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现代建筑逐渐向“高强化”、“轻量化”方向发展,轻质高强混凝土(High Strength Lightweight Concrete,HSLC)由于比强度大、保温隔热性、抗震性好等特点已被广泛用于装配式构件吊装等工程。但是HSLC在荷载作用下抵抗变形能力差,同时轻集料在制备过程中易上浮,造成拌合物离析,这些问题限制了其更广泛的应用。往HSLC中掺入钢纤维是一种有效的增韧措施,对轻集料的均匀性也有改善作用,钢纤维轻质高强混凝土(Steel Fiber Reinforced High Strength Lightweight Concrete,SFRHSLC)由此产生。但是当钢纤维掺量较高时,容易团聚成球,严重影响SFRHSLC拌合物的工作性以及硬化基体的力学性能。目前,国内外研究人员主要从原材料、配合比设计、养护制度改良等方面解决上述问题,对搅拌技术优化的关注度却较少。实际上,传统的搅拌技术由于自身机械结构限制,容易产生“梯度区”和“低效区”,拌合效率低,无法有效解决HSLC和SFRHSLC中轻集料与钢纤维的分散均匀性问题。因此,本文采用一种新型的振动搅拌工艺制备HSLC与SFRHSLC,并与非振动搅拌工艺进行对比,分析其结构与性能的差异。
对于轻质高强混凝土变量组,在水胶比0.36时,振动搅拌方式可以制备出干表观密度在1950kg/m3以下,强度等级在LC50以上的HSLC。在低水胶比(0.28)下,相比非振动搅拌方式,振动搅拌方式能够显著提高HSLC的弹性模量和抗压强度,水泥净浆28d水化程度提高2.70%,轻集料-水泥浆体的界面过渡区不明显,大量水化产物在集料边缘处聚集,界面结合能力增强。在高水胶比(0.40)下,振动搅拌制备的水泥净浆28d水化程度提高2.07%,轻集料的上浮受到明显抑制,HSLC拌合物的工作性能得以改善。
对于钢纤维轻质高强混凝土变量组,当钢纤维掺量在1.0%及以下时,利用振动搅拌方式可以制备出干表观密度在1950kg/m3以下,强度等级在LC50以上,抗弯强度在8.4MPa以上的SFRHSLC,在高钢纤维体积掺量(1.5%、2.0%)下,相比于非振动搅拌方式,振动搅拌方式能够显著提高SFRHSLC的抗压强度和抗弯强度。在钢纤维掺量为1%,由振动搅拌方式制备的SFRHSLC已表现出挠度硬化特征,残余弯曲韧度比更高。
利用综合数字图像处理技术对不同搅拌方式下轻集料的匀质性、钢纤维的取向与分布进行量化分析。振动搅拌方式与非振动搅拌方式相比,当未掺入钢纤维时,振动搅拌能够抑制轻集料的上浮;当钢纤维掺量为1.5%和2.0%时,振动搅拌下,轻集料未发生沉降,纤维未明显聚集成球,取向更为合理。
依据配合比强度贡献理论,通过多元线性拟合建立了HSLC抗压强度与轻集料均匀性以及胶凝材料水化程度的关系;SFRHSLC抗弯强度与轻集料均匀性以及钢纤维取向与分布之间的关系,并进一步推导出拌合效率模型。在水胶比0.28和0.40时,振动搅拌方式下,HSLC的分散效率分别提高6.6%和5.6%。当未掺入钢纤维时,SFRHSLC分散效率提高5.3%,而当掺加钢纤维后,SFRHSLC分散效率提高2.0%~4.5%。
根据试验结果可看出振动搅拌相比于普通搅拌能够更有效地制备HSLC与SFRHSLC,改善混凝土内部微细观尺度均匀性,提高力学性能以及分散效率。本文研究不仅拓宽了振动搅拌技术在混凝土领域的应用前景,而且也为混凝土制品化发展提供新思路。
对于轻质高强混凝土变量组,在水胶比0.36时,振动搅拌方式可以制备出干表观密度在1950kg/m3以下,强度等级在LC50以上的HSLC。在低水胶比(0.28)下,相比非振动搅拌方式,振动搅拌方式能够显著提高HSLC的弹性模量和抗压强度,水泥净浆28d水化程度提高2.70%,轻集料-水泥浆体的界面过渡区不明显,大量水化产物在集料边缘处聚集,界面结合能力增强。在高水胶比(0.40)下,振动搅拌制备的水泥净浆28d水化程度提高2.07%,轻集料的上浮受到明显抑制,HSLC拌合物的工作性能得以改善。
对于钢纤维轻质高强混凝土变量组,当钢纤维掺量在1.0%及以下时,利用振动搅拌方式可以制备出干表观密度在1950kg/m3以下,强度等级在LC50以上,抗弯强度在8.4MPa以上的SFRHSLC,在高钢纤维体积掺量(1.5%、2.0%)下,相比于非振动搅拌方式,振动搅拌方式能够显著提高SFRHSLC的抗压强度和抗弯强度。在钢纤维掺量为1%,由振动搅拌方式制备的SFRHSLC已表现出挠度硬化特征,残余弯曲韧度比更高。
利用综合数字图像处理技术对不同搅拌方式下轻集料的匀质性、钢纤维的取向与分布进行量化分析。振动搅拌方式与非振动搅拌方式相比,当未掺入钢纤维时,振动搅拌能够抑制轻集料的上浮;当钢纤维掺量为1.5%和2.0%时,振动搅拌下,轻集料未发生沉降,纤维未明显聚集成球,取向更为合理。
依据配合比强度贡献理论,通过多元线性拟合建立了HSLC抗压强度与轻集料均匀性以及胶凝材料水化程度的关系;SFRHSLC抗弯强度与轻集料均匀性以及钢纤维取向与分布之间的关系,并进一步推导出拌合效率模型。在水胶比0.28和0.40时,振动搅拌方式下,HSLC的分散效率分别提高6.6%和5.6%。当未掺入钢纤维时,SFRHSLC分散效率提高5.3%,而当掺加钢纤维后,SFRHSLC分散效率提高2.0%~4.5%。
根据试验结果可看出振动搅拌相比于普通搅拌能够更有效地制备HSLC与SFRHSLC,改善混凝土内部微细观尺度均匀性,提高力学性能以及分散效率。本文研究不仅拓宽了振动搅拌技术在混凝土领域的应用前景,而且也为混凝土制品化发展提供新思路。