掺再生细骨料UHPC力学性能的研究.docx

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1、掺再生细骨料UHPC力学性能的研究摘要:研究了不同再生细骨料取代率的UHPC在标准养护制度和蒸压养护制度下力学性能的变化规律，并通过细微观试验结果研究了基于界面参数的UHPC力学性能劣化模型。结果表明，随着再生细骨料取代天然砂的比例增加，UHPC的力学性能有所下降；相比天然砂，用再生细骨料制备的UHPC存在更多更复杂的界面薄弱环节。微观试验结果表明，随着再生细骨料取代率的增加，界面过渡区的总长度也随之增大；养护制度不同，界面过渡区的厚度也会有所不同。本文提出一个综合界面参数，表征本研究所测UHPC截面积内各类界面过渡区总面积，通过相关性分析，建立了基于界面参数的力学性能劣化模型，证明界面过渡区

2、总面积的增大是导致UHPC力学性能下降的内在机理。关键字：超高性能混凝土；再生细骨料；力学性能；劣化模型1前言超高性能混凝土(U1traHighPerformanceConcrete,简称UHPC)是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料U2。虽然问世的时间不长，但因为相比于普通混凝土，其拥有更好的力学性能和耐久性，已经在工程建设领域得到应用。尽管超高性能混凝土具备非常多的优点，但缺点也比较显著，尤其是它的生产成本，制备超高性能混凝土的原材料昂贵，生产成本明显高于普通混凝土，超高性能混凝土价格昂贵，这也导致它难以取代普通混凝土。高昂的成本限制了超高性能混凝土的推广，为了解决制备超高性能

3、混凝土的成本问题，有人提出采用辅助性胶凝材料取代水泥和硅灰心叫用天然河砂或矿石残渣取代石英砂和石英粉-，也可制备出抗压强度满足要求的超高性能混凝土口叫曹宏12。)等人指出白云石砂、白云石粉价格低廉，用这两种材料分别替代UHPC中的石英砂、石英粉后，制备而成的UHPC不仅强度高，且价格更低廉，用这两种材料制备而成的UHPC,其抗压强度最高可达150MPa,而抗折强度也可以达到30MPao水泥混凝土结构通常只有几十年的生命周期，在这些结构完成其使用功能后，I日混凝土就会被废弃。世界上每年拆除的废弃混凝土、混凝土预制构件厂排放的废弃混凝土以及在生产砌块过程中产生的大量不符合标准的砌块均会产生大量的建

4、筑垃圾。建筑垃圾成分复杂，其中废弃混凝土和砂浆所占比例最大】。处理建筑垃圾需要大量的人力和财力，并且建筑垃圾的大量堆积也使得环境问题日益严重。随着城市改造建设步伐的加快，建筑垃圾今后将越来越多。为了解决再生细骨料：由陕西龙凤石业有限公司提供，根据标准混凝土和砂浆用再生细骨料(GB/T25176-2010)测得再生细骨料的各项技术指标如表2所示。表2再生细骨料各项技术指标细度模数堆积密度(kgm3)表观密度(kgp)空隙率()吸水率()2.6513742380456.5水：自来水。减水剂：本文选用福州品杰实验仪器有限公司销售的CX-8型高效减水剂，减水率可达25%左右，钢纤维：赣州某钢丝厂制的表

5、面镀铜光面平直钢纤维,直径约0.15-0.2mm,长度13mmO2.2 试验方法2.2.1 制备1、打清理模具除去模内的杂物，在模具内表面涂上一层脱模剂，方便脱模且脱模后清洗；2、搅拌首先准确称取配合比中的原料的量，然后把细骨料先倒入搅拌机内，干拌1min,待细骨料搅拌均匀之后再倒入硅灰、石英粉、水泥，一起干拌2min左右;搅拌均匀之后再加入已经准备好的溶有减水剂的溶液，第一次大约倒入90%左右，搅拌大约2min,待到减水剂发挥效应，出浆的时候再倒入剩下的10%的溶有减水剂的溶液，并均匀的加入钢纤维；3、成型拌合物浇注三联模中，并放在振动台上振动大约4分钟。4、一个小时后，用刮刀将其抹平，使其

