再生组合微粉ECC基本力学性能研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoudm2005
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工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称 ECC),是一种新型纤维增强水泥基材料,其具有良好的拉伸应变能力和弯曲韧性,在耐久性、安全性和适用性等方面都有着优异的性能,能够很好地解决传统混凝土的拉伸性能差、易脆性和耐久性差等问题。ECC材料在老旧房屋改造、桥梁道路施工和结构加固等方面有着良好的应用前景。但是由于其原材料成本较高,特别是水泥和石英砂的价格,导致ECC在工程应用中受到了限制。近些年来,随着我国城镇化速度的不断加快,产生了大量的建筑废弃材料,其中废弃砖、废弃混凝土和废弃玻璃这三种含量最高,对于这些建筑废弃材料,大多都采用堆放或填埋的方式处理,给环境带来了巨大的压力。如果将这些建筑废弃材料回收且合理再利用于ECC材料中,不仅能够降低ECC材料的经济成本,而且能够提高环境效益。本文以绿色环保和建筑资源回收再利用为目标,使用再生砖粉、再生混凝土粉和再生玻璃粉三种建筑再生微粉用于取代PE-ECC中的细骨料和部分水泥。试验所用的再生微粉为再生砖粉和再生混凝土粉(1:1)混合而成,采用该再生微粉完全取代PE-ECC材料中的细骨料石英砂,制备再生C/B-ECC(Concrete/Brick-Engineered Cementitious Composites,简称 C/B-ECC),之后在此基础之上,使用再生玻璃粉取代部分水泥,制备RGP-ECC(Recycled Glass Powder-Engineered Cementitious Composites,简称 RGP-ECC)。试验首先对再生玻璃粉进行活性激发处理,选择再生玻璃粉的最佳活性激发方式;其次,探究再生玻璃粉取代率对RGP-ECC的抗压、抗折、拉伸和弯曲等基本力学性能的影响,从而选取RGP-ECC的最优取代率;最后,在最优取代率基础上,探究纤维含量、纤维长度、再生玻璃粉粒径和尺寸效应对RGP-ECC力学性能的影响规律。主要研究结果如下:(1)试验分别采用物理与化学激发两种形式对再生玻璃粉进行活性激发,结果发现物理球磨激发效果较好,球磨45min以上,玻璃粉的活性指数能达90%以上;而化学激发中的盐激发比碱激发效果好,但化学激发效果低于物理球磨激发效果。(2)使用再生微粉全取代细骨料石英砂制备C/B-ECC,其基本力学性能指标与基准PE-ECC进行对比,发现C/B-ECC的抗压强度略微提高,增长了 4.02%,而拉伸极限应变和弯曲极限挠度略低于基准组,分别降低2.37%和3.24%,证明了细骨料使用再生微粉全取代完全是可行的。(3)将物理球磨激发后的再生玻璃粉加入到C/B-ECC中,以取代部分水泥,制备RGP-ECC。研究发现,拉伸试件均具有应变硬化和多缝开裂特征,弯曲试件均表现出良好的弯曲韧性;且随着再生玻璃粉取代率的增大,试件的强度指标呈先增大后减小的趋势,拉伸极限应变和弯曲极限挠度均呈先减小后增大的趋势。当取代率为30%时,试件极限拉伸应变为7.88%,弯曲极限挠度为76.218mm,同时试件的抗压强度还能满足C30强度等级。因此,基于降低成本和绿色环保的考虑,选择RGP-ECC的最优取代率为30%。(4)RGP-ECC的抗压和抗折强度均随着纤维含量的增加,呈现先增大后减小的趋势;而随纤维长度的增加而增大。研究还发现抗压和抗折强度均随再生玻璃粉粒径的增大,而逐渐减小;同时随试件尺寸的增大,强度先增大后减小,存在一定的尺寸效应。(5)不同影响因素下的RGP-ECC拉伸强度与抗压强度规律相同;纤维长度和纤维含量对于极限拉伸应变有着相似的影响规律,极限拉伸应变随纤维含量和长度的增大逐渐增大;随再生玻璃粉粒径的增大,拉伸应变逐渐减小。同时应该指出的是,除6mm纤维长度的拉伸应变较小以外,其它所有试件均表现出良好的应变硬化和多缝开裂特征,极限应变在3.41%-7.88%范围内;试件也保持着良好的裂缝控制能力,其裂缝条数和缝宽数据也存在一定规律。(6)不同影响因素下的RGP-ECC弯曲强度指标与抗压强度规律基本相同,弯曲极限挠度与拉伸应变规律相同,除6mm纤维长度的试件外,其他所有试件极限挠度能达55mm以上,具有良好的弯曲韧性。(7)综合分析各项力学性能指标间的相关关系,不同取代率下RGP-ECC的抗压强度与拉伸强度、极限抗拉强度与极限抗弯强度、拉伸极限应变与弯曲跨中挠度之间均存在着良好的线性关系。
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