文摘
研究不同比例的影响,大量的掺合料混凝土的结构性能,提高废弃物的利用率,并最终降低成本和环境污染,提出了一种基于计算机的有限元分析方法来研究混凝土的结构性能废渣的组成。首先,可用类型的工业废渣及其在混凝土胶结材料研究中的应用。其次,利用工业废渣粉煤灰为例,设计一个实验组成的材料选择和确定因素混合设计设置。最后,提出了有限元分析方法并进行了。这个模型是用来计算混凝土的早期收缩应力和温度变形和不同内容的粉煤灰。研究结果表明,当粉煤灰的含量达到40%以上,混凝土的抗压强度降低逐渐增加的内容,以及减少和增加的内容是一致的。此外,不同数量的粉煤灰有一定影响混凝土的水化反应和减压。效果更加明显的观察到剂量增加时。
1。介绍
即使经济不断发展,绿色经济的概念是深深扎根于人民的心。在追求经济快速发展,需要同时考虑环境治理。工业废渣中最困难的问题之一。那么,如何解决这个问题已经作为一个几十年来的研究热点。另一方面,利用工业废渣建材是最有效的环境保护目前的研究方向。例如,粉煤灰和粒状高炉矿渣已广泛应用于混凝土的制备,这不仅可以节省水泥熟料和减少能源消耗也减少废渣造成的其他类型的污染。
利用工业废渣混凝土制备生长为研究焦点,和废渣含量对混凝土结构的影响已经被调查,因为它提供了一个更复杂的性质。生成残留在几乎每一个地区的生产从农业向工业和城市大众消费。例如,研究了橡胶轮胎(1]。此外,决定的比例增加或减少生产混凝土外加剂是关键对于压力、收缩和刚度的措施。例如,有一些未被发现的问题,例如,各种类型的外加剂与不同比例的调查(2]。所以,什么样的混合比例的废渣可以带来最大的优势在环境和经济利益的绿色生态混凝土在考虑资源综合利用时,也一直是混凝土的发展方向(3]。掺合料的比例是至关重要的,确定具体的参数如刚度、应力和收缩。当它发生变化时,这些参数也改变了。所以设计实验是重要的关于比例来确定这些参数。与普通混凝土相比,混凝土组成的废渣具有较好的和易性和高强度。
有限元分析方法已广泛应用于多个学科。在这个手稿,数学近似方法用于模拟工程实践中存在的问题,和有限的未知数用于近似无限的未知在实践中实现实验研究的目的。如果复杂的问题简化,问题的解决方案可以被视为许多相关问题的一般解决方法。尽管它的结果是一个具体的解决方案,它可以适应各种复杂的问题进行进一步分析和成为一个必要的方法对实际工程问题的分析从更广泛的角度来看。有限元法是用来调查废渣的比例对混凝土的性能和结构。
2。方法
2.1。工业废渣混凝土材料的应用
工业废渣的研究应用在混凝土材料在上个世纪就开始了。经过多年的研究,有许多类型的应用程序,包括热电燃烧渣、冶金渣和矿业渣,等等。混凝土的结构性能可以有效地改善根据一定比例。
粒状高炉矿渣,粉煤灰和硅灰只是几个别人,已经普遍使用。例如,高性能混凝土可以准备取代40% ~ 80%的水泥混凝土与一定比例。与普通混凝土相比,它具有良好的可加工性,水化热小,强度高、体积和更好的稳定性(4]。此外,它允许使用石灰石粉末的利用率。混凝土的强度与石灰石混合粉可以增加了5% ~ 10%,比传统的混凝土28 d,及其工作性能优于传统的混凝土(5]。锂渣和煤矸石也常见的掺合料在混凝土材料的制备6]。锂渣具有较高的火山灰活性,增加混凝土可以显著提高密实度,流动性和耐久性的混凝土。当锂渣和粉煤灰利用取代30%的水泥的质量比1:1,也可以有效地改善混凝土的力学性能。煤矸石也可以改善antipermeability以及耐冻融后混凝土地面,加上其他外加剂。
废渣的利用率是远远超过所提出。随着研究的深入,各种材料的利用率将会更加丰富。利用上述废弃物不仅降低了环境污染引起的混凝土生产,但也降低了混凝土的生产成本,这几乎是值得的。
2.2。研究混凝土与不同数量的工业废料:利用粉煤灰作为一个例子
2.2.1。原材料的选择
水泥混凝土材料的应用程序的主要部分,和适当的水泥品种的选择是确保混凝土的工作性能的关键。几种水泥通常被称为硅酸盐水泥(p),实现了普通硅酸盐水泥(订单),矿渣硅酸盐水泥(注)的粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)和火山灰硅酸盐水泥(P.P),复杂的硅酸盐水泥(古滑坡体),等等。我们选择了P。我42.5水泥(C)中利用进行了实验。实验水是普通的自来水和沙子是标准的。
