当地砂物理力学行为的影响和高性能混凝土的耐久性

文摘

这项研究包括将碎砂(CS)在一个具体的构成和研究的影响逐步替代的沙丘(SD)的可持续性高性能混凝土(HPC)在积极的环境中。实验研究表明,该参数可加工性的HPC改善当CS部分取代SD (< 2/3)。然而,高含量的SD(> 1/3)多余的水是需要满足工作性属性。机械强度降低通过添加SD CS,但他们在中等剂量与CS达成可接受的值。HPC性能明显优于控制混凝土相同的总量。规范的耐久性的测试表明,该吸水系数通过毛细管作用增加后添加SD CS。

1。介绍

目前的趋势在高性能混凝土的配方和低环境影响表明,固体体积分数越来越高。然而,增加固体的体积分数呈现严重的对新混凝土的和易性的影响。高性能混凝土(HPC)是高度液体混凝土需要高剂量的普通混凝土相比,砂和细元素(OC)。碎砂(CS),广泛的粒度,是破碎的副产品巨大的岩石。沙丘(SD)是细白沙滩,以严密的微粒大小分布。含有高含量的罚款,这些类型的砂可以有趣的HPC(组件1,2]。

一个好的混凝土混合,细骨料需要清洁,努力,坚强,和自由吸收的化学物质和其他精细材料,可能会导致混凝土的恶化。不幸的是,大多数使用的天然砂(沙:滚河的沙子,沙丘砂,和沙滩的大海)选择价格和可用性(3,4]。属性的沙影响砂浆的耐久性和性能,作为细骨料混凝土是一个重要的组成部分。

许多研究表明,人工砂是一个最好的选择自然砂的强度和耐久性,混凝土混合60%替代了良好的耐久性能(5]。

哈德逊,1997年进行了一项研究使用自然和碎砂比较高的混凝土的电阻和特点好材料(6]。艾哈迈德·马哈茂德2008调查碎和天然砂的影响在新鲜和硬化混凝土的性能。混凝土的和易性与碎砂生产较小比天然砂生产。减少从6%到11% (7]。

Ilangovan et al ., 2006年,研究了混凝土的强度和行为使用作为细骨料压碎岩尘;他们调查的可能性使用压碎岩100%替代砂、不同压实的因素(8]。称呼et al ., 2007年,研究了替换的沙丘砂磨砂(煅烧粘土)影响明显的水需求需要有可接受的新鲜砂浆和易性(流动性或一致性)(9]。Narasimha et al ., 1999年,实验研究了混凝土的性能与采石场尘埃细骨料(10]。Sahu et al ., 2003年,调查了碎石废料作为细骨料混凝土(11]。

Makhloufi et al ., 2014年,研究了砂的影响类型砂混凝土的主要特性:骨折和力学性能。四种不同的沙子已经使用:沙丘砂(DS)、河沙(RS),碎砂(CS), river-dune沙子(RDS)。这些类型的沙子在矿物学性质不同,颗粒形状、生硬、粒子大小、比例的元素,等等。获得的结果表明,砂的粒度分布具有显著的影响在所有自砂砂混凝土的研究性质的直径和最高最好的粒度分布给了最好的断裂和机械性能。粒形、生硬,沙子也标志着他们的影响力的本质:多亏有角和石灰石,碎砂河相比取得了良好的效果和沙丘砂的特点是圆形形状和硅质性质(12]。

混凝土的性能研究和人工砂替代天然砂是由Vinayak, 2012。结果表明,天然砂可以取代人工砂的最大更替水平60%为了生产混凝土的和易性和抗压强度。结果还表明,混凝土板板显示最小面积的表面裂缝,从而提高耐久性属性(13]。

要不是2013,研究证实,水泥砂浆的抗压强度50%,人工砂替代天然砂显示更高的强度与参考。砂浆的整体实力线性增加0%和50%,人工砂替代天然砂与参考。的影响部分由人工砂替代天然砂水泥砂浆的抗压强度比例1/2,1/3和1/6水泥与水配给0.5和0.55进行了研究。结果与参考的0%由人工砂替代天然砂14]。

