高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土基本性能与梁力学性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:rsdt25302530
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随着国家“碳达峰”、“碳中和”战略目标的提出,“节能、绿色、环保”的可持续发展理念也受到混凝土行业的高度重视。同时,国家对超高层建筑、大跨度重载结构以及大跨度桥梁等建筑物需求越来越高,使得高强混凝土得到了广泛使用。为了提高对固废综合利用率并且配置高强混凝土。本文将石灰石粉、粉煤灰、矿渣以及硅灰等矿物掺合料与天然河砂、尾矿机制砂等细骨料以不同方式进行掺配,探究混凝土基本性能与梁力学性能。主要研究结论及创新成果如下:(1)揭示高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土工作性能演变规律。混凝土工作性能良好,初始坍落度均不低于185mm,最高达到225mm,保水性与粘聚性均良好。掺入5%石灰石粉,初始坍落度提高7.14%,60min坍落度经时损失降低22.23%。粉煤灰占比升高,初始坍落度增加,60min坍落度经时损失减少。尾矿机制砂替代天然河砂后,初始坍落度降低9.52%。(2)明确高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土力学性能演变规律。矿物掺合料与细骨料掺入不同对抗压、劈裂抗拉以及抗折试件的破坏过程和破坏特征影响不大,均为浆体与骨料共同破坏。掺入5%石灰石粉或者以尾矿机制砂替代天然河砂可以提高混凝土强度(抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度)。粉煤灰与矿渣同时掺入可发挥效应叠加作用,使得混凝土强度高于粉煤灰或者矿渣单独掺入的混凝土强度,且矿渣单独掺入的强度大于粉煤灰单独掺入。利用模型(4=8)ln+9)对试验数据进行拟合分析,得到了强度随龄期发展的预测模型。(3)得到高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土与钢筋粘结性能的演变规律。中心拉拔试件破坏形式有混凝土劈裂钢筋拔出破坏、钢筋屈服后混凝土劈裂钢筋拔出破坏、钢筋拉断破坏。掺入5%石灰石粉或者以尾矿机制砂替代天然河砂时,可以增加极限粘结强度,减小峰值滑移。粉煤灰与矿渣同时掺入时混凝土与钢筋的极限粘结强度高于粉煤灰或矿渣单独掺入时的极限粘结强度,且粉煤灰单独掺入的极限粘结强度最小。混凝土与钢筋粘结长度增加,极限粘结强度降低,峰值滑移增加,粘结滑移曲线上升段粘结刚度降低。混凝土与钢筋的极限粘结强度随着钢筋直径的提高而减小,峰值滑移随着钢筋直径的提高而增加。粘结滑移曲线先后经历微滑移阶段、滑移阶段、劈裂拔出阶段、下降阶段以及残余阶段五个阶段。对粘结滑移曲线的上升段与下降段分别进行分析,建立了粘结滑移本构关系模型,确定了模型中参数(6与(7的取值范围。(4)明确高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土试验梁力学性能演变规律。不同矿物掺合料与细骨料掺配方式对试验梁的裂缝发展与破坏特征影响不大,均为延性破坏。在相同荷载作用下,细骨料为尾矿机制砂的试验梁钢筋应变要低于细骨料为天然河砂试验梁的钢筋应变,掺入5%石灰石粉的试验梁钢筋应变要低于未掺入石灰石粉的试验梁钢筋应变。细骨料为尾矿机制砂的试验梁延性高于细骨料为天然河砂试验梁,掺入5%石灰石粉可以提高试验梁的延性,矿渣与粉煤灰同时掺入的试验梁位移延性高于矿渣或粉煤灰单独掺入的试验梁。12根试验梁均满足平截面假定。0.25水胶比低配筋率试验梁延性高于0.20水胶比高配筋率试验梁。(5)将试验梁极限弯矩、开裂弯矩试验值与规范理论值综合对比分析,极限弯矩试验值高于规范理论值,并且有3%至17%的安全储备,所以规范中的极限承载力计算模型适用于高强复合矿物掺合料-尾矿机制砂混凝土试验梁。由于本文试验测得的首条裂缝还未达到规范开裂弯矩计算模型的工况,所以开裂弯矩试验值低于规范理论值。该论文有图55幅,表37个,参考文献95篇。
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