粉煤灰是一种火山灰质材料,这是一个粉从煤灰炉的烟气收集热电厂所以没有胶结特性。然而,当它与水泥和混凝土与水反应的混合,它将会产生一种凝胶,难溶于水,可提高混凝土的密度,填补空白,提高混凝土的强度和密封性7]。取代水泥不仅降低了水泥的成本,而且可以提高混凝土的和易性,降低水化热,有利于混凝土结构的稳定性(8]。对于这个实验进行,选择二级粉煤灰。表1介绍了粉煤灰的技术指标。
2.2.2。的设计比例的混合物
粉煤灰(F)的比例分配给40%,55%,和70%,分别。水灰比是分配给0.45和0.3,分别。当水灰比分配至0.3,1%减剂添加。混合物的比例的设计是基于实验成本和实际应用的考虑。根据控制变量的影响不同粉煤灰含量对混凝土结构检查。当从0增加到280 F和C却降低了从400年到120年,掺合料是改变从2到1.5 C30 0.45水灰比。
2.2.3。的方法来确定实验结果
(1)孔隙度的测定。阿基米德原理是用来评估的混凝土块准备样品的孔隙度进行调查的影响不同粉煤灰含量对混凝土的内部结构。首先,完成后的试样水化反应重,和它的干燥质量是用 。其次,测试块加热,煮在蒸馏水。然后,它保持煮2小时,使蒸馏水完全穿透试样的内部空间。接下来,终止加热到室温。之后,测试块迅速取出,放入一个小篮子preweighed质量和挂在钩的平衡。测试块连续浸在水里。的悬挂质量饱和试样在水中是加权和用 。饱和试样取出后表面和水擦拭,质量是快速称重和用 。计算孔隙度
(2)超声测量的动态弹性模量。混凝土的结构和性能进行测试根据超声波的传播速度。超声波的发射和接收端,分别放置在准备测试块的两端,其大小是由 (毫米)。超声波从发射端通过混凝土试样由接收端,接收和收集。然后,分析设备是用于分析和计算时间和波速时,通过混凝土。通过这样做,具体确定的内部结构(9]。
(3)毛细负压测试。混凝土的早期毛细负压测试系统由微孔陶瓷头、储水管、负压传感器和数据采集设备。微孔陶瓷头系统的传感元件。它应该与真空饱和水之前实现和嵌入在新鲜混凝土可用。这时,混凝土内部的水与饱和水。测试的原则可以描述如下:当混凝土逐渐变硬,混凝土的水开始变得不饱和,和微孔陶瓷的水势高于毛细管的混凝土。根据连接的原则,高水位流向低水势,直到他们再次达到平衡。负面压力传感器的内部也在密封饱和的状态。连续动态平衡过程中微孔陶瓷头和毛细管,负压将生成的负面压力传感器,和变化将被传送到数据采集设备获得具体的实际情况10]。
2.3。有限元法的原理及其在混凝土中的应用研究
混凝土的最显著的特点是,产品的抗压强度相同的等级通常远远高于产品的抗拉强度相同的等级。随着强度的增加,脆性也会提高,所以很容易产生裂缝和脆性骨折,影响其性能。同时,裂缝会降低刚度和改变周围的压力。因此,有必要分析混凝土以提高其使用寿命。
有限元分析的基本原理是使离散解的问题转化为一个有限的区域,它代表一个元素以某种方式连接的组合。的基本原理可以描述如下:元素可以以不同的方式组合,以及元素本身有不同的形状,所以实际上是建模,几何形状及其解决方案域建模。这个特定的问题可以表达的一组微分方程包含状态变量的边界条件的问题,通常转化为等效的功能形式。因此,构造元素的近似解,即推导出有限元公式,包括选择坐标系统,建立一个合理的元素的元素的功能。通过这样做,要解决的未知函数在解决方案域可以表示的函数分布在每个元素。因此,未知函数在每个节点上的值变成了一个新的未知的数量,和一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。最后,元素组合成离散域和解决,结果是近似的价值元素节点的状态变量(11]。
混凝土材料本身是一种复合材料具有异构结构的内在方面,及其压力变化将不确定性,因此分析其内部结构是一个非线性分析。基于实验,混凝土材料的非线性分析结构进行了利用有限元分析(12),包括采用有限元分析来分析混凝土开裂时的破坏机理过程从岩相的角度正在调查中13),分析混凝土在温度的作用下的变形,和早期的扩张和收缩模型分析混凝土水化热的作用下。
它表明,有限元分析的应用在混凝土材料的研究已成为一个越来越多的精制方法,特别是在混凝土内部水化反应,温度应力的非线性分析,混凝土本身的失效机理。
2.4。粉煤灰含量对混凝土结构的影响,基于有限元分析
在本研究中,利用混凝土板作为研究对象。不同粉煤灰含量的混合比例上市之前,和板样本的大小 准备。热电传感器排列在标本提前测试不同阶段的温度。早期强度、收缩和混凝土的弹性模量与不同比例进行测试(14]。