6、表面平整、光滑。2.2.2 养护标准养护制度：试件制备完毕，把试样放在室内静置24h后，拆模，然后给每个试样进行编号，完成了这些工作后，将试样放入标准养护室，标准养护室的温度在1822C之间，湿度95%。蒸压养护制度：试件制备完成静置24h后，对试样进行拆模，编号，然后转入蒸压釜，24h后转入标准养护室中，采用与标准养护的试件进行同条件养护至规定龄期。蒸压养护制度为，抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为19020(C,恒压压力为1.2MPa。2.2.3 流动度测试方法拌和物的流动度，按水泥胶砂流动度测定方法(GB2419-1999)进行测定,采用跳桌法。2.2.

7、4 强度测试方法采用北京中科路建仪器设备有限公司生产的DYE-2000型电液式压力试验机，量程为200OkN,参照水泥胶砂强度检验方法(GB/T17671-1999)测3d,7d和28d的抗压、抗折强度。2.2.5 界面过渡区显微硬度测试方法本试验采用的是上海特视精密仪器有限公司生产的型号为THSV-1-800M-AXY自动显微硬度测量仪。测试步骤：(a)将预定龄期折断后预留的试件采用岩相切割机进行切割。(b)将切割后的试件采用型号为1AP-IX高级磨抛光机进行预打磨，接着采用真空干燥箱将AB乳胶压入到试块内部，以减少打磨过程中对界面过渡区和水泥浆体的破坏。(C)将AB乳胶注入完毕后的试件进行

8、打磨抛光，本文选用的四种级别砂纸粒度分别是：280、800、1200、1500。图1为打磨抛光后的示意图。(d)界面过渡区的显微硬度测量：在试件界面内选取10个圆度最接近1的骨料颗粒，为了增加可比性，本文所选择的测量点均在骨料右侧，沿界面法线方向以界面为起始零点向两侧共测试15个点(每个点之间相互错开，间隔10m),结果取10个测试位置平均值。图2为显微硬度仪打点的压痕图。Cement图2显微硬度仪打点的示意图图1打磨抛光后实物图2.2.6 界面过渡区长度测试方法由于UHPC不含粗骨料，细骨料的粒径较小，故采用体视显微镜拍照+AutoCAD处理并测量的方法：(a)先按2.2.5中的步骤(a)(

9、b)(c)对试样进行处理。(b)使用体视显微镜对试样表面进行拍摄，本课题使用的体式显微镜为福州大学土木工程学院的Stemi508型扫描电子显微镜。(c)对拍摄的图片进行处理，截取截面积为10mm10mm的部分，用AutoCAD软件手动描绘获取界面长度，为了使界面过渡区长度的结果可靠，对每个配合比的试块重复三次试验，最后取平均值，即为界面过渡区的长度。手动描绘如图3(a)(b)所示。需要注意的是，与使用普通砂的UHPC相比，再生细骨料UHPC中存在更多种类的界面过渡区(砂与水泥浆体间的界面过渡区)。如图3(b)中，再生细骨料本身就是天然砂一老界面过渡区一老水泥浆体的三相材料，老界面过渡区在本文中

10、定义为第二类界面过渡区(ITZ2);而当其浇成UHPC时，再生细骨料又会与新的水泥浆体间形成新的界面过渡区，包括天然砂和新水泥浆体的界面过渡区以及老水泥浆体和新水泥浆体的界面过渡区，分别定义为第一类界面过渡区(ITZo和第三类界面过渡区(ITZ3)。图3（a）CAD手动描绘未掺再生细骨料UHPC图3（b）CAD手动描绘掺再生细骨料UHPC的的界面过渡区界面过渡区注：白线为天然砂和新水泥浆体的界面过渡区（第一类界面过渡区）；黄线为天然砂和老水泥浆体的界面过渡区（第二类界面过渡区）；蓝线为老水泥浆体和新水泥浆体的界面过渡区（第三类界面过渡区）2.3 配合比设计表3掺再生细骨料UHPC配合比（单位k

