破碎卵石再生混凝土力学性能及收缩性能试验研究

论文价格:150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:vicky 点击次数:111
论文字数:43202 论文编号:sb2021042210343235246 日期:2021-05-04 来源:硕博论文网
本文对破碎卵石再生混凝土的其他耐久性能并没有展开研究,只是对破碎卵石再生混凝土的力学性能、弹性模量及收缩变形性能进行了研究,例如抗渗、抗冻、抗磨等方面并没有进行试验研究。耐久性失效不仅会影响建(构)筑物的正常使用,还会造成经济损失,因此对破碎卵石再生混凝土的其它耐久性能有待进一步研究。

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义
建筑业的发展得到了国家的大力支持,因此其产值巨大,虽然近些年已有所控制,但所占份额仍不容小觑;城市化建设加快,人们对建筑业提出了新的要求,在已有建筑的拆除、加固、改建过程中,产生大量建筑垃圾,这些建筑垃圾无法被合理的安置,而自身也难以降解,导致环境污染、影响城市容貌,同时阻碍交通,对人们的生活造成了诸多不便(如图 1-1 所示)。目前的首要要求是充分利用这些废弃的建筑垃圾,提高环境质量和经济效益。
图 1-1 拆除与堆积的建筑废材
据相关统计,从资源的消耗上来看,我国是世界大国,在建筑业的消耗上占全世界消耗量的 25%~40%。我国人口众多,其衣食住行无一不会产生垃圾,但由于各种原因产生的建筑废材占城市垃圾总量的 40%左右[1]。由于混凝土结构的施工工艺较为成熟,成本相对较低,且能满足大多数设计的需求,导致已有建筑或正在建设的建筑均用到混凝土材料,因此对混凝土材料的需求量十分巨大,全年生产约为 13~14 亿吨,可达到世界全年用量总和的一半;据粗略估计,在对建筑进行拆除、改建、加固时,每万平方米约产生 7~12 千吨的建筑垃圾[2~3]。有关人员通过进行社会调研,统计国内每年建筑垃圾的产量,经预测分析,在 2020 年时,我国建筑行业产生的建筑垃圾将会超过 39.66 亿吨[4]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 再生混凝土国内外的研究现状
第二次世界大战后,大量建筑垃圾给处于战区中的人们造成人身安全,而且对环境带来严重影响,自此对再生混凝土的研究在各国陆续开展,并出台了一些系列的规范与技术章程[5~7],但建筑垃圾来源广泛、种类繁多,所以至今国内外研究人员仍对再生混凝土进行应用研究。
战争对苏联的建筑物造成严重破坏,迫使苏联学者对废弃的建筑材料展开研究,苏联学者 Glushge 提出对建筑垃圾回收利用的研究方向,并将废弃的建筑垃圾应用于混凝土中,对再生混凝土展开进一步的研究[8]。Safiuddin 开始重视对再生混凝土耐久性的研究,探讨了现阶段再生混凝土与普通混凝土的差距,为将来的研究提供了一些建议[9]。美国政府颁布的《超基金法》规定在生产过程中产生的工业废物不得擅自丢弃必须由企业妥善处理。目前美国的建筑垃圾主要利用在公路建设中,将沥青再生混凝土大量推广,节约了 20%的工程成本。
我国对废弃建筑材料研究与应用较晚,在国外已有大量研究成果的时候,我国对再生混凝土的研究还处于起步阶段,目前只有部分高校学者对再生混凝土进行研究,并且还无法普遍应用,高校和部分企业也是在再生混凝土的应用上做了一些尝试,已取得了一些成果。2016 年,中共中央下达城市建设规划通知,提出争取在 5 年内基本建立建筑垃圾回收再利用的体系。2017 年,国家开始重视对废弃建材的利用,城市建筑垃圾资源化处理率也成为重要指标,加强我国各城市对建筑垃圾利用的意识。2018 年 12 月,将历史悠久的邯郸列为河北省建筑垃圾治理的试点城市。这对研究建筑垃圾利用的邯郸学者们是一种鼓励。
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第 2 章 破碎卵石再生混凝土试验原材料与试验方法