实验研究表明,HPC的和易性参数改善当CS部分取代了SD (< 60%)。然而,高含量的SD(> 30%),多余的水必须满足工作性的属性。通过添加SD CS,机械强度降低,但达到可接受的值与CS温和的剂量。HPC性能明显优于控制混凝土用相同的聚合。规范的耐久性测试表明,水吸收系数增加毛细现象通过添加SD CS (15]。

术语“耐久性”被描述为抵制对环境风险的能力和维护所需的工程性质(16]。硫酸盐在海水、地下水和土壤影响周围的混凝土结构而引起的长期耐久性的主要风险暴露元素这些危险的环境。混凝土的硫酸盐的攻击可能导致开裂,剥落,渗透率增加,强度损失。因此,混凝土的抗硫酸盐攻击是非常重要的,以确保满意的性能的混凝土结构在长期期间17]。

硫酸盐盐硫酸(H₂所以₄),如硫酸钠(芒硝Na₂所以₄h·10₂O);硫酸钙(石膏和无水石膏卡索₄卡索₄h·2₂O);和硫酸镁(硫酸镁石MgSO₄·H₂O和泻利盐MgSO₄h·7₂O) (18]。这些硫酸盐土壤、地下水、污水、海水、酸雨与空气污染的工业和放射性废物(19]。HPC要求,除此之外,高水平的沙子和填料相比传统的混凝土。这项研究显示了这种方法的重要性与二进制砂混凝土(自然和人造细骨料)以正确的砂的物理性质。使用一个沙丘和碎砂在不同比例的混合物可以获得高强度混凝土。

硫酸攻击可以显著恶化的具体在相对较短的时期内(10 - 15年),由两个物理化学机制,即绑定属性的水合物的硅酸盐和扩张20.]。受损的绑定属性的水合物导致丧失机械强度和质量。同时,铝酸盐类和氢氧钙石是最容易扩张产生相当大的损害。然而,混凝土恶化造成的二次钙矾石的形成和二次石膏,压力,顺向开裂[21]。

在阿尔及利亚的地质多样性,有真正的财富而言,建筑材料(砾石和沙)。固体岩石采石场生产大量的碎沙(CS),废弃混凝土的组成。此外,韩国包含无限数量的沙丘(SD),从未认真利用建设的领域。然而,这些类型的砂(CS和SD)自然含有高水平的罚款,可以是一个有趣的来源组成的高性能混凝土(HPC)。他们可以提高生产率,减少延迟实现现场。他们提供了大量的体重增加;可以构建模板,具体的实现,和比普通钢筋混凝土。这已被证明HPC(25 - 40%的涨幅)(18- - - - - -22]。

本研究旨在研究利用碎砂的影响部分替代沙丘砂在不同百分比(0,1/3、2/3和100%)的物理力学性能HPC用二进制天然细骨料(SD和CS)在积极的环境。不同类型的混凝土HPC的使用材料和产品在阿尔及利亚:保护记者委员会CEM II 42.5人造硅酸盐水泥,强塑剂(SP),两个分数的砾石(3/8)和(8/15)毫米,和两个填充剂(硅灰、矿渣)两种类型的砂CS(0/5)和SD(0/5)毫米。

2。材料和实验方法

水泥,硅酸盐水泥(CEM II 42.5),布莱恩比表面积为385厘米²/ g和3.2的密度。化学和矿物的组成是由河口的公式(表1)。

的骨料在混凝土的组成在这项研究由碎石灰岩砂(CS)和硅质(SD) (SiO沙丘₂= 86.95%)。两个砾石(G)粉碎石灰石(3/8)和(8/15)毫米从采石场一样碎砂。

(我)沙丘貂皮。使用的沙子是沙丘砂颗粒从0.08毫米至5毫米大小。天然砂从Boussaada takedn,阿尔及利亚。颗粒的研究是根据欧洲标准执行的NF EN 933 - 1 (23)在治疗过程让我们消除粘土矿物的很大一部分。