混凝土的收缩的主要原因是,大量的水化热产生水化反应后,使气温上升。然后,温度降低时,反应终止,导致一个收缩的过程。因此,监测温度变化过程中混凝土的水化反应有助于判断收缩测量和混凝土的早期强度15]。因此,表达的总变形 索引的合计,EL、CR和SH代表总,弹性、蠕变和收缩。如此相似的关系可以通过上面的公式提供了表达。
在样品的制备,材料加载两次。首先,一半的标本是形成和夯实填塞杆均匀。然后,热电传感器嵌入到检测位置。最后,剩下的材料加载。所有的标本夯实和平滑后,他们用塑料薄膜密封试样内部的水分含量。然后,他们被放在一个环境温度和相对湿度为75%的25°C养护,确保完整的水化反应。温度测试主要进行观察改变成型后从成型到7 d实现。
直接测定收缩应力是很困难的。收缩导致应力发生同样的温度下降。因此,混凝土的变形可以转化为一个方程用 在哪里收缩值和吗混凝土的线膨胀系数。
在这个实验中,电脑利用大型有限元分析软件进行达到一个数值解时,混凝土水化热在不同混合比例和收缩应力是一个关注卸货(16]。根据应力耦合方法,在反应中产生的水化热进行了分析。相邻的温差时间获得基于温度监测。之后,可以将收缩应力和变形计算温差。同时,温度应力的增加也可以获得相应的弹性模量。
的实现过程的具体计算步骤主要包括建模、分析和解决方案,并最终处理。首先是相关的选择计算和模型来分析和单元的划分。在这个实验中,板样本作为分析的基本单位,和一个计算机化的方法是适应运行内部分区。第二是相关的确定模型的边界条件,最后找到有关混凝土弹性模量等参数和温度膨胀系数 。图1显示了流程的具体步骤。
3所示。结果与讨论
3.1。研究结果的影响不同数量的粉煤灰在混凝土结构
图2描述混凝土的早期强度与不同粉煤灰含量降低显著增加的内容。当水粘合剂比例分配至0.3,和C60混凝土时设为3 d设置混凝土粉煤灰,F40的抗压强度,F55,和F70混凝土减少28%,42%,和59%,分别比没有粉煤灰混凝土。测试结果类似于7时3 d d是一个问题。第二组的C30混凝土水灰比为0.45,F40的抗压强度,F55, F70下降了34%,43%,和70%,分别与混凝土相比没有粉煤灰7 d。
它表明,混凝土的抗压强度与粉煤灰含量40%以上随含量的增加而减小。此外,粉煤灰含量越大,强度降低越大。粉煤灰含量的增加会降低混凝土的水化产物的形成,因此,早期强度降低将观察到随粉煤灰含量的增加。然而,它也促进了水泥的水化。
如图2表明,当时间(年龄),具体的 和C60的抗压强度比关注 和C30。抗压强度优于当 和C60。
3.2。结果的影响粉煤灰含量对混凝土结构基于有限元分析
收缩,温度和总压力与不同的粉煤灰混凝土的内容在3 d和7 d的计算。表4介绍了结果。
表4描述了混凝土收缩和温度应力与不同数量的粉煤灰发现小于无粉煤灰混凝土的3 d和7 d。而收缩应力发现91%,87%,和83%的混凝土外加剂,分别发现温度应力是80%,67%,和55%的混凝土外加剂,分别在3 d。因此,总强调发现85%,77%,和69%的混凝土外加剂,分别。这些结果表明,不同数量的飞灰能减少混凝土收缩和温度应力,从而降低混凝土的裂缝和更好的维护内部结构和工作性能。
4所示。结论
手稿,理论分析结合实验进行早期强度的因素,粉煤灰混凝土的收缩变形,温度应力与不同的内容类型。密集的填充和粉煤灰的火山灰效应粉是探索。实验进行进行混凝土的早期抗压强度和水化反应温度与不同数量的粉煤灰。为此,介绍了有限元分析方法研究粉煤灰混凝土的早期收缩应力和温度变形与不同的内容。
具体的测试标本显示,飞灰与不同数量的早期抗压强度与粉煤灰含量的增加会显著降低。特别是,当水粘合剂比例高,降低强度和增加粉煤灰的曲线是一致的内容。此外,粉煤灰的火山灰反应性高,所以增加水化反应的温度可以显著促进粉煤灰混凝土的早期强度。
粉煤灰混凝土的收缩应力和温度变形计算的有限元分析方法。收缩变形转换成收缩的温差方法提出了等效和加上温度由温度测量装置。然后,self-reaction初应力分布与不同的粉煤灰混凝土的内容。与此同时,它还表明,不同数量的粉煤灰对混凝土的减压有不同的影响,因此大大提高了混凝土的结构和性能。
深入研究有关方面将成为未来的研究方向进行的,例如,混凝土体积的蠕变效应将调查的负载。此外,由于存在多个粉煤灰掺合料,任意组合包含其他外加剂应考虑混凝土的实际使用。
数据可用性
数据将被要求向作者提供。
的利益冲突
作者没有利益冲突。
确认
这项研究是在辽宁省自然科学基金的支持下,2021 - bs - 222和2019 - jd - 0095;辽宁省教育部门,LJKZ0496;教育部,201901262022。