2.1 试验原材料及其基本性质
2.1.1 再生粗骨料的制备
破碎卵石再生混凝土的再生粗骨料来源于废弃混凝土,通过回弹法检测废弃混凝土的强度,在梁侧选取 5 个测区,试验结束后取其平均值,平均回弹值为42.76,平均碳化深度为 0.2mm,经计算得出废弃混凝土换算强度为 46.76MPa。再生粗骨料的制备流程如下:对废弃的混凝土梁构件进行简单处理,并清理出干净的生产场地→用重锤对废弃的混凝土构件进行初步破碎,使粒径范围为0mm~150mm→筛分出粒径大于 150mm 的大块混凝土块后,用小锤进行第二次破碎,直至粒径均小于 150mm→用小锤破碎,直至小于 31.5mm→通过筛分,获得级配良好的再生粗骨料,粒径范围 5mm~31.5mm。
经破碎、筛分得到的再生粗骨料表面粗糙,部分粗骨料表面裹有原来的水泥砂浆,由于原材料来源废弃混凝土梁构件,所以不含木片、玻璃等杂质,如图 2-1所示。
图 2-1 再生粗骨料
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2.2 试件配合比选用及制作
2.2.1 试件配合比的选用
本试验制备的破碎卵石再生混凝土保持水胶比为 0.42,以粉煤灰掺量(0%、10%、20%)及再生粗骨料取代率为变量(0%、15%、30%、45%)为变量,研究分析破碎卵石再生混凝土力学性能、弹性模量及收缩性能,参照文献[45]并在实际浇筑时改变附加用水量,确保破碎卵石再生混凝土具有良好的和易性,试验配合比如表 2-10 所示。
表 2-10 破碎卵石再生混凝土的试验配合比
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第 3 章 破碎卵石再生混凝土力学性能试验研究...................23
3.1 再生混凝土抗压强度试验.................................23
3.1.1 立方体试件受压破坏形态........................24
3.1.2 立方体试件抗压性能试验结果........................24
第 4 章 破碎卵石再生混凝土弹性模量试验研究..........................43
4.1 弹性模量试验方案..............................43
4.1.1 试验目的....................43
4.1.2 试验所需仪器设备.................................43
第 5 章 破碎卵石再生混凝土收缩性能试验研究......................55
5.1 再生混凝土试验方案......................55
5.2 试验结果与分析................................56

第 5 章 破碎卵石再生混凝土收缩性能试验研究

5.1 再生混凝土试验方案
对破碎卵石再生混凝土进行收缩性能试验,其试验所需试件尺寸、试验步骤严格按照文献[63]的要求进行,使用接触法测量破碎卵石再生混凝土的收缩变形;非接触法要求固定使用一个混凝土收缩膨胀仪用于测量一个试件,仪器的利用效率很低,出于本次试验情况不宜采取这种方式,所以采用接触法测量试件的收缩变形,测量试验如图 5-1 所示。塑料模具及测头如图 5-2 所示,将预埋测头提前放入塑料膜具的预留孔中,浇筑前在模具内侧均匀涂上脱模剂,之后将拌制好的破碎卵石再生混凝土逐层倒入模具并插捣,保证试件的密实性和与预埋测头的连接性。本次试验的测试龄期分别为 3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d。
图 5-2 收缩试验模具
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结论与展望

结论
本文将废弃的混凝土及资源富饶的卵石作为原材料,制成破碎卵石再生混凝土,以粉煤灰掺量(0%、10%、20%)及再生粗骨料取代率(0%、15%、30%、45%)为变量,研究破碎卵石再生混凝土的力学性能、弹性模量及收缩变形性能。主要完成的工作及得出的结论主要有以下几点:
(1)通过对破碎卵石再生混凝土进行力学性能试验,观察分析各试验的破坏过程及形态,研究得出随着再生粗骨料取代率的增加,破碎卵石再生混凝土的强度性能呈先增大后降低趋势,在取代率为 30%时,强度性能最佳;随着粉煤灰掺量的增加,其强度性能降低。基于试验数据,整理分析后,建立出适合破碎卵石再生混凝土的 fc与 fcu的关系模型,为破碎卵石再生混凝土的工程应用提供理论基础。
(2)对破碎卵石再生混凝土进行弹性模量试验及超声波无损检测,试验研究了破碎卵石再生混凝土弹性模量随再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量的变化规律。经试验得出最佳再生粗骨料取代率为 30%,当为未超过最佳取代率时,破碎卵石再生混凝土弹性模量均有所提高;当超过最佳取代率后,其弹性模量下降较为明显;而掺入粉煤灰后,弹性模量逐渐降低,掺量不宜过多,当掺量为 20%时,下降较为显著。根据试验数据,绘制出破碎卵石再生混凝土的σ-ε曲线,并分别建立弹性模量与力学指标、超声波波速之间的计算模型,计算值与实测值十分吻合,拟合程度较好,为破碎卵石再生混凝土的损伤评价提供基础。
(3)对破碎卵石再生混凝土进行收缩性能试验,试验得出不同取代率的再生混凝土的变化趋势相似,破碎卵石再生混凝土在龄期 28d 前已完成大部分的收缩,龄期 28d 后随着时间的增长收缩的增长速率逐渐变得缓慢;粉煤灰对破碎卵石再生混凝土的早期收缩变形影响较大。同时介绍了国内外普通混凝土收缩预测模型并进行对比,以欧洲规范 BS EN 预测模型为基础,考虑粉煤灰掺量、再生粗骨料取代率以及轴心抗压强度,建立了符合破碎卵石再生混凝土的收缩预测模型。
参考文献(略)

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