矿物的组成由x射线衍射表明,硅质沙丘是超过95%的石英和方解石的痕迹。结果如图所示1。

(2)碎细骨料。在这项研究中所使用的细骨料生产产生的碎沙采石场浪费。采石场浪费置换的效果正常体重沙丘砂(0,1/3,2/3%,100卷)进行了研究。化学成分的细骨料(表2)。根据获得的结果有关的物理性质自然和人工砂(表3),我们有以下:(我)SD密实度低比压砂;这主要是与微粒(细度模数较低)。(2)CS具有更少的高孔隙率和吸水率比沙丘砂;这可能归因于其普通粒子(粗细度模数)。

基于分析结果的粒度分布和细度模数,研究中使用的砂可以分类如下:(我)沙丘砂提供了一个细粒度分布。(2)碎砂提出了粗粒度分布。

(3)二进制砂混合物。本研究中使用的二进制砂混合物聚合SD(沙丘砂)和c(碎砂)。四个一系列二进制细骨料混合物准备。二进制砂混合物的特点给出了表5和指定为HPC (SD) (0% c + 100% SD), HPC (CS) (100% c + 0% SD), HPC (1/3 SD) (1/3 SD + 2/3 CS)和HPC (2/3 SD) (2/3 SD + 1/3 CS)。粒度组成是一个重要的指标的物理性质和结构砂用于这项研究。根据欧洲标准筛分析获得了NF EN 933 - 1 (23]。他们的物理性质和化学成分在表中进行了总结2和3。

图2显示了使用的砂的粒度分布。天然骨料的粒度分布(硅质沙丘砂)和采石场浪费细骨料(钙质碎砂)确定使用干筛分分析方法。

从绝对的密度和体积密度孔隙度计算值使用公式: 在哪里孔隙度和孔隙和孔隙的内容在标本(wt. %),是绝对密度(克/厘米吗³),是大部分重力(g / cm吗³)。

结合自然和碎砂的方法提高了准备细骨料混合的物理性质。

改善二元混合物的孔隙度(压碎和沙丘砂)和正确的颗粒组成的变化(粒径)我们必须使用1/3和2/3的碎沙混合。

(iv)罚款补充道(我)填料的颗粒渣通过铣削El-Hajar的高炉矿渣比表面积为5000厘米²/ g。这个表面大于水泥的比表面积。的渣El-Hadjar的优势是,而酸(曹/ SiO₂报告/比率变化的限制范围内0.95 - 1.04);它是相对稳定的。(2)第二填料是一种硅灰(HP MEDAPLAST GRANITEX)。其比表面积> 15米²/ g。化学成分的水泥和填料在这项研究中的应用是在表1。矿渣和硅灰的粒度分布数据3和4。

(v)佐剂。是一个强塑剂使用的辅助高减水(Medaplast SP40)。的溶液pH = 8.2和1.22的密度,40%的固体。的正常使用范围是固定的制造商的建议是水泥重量的2.5%和0.6之间。使用的化学剂的比例对所有混合水泥重量的1.5%。

3所示。制定HPC

3.1。参数的制定

具体的配方(混合设计(表进行测试4)是由制定法的HPC路易斯塔里夫大学,它允许HPC的配方没有依照标准加气ACI 211 - 1 (22]。的体积比无总量(/)= 0.67,水泥的范围= 420公斤/米³,空气含量1.5%(体积)。除了最优混合,其他组合逐渐取代研究了CS SD(1/3、2/3和100%)。强塑剂的用量是固定在1.5%相对于粘结剂(水泥+填料)的内容。

方便测试后,用于这些类型的混凝土的基本组成如下:(我)水泥:397公斤/米³。(2)高炉渣:46.7公斤/米³。(3)硅灰:23.35公斤/米³。(iv)砾石(3/8)和(8/16)毫米:1041.6公斤/ m³。(v)砂(0/5)mm: 701.48公斤/ m³。(vi)水:121.37公斤/米³。(七)辅助:所有混合水泥重量的1.5%。