11、gm3）配合比水泥硅灰石英粉天然砂再生细骨料水减水剂钢纤维RO759.067227.72265.674888.1080177.62218.977156R25759.067227.72265.674666.081222.027177.62218.977156R50759.067227.72265.674444.054444.054177.62218.977156R75759.067227.72265.674222.027666.081177.62218.977156R1OO759.067227.72265.6740888.108177.62218.977156注：水股比为0.18；减水剂用量为水

12、泥的2.5%；各配合比再生细骨料取代天然砂的比例分别为0%、25%、50%、75%100%；钢纤维体积掺量为2%。3试验结果与分析3.1 流动度混凝土工作性的好坏可以用和易性来表示。和易性指的是混凝土在施工时易于拌和、运输、振捣以及浇筑并能获得质量均匀、成型密实的特性。和易性是流行性、粘聚性、保水性三者的综合反映，但是还没有能够整体表现新拌混凝土和易性的测试标准。UHPC中一般用流动度这个主要指标去评价和易性。不同再生细骨料取代率UHPC的流动度如图4所示。图4不同再生细骨料取代率UHPC的流动度变化规律注：”代表流动度：/R代表再生细骨料取代天然砂的取代率。从图4中可以看出当UHPC中未掺有

13、再生细骨料，即再生细骨料取代率为0%时，流动度达到199mm,与再生细骨料取代率为0%相比，随着再生细骨料取代率的增加，当再生细骨料取代率分别为25%、50%、75%和100%时，流动度分别下降了1.51%、4.52%、7.04%和9.05%,流动度分别变为196mm、190mm、185mm和181mm。由此可看出用再生细骨料完全替代天然砂后UHPC的工作性下降了。图4的线性拟合结果见式(1)：尸()=-0.188%+199.6,R2=0.9886式(1)从式(1)可以看出，流动度尸和再生细骨料取代率口R之间呈现良好的负线性相关性，拟合直线的拟合误差接近U斜率为-0.188,说明随着再生细骨料

14、取代率的增加，流动度有所下降。3.2 抗压强度图5(a)和图5(b)分别给出了标准养护制度和蒸压养护制度下，不同再生细骨料取代率UHPC各龄期(3d、7d、28d)的抗压强度的变化规律。70I130I-，-1001020304050607080901110-IO0IO2030405060708090IOOI1O%(%)秋()图5(a)不同再生细骨料取代率标准养护图5(b)不同再生细骨料取代率蒸压养护UHPC的抗压强度变化规律UHPC的抗压强度变化规律从图5(a)、图5(b)可以看出，随着再生细骨料取代率的增加，无论是何种养护制度，各龄期UHPC的抗压强度都逐渐下降，且几乎都呈现出明显的线性变化

15、规律。在图5(a)中，对抗压强度心和再生细骨料取代率CDR的关系进行线性拟合，拟合结果见式(2),龄期，的单位为天：几,(叫)=-202x绦+97.812,R2=0.9392式(2a)ZW=7(绦)=198x既+112.740,R2=0.9244式(2b)tt,r=2s()=-217+123.32&N=0.9838式(2c)从式(2)可以发现在标准养护制度下，各个龄期UHPC的抗压强度启和再生细骨料取代率刃R之间呈现良好的线性关系，拟合误差接近1。式子的斜率为负数，说明随着再生细骨料取代率的增加，UHPC抗压强度降低。在图5(b)中，对抗压强度AU和再生细骨料取代率/R的关系进行线性拟合，拟合结果见式(3),龄期，的单位为天：w=3()=-0.166+158.204,R2=0.9570式(3a)37(映)=0158x纵+164.046R2=0.9559式(3b)m=28()=-0.161+164.046,R2=0.9801式(3c)从式(3)