.7~3.1为粗砂,
=3.0~2.3为中砂,
=22~1.6为细砂,
=1.5~0.7为特细砂。
2.2.2堆积密度试验
1、堆积密度:
取试样一份,用漏斗或铝制料勺,将它徐徐装入容量筒(漏斗出料口或料勺距容量筒筒口不应超过50mm)直至试样装满并超出容量筒筒口。
然后用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平,称其重量(m)。
2、紧密密度:
取试样一份,分二层装入容量筒。
装完一层后,在筒底垫放一根直径为10mm的钢筋,将筒按住,左右交替颠击地面各25下,然后再装入第二层;
第二层装满后用同样方法颠实(但筒底所垫钢筋
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