3.2。制定HPC

修改实验室也准备了新鲜的混凝土混合搅拌机(混合过程(表4))。从干骨料混合物准备。水泥和骨料服用按重量和水和化学外加剂添加。

混凝土标本保存在他们的模具在潮湿的地方(人力资源)20°C, 95%在24小时。然后他们接受沉浸在各种保护浴:MgSO饮用水龙头、解决方案₄质量浓度为5%在20°C到固定的条款。混凝土的物理、力学特性进行了比较。术语制定混凝土用于本研究给出了表5。

立方试样(100×100×100)毫米³被用于抗压强度的测定在28日,270年,365天根据NF EN 12390 - 4 (24]。毛细现象和水孔隙度的测试片测试干在炉子的温度100°C恒重,然后回到室温干燥器。

毛细现象的吸水。在样本应用圆柱形状的混凝土高10厘米直径12厘米,放置在接触的自由水1厘米高度维持在一个恒定的水平。

侧脸涂有粘型铝箔(25- - - - - -27),这迫使水通过单轴跟踪,防止蒸发,同样的面孔。吸收水的质量是由连续称量样品根据;唯一的预防措施将是消除水的电影保留在每个称量样本的下方,用吸水纸。

孔隙度的协议。孔隙度的水的协议符合建议AFREM [26)组。开孔率允许我们欣赏水化的进化和结构化的水化产品;这是一个关键的识别最可持续的混凝土(28]。

经济衰退的考验。这是一个测试新拌混凝土的和易性的方法。填充一个标准的金属由3层混凝土的坍落度筒,每一层都将彻底压实钢棍。最后一层填充锥的顶部将泥刀平的。然后然后删除锥高度减少(衰退)的具体测量。流变行为的衰退测试是用来评估的混合物(29日]。经济衰退之间固定6和7厘米为所有混合在这个研究。

4所示。结果与讨论

4.1。效果的碎沙水灰比(新浇混凝土的属性)

水灰比变化的结果为各种比例的碎沙的新鲜混凝土呈现在图5。

具体由二进制砂(SD 1/3和2/3 SD)提供了一个高水/水泥与混凝土相比(SD)。之间的差异观察到各种类型的水/水泥混凝土测试取决于碎砂的内容纳入自然细骨料(不同的密度和孔隙度之间的不同的罚款聚合研究)。试验结果表明,水/水泥比和水的吸收值碎砂混凝土混合物降低细骨料的增加水平由碎砂替代。

图5表明,增加的百分比碎砂所有具体的研究是由增加混合的水。这主要是由于颗粒之间的内聚力角形状的沙子和罚款的存在包含碎砂;它与CS混凝土达到3%。目前的结果符合研究工作由阿卜杜拉希(30.]。另一方面,减掺合料的掺入(1.5%的Medaplast SP40)可以显著减少所有混凝土的拌和水尽管碎砂比例较高的使用。这减少由于化学外加剂的作用使反絮凝剂微粒的水泥,它允许增加密实度和润滑了固体表面通过减少颗粒之间的摩擦应力(机械效应)。

4.2。物理性质

4.2.1。准备碎砂的孔隙度的影响

孔隙度测试的结果在图所示6。在短期内(28天),具体由二进制砂(自然和人造细骨料)提出了一种低孔隙度(低改进)与混凝土相比HPC (SD)。之间的差异观察各种混凝土的孔隙度测试的物理性质的变化取决于每种类型的罚款聚合进行了研究。

长期(365天)结果表明,高性能混凝土的孔隙率,减少相同的成分。这是由于不同的密度和孔隙度之间使用不同的细骨料(角碎、圆沙丘砂和填料)。事实上,孔隙度(孔隙和孔隙)受到的填充特点充分混合,包括细骨料、水泥、水(31日]。

根据图6,我们注意到部分替代天然砂(SD)人工砂(SD 1/3和2/3的CS组合)结果在低孔隙度减少365天,但在100%的沙丘中有显著增加孔隙度(混凝土HPC (SD)的增加,孔隙度定量是8%)由于化学现象,不是物理的一个。

另一方面,使用减剂(1.5%的Medaplast SP40)降低了孔隙比,因为润滑促进颗粒的重排,从而变得不那么多孔混凝土和更紧凑。的沙丘在HPC碎砂密实度增加导致流变特性的增加有关。

4.2.2。通过毛细现象碎砂对吸水率的影响

吸水混凝土的毛细现象的变化不同百分比的碎沙如图7。

结果表明,混凝土的吸水率随沙丘的内容替换;这是由于不同的密度和孔隙度之间使用不同的细骨料(角碎和圆的沙丘砂)(30.]。

实际上,孔隙度是影响整个混合物的包装特点,包括细骨料、水泥和水。同时,混凝土的吸水值由二进制砂混合物较低(2.2%)比混凝土与沙丘SD (2.34%)。使用化学剂(1.5%的Medaplast惠普40)允许减少孔隙的数量和毛孔中存在的混凝土,也因此变得更紧凑,更强的抵抗力,更防水。

吸水率是线性相对于混凝土总孔隙度。

4.3。机械性能

4.3.1。碎砂对机械强度的影响

混凝土的抗压强度的结果,没有碎细骨料在28天,270天,365天策划在图8。

部分替代天然砂(SD)碎砂(CS组合的1/3、2/3)导致增加混凝土的抗压强度HPC (1/3 SD)和HPC (2/3 SD)相比,混凝土HPC (SD)。制造砂的使用增加了混凝土的机械强度,根据碎砂的比例使用。

获得的结果(28 - 365天)同意在一个清晰的方式,将碎砂(CS)的1/3、2/3的沙丘砂(SD)改善混凝土的抗压强度测试基于二元混合物。

这可以解释为什么性质和粒径分布的主要参数是影响混凝土的力学行为的增加测试。混凝土的强度获得优越的测试具体包含二进制砂(1/3 SD)和(2/3 SD)抗压强度的混凝土(SD)。

总之,一个决定,从1/3到2/3的碎沙我们注意到一个改善混凝土的抗压强度。我们注意到2/3 CS的使用增加了混凝土的机械优势超过25%在365天15]。

4.3.2。孔隙度的二进制砂机械强度的影响

图8显示二进制砂的孔隙度之间的关系和混凝土的抗压强度进行了研究。

这表明增加碎砂的孔隙度影响显著降低混凝土的抗压强度测试,但这样被发现是非常有限的,特别是对混凝土用二进制沙子。一般来说,增加孔隙度的二进制砂导致减少混凝土的抗压强度。砂的孔隙度和质地有重要影响硬化混凝土的抗压强度和耐久性。孔隙度的二进制沙子也会影响混凝土的机械强度和吸水率,它将影响新拌和硬化混凝土的性能。

从二进制砂孔隙度的结果,可以得出结论:样品掺入不同比例碎砂替代比例较低孔隙度的二元混合物HPC (1/3 SD)和HPC (2/3 SD)与混合物(HPC SD)。二进制砂的孔隙度降低和增加更换CS 1/3和2/3 CS和碎砂。这是由于较低的体积内的空洞二进制沙(32,33]。

4.3.3。机械强度的化学攻击

(1)孔隙度的二进制砂机械强度的影响。数据9和10显示二进制砂的孔隙度之间的关系和混凝土抗压强度MgSO守恒的解决方案₄。图12显示二进制砂的孔隙度的增加大大影响机械强度的混凝土(MgSO沉浸在解决方案₄)。一般来说,减少碎砂导致混凝土的抗压强度下降,但这种下降是非常有限的,特别是对混凝土用二进制沙子。事实上,细骨料的形状和纹理的影响更重要比混凝土特性的影响。使用饮用自来水时也发现类似的结果。

图11显示变化的混凝土的抗压强度在时间的函数沉浸在硫酸盐(MgSO镁的解决方案₄)(28、270和365天)。从结果可以看出,经过一段时间的365天,HPC (1/3 SD)和HPC (CS)提出了激进的媒体(MgSO最好的机械优势₄)。同时,沙丘砂和碎砂导致抗压强度的增加,证实了先前获得的结果在研究孔隙度(数据8和10)。

压缩试验后,说明氢氧钙石的溶解程度sulfatic中我们应用酚酞1%乙醇在混凝土的内部部分half-pieces守恒在媒体咄咄逼人。结果呈现在图12没有降低pH值,因此没有任何损失或改变混凝土的材料。

这项研究使我们强调硫酸盐和氯化物HPC的效果。

解释结果,我们可以回忆起积极的离子的传输机制以及影响混凝土耐久性的主要因素:(我)氯化物可以穿透混凝土表面的两种类型的传输机制:(一)毛细管sorptivity:氯化物溶第一,“驱动”进入毛孔的水吸收(例如在润湿干燥周期)。(b)液相扩散:增加的吸收区,氯离子渗透扩散。一部分离子可以“被困”水泥粘贴。有两种机制来捕获离子:(一)吸附在孔的内表面或水合物。(B)与化学物质相互作用形成的钙铝酸盐类chloroaluminates(弗里德尔C₃一个·CaCl₂h·10₂O盐)是相对较少的伤害(34]。(2)填充物的存在有很大的影响在电阻通过控制混凝土。的确,硅灰和矿渣明显降低氯离子的扩散系数。取代10%的水泥硅灰可以减少扩散系数5到10倍,特别是如果W /粘结剂比例相对较高(35]。第二个影响因素是水灰比,,在我们的例子中,是0.30,非常低。这个报告显示重视,事实上:(我)扩散系数增加而增加W /粘结剂。长成熟(一年)可以进一步分离毛细管孔隙网络。我们可以显著减少维护的扩散系数再良好的固化条件(水灰比的影响和成熟在氯离子的扩散系数)(19- - - - - -36]。(3)更换的碎沙沙丘砂混凝土标本在积极改善机械阻力的影响环境

(2)内部结构。XRD模式,ATG, ATD混凝土MgSO沉浸在解决方案₄365天的数据所示13和14。

由X射线衍射分析在M 'sila大学物理实验室进行的X射线衍射仪(X 'Pert)耦合到一个计算机系统。

这一分析的基本目的是确定不同阶段的晶体出现在一个示例。的谱图分析13用于报告以下结果:(我)石英SiO的存在₂,证实了沙子的存在。(2)方解石CaCO的存在₃,通过碳化的石灰。(3)的存在的痕迹氢氧钙石Ca(哦)₂

不同混凝土的x射线分析,经过365天的沉浸在MgSO的解决方案₄,显示了两个新阶段的外观(我)曹二次钙矾石3₂O₃卡索₄32 h₂O₃;(2)石膏水化卡索₄2 h₂O。

5。结论

这个实验工作的主要目标是稳定物价当地材料和采石场在建筑废弃物利用它们。研究对象在使用粗砂的影响的部分替代沙丘砂在不同比例(1、1/3和2/3)混凝土的物理力学性能与二进制天然细骨料(SD和CS)。从测试结果,可以得出以下:(我)添加碎砂提高二进制砂的物理性质(级配、低孔隙度、高密实度,等等)。(2)获得的结果同意在一个清晰的方式的组合碎砂(1/3和2/3)沙丘砂提高混凝土的机械强度抗压测试的二元混合物(1/3 CS, 2/3 CS)。(3)占1/3的SD提供抗压强度在硫酸介质相当于获得自来水。然而,超过30%替代导致减少阻力。(iv)实际上,混凝土的沙丘所带来的高孔隙度(数字8和10),负面影响机械强度。(v)物理力学测试的结果显示无显著改变混凝土在硫酸盐水即使在1年成熟。同时,酚酞的文章显示没有pH值下降,所以没有具体的变更(材料)的损失。(vi)硅灰和渣的火山灰反应释放石灰倾向于产生CSH、粘结剂的数量增加。增加抗压强度影响的两倍,给致密结构。(七)高性能混凝土的工作性积极影响的替代的SD CS。(八)一般来说,它可以得出结论,公司除了如CS结合SD可能有利于生产替代绑定来制定一个高性能混凝土(HPC)。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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