文摘

Ultrahigh-performance纤维增强混凝土(UHPFRC)是一种新型的混凝土具有优良的性能和良好的应用前景。但是,昂贵的热固化或采取了高压养护,确保足够的抗压强度。本研究着重于提高的抗压强度和工作性UHPFRC通过改变组成材料和标准养护条件下的混合比例。0 - 1毫米和1∼3毫米粗骨料采用烧结铝矾土。UHPFRC高的抗压强度和良好的和易性是由改变水胶比,通过添加磨细高炉矿渣(GGBFS)或粉煤灰,并通过改变不同粒径的铝土矿的内容。当钢纤维的体积率为3%,建议水粘合剂比例是0.194根据这个实验,建议GGBFS-replaced水泥的用量为20%,粉煤灰代替硅灰的剂量是推荐的30%。的推荐率0 - 1毫米和1∼3毫米烧结铝矾土为1.51:1。最后,一种UHPFRC材料抗压强度为152.4 MPa和衰退的120毫米是在标准养护条件下发展起来的。

1。介绍

Ultrahigh-performance纤维增强混凝土(1)(UHPFRC)是一种水泥基复合材料具有优异的力学性能。UHPFRC通常是由水泥微粒和ash-activated硅灰。冷凝过程中,水化反应和火山灰活性产生晶体和凝胶的身体。细骨料(如晶体和烧结铝矾土、弹性骨架,从而导致弹性变形;而凝胶产生塑性变形。UHPFRC具有良好的力学性能,包括抗压强度高,良好的抗弯性能,良好的韧性,优良的抗疲劳强度和高耐冲击。此外,内部孔隙度是经常在UHPFRC非常紧凑,因此导致一个更好的比普通混凝土的耐久性。

硅灰(SF)是一种材料具有大比表面积和高火山灰活性。科幻小说的典型直径大约是0.2μm;因此,它能够填满水泥颗粒之间的孔隙,而生成凝胶水化产品。UHPFRC与科幻材料混合时,小球形的身体可以在润滑中发挥作用。施等。2)指出,UHSC流动性的增加随着剂量的科幻小说。然而,当科幻内容不断增加比率达到15% -20%,后的流动性UHSC反而下降。由于科幻的润滑效果,嵌入小颗粒之间的水可以被释放,所以科幻含量不超过20%时,混合物的流动性可以改善。当科幻小说的内容超过20%,面积太大,会降低流动性。理查德和Cheyrezy [3]建议的最佳科幻小说的内容是关于水泥含量的25%,和陈和楚4]认为科幻的最佳内容是20% - -30%。总的来说,如果科幻太少,导致快速水化产物的形成和形成多孔结构;因此,科幻小说的最佳剂量UHPFRC材料应该在20%以上。科幻小说会导致火山灰活性和可以增加粒子的体积密度,以致密水泥矩阵和发展高强度(4,5]。科幻的改进机制孔隙结构如下:首先,水泥颗粒之间的差距是由科幻小说。第二,大量C-S-H凝胶的存在,这是由于其形成火山灰与氢氧化钙反应,进一步降低了孔隙大小和毛管孔隙度在水化反应(6,7]。张先生和汉8)指出,硅灰也将影响新浇混凝土的流动性。

的水泥UHPFRC通常超过1000公斤/米³,这是一个很大的数量了。水泥的滥用不仅影响成本,而且对水化热产生负面影响,会导致混凝土的收缩。因此,它往往是共同向UHPFRC添加矿物掺合料替代水泥来解决这些问题。小王和智9)发现,水泥水化热降低辅助胶结材料的更换。几项研究[2,10- - - - - -12)指出,使用二进制SF-FA(粉煤灰)SF-GGBFS(磨细高炉矿渣),或三元SF-GGBFS-FA粘结剂系统不仅降低了科幻小说的内容,也有一个积极的对力学性能的影响。Yazici et al。13]GGBFS用来取代水泥生产的RPC(活性粉末混凝土),而采用铝土矿和花岗岩聚合。结果表明,当水泥GGBFS所取代的数量增加时,水化热、收缩和科幻小说内容可以减少。这一修改大大减少超塑化剂的需求。此外,增加矿物掺合料可以增加流动性。研究[14- - - - - -16)表明,BFS(高炉矿渣)和足总可以增加流动性在新的条件和致密的微观结构,可以获得更高的强度由于其潜在的液压和火山灰反应。此外,GGBFS降低了混凝土的孔隙度。歌和Saraswathy17)指出,GGBFS可以减少孔隙度、水泥和矿物学变化水合物将导致氯离子迁移率的减少。

烧结铝矾土是最重要aluminum-bearing矿物,主要成分是Al (OH)₃,γ氧化铝(OH)和α氧化铝(OH)、针铁矿、赤铁矿、高岭石,少量的锐钛矿TiO₂。天然烧结铝矾土的密度是3.9 4 g / cm³中,硬度1∼3。因为它是不透明的,脆弱的,它将不适合作为砂浆或混凝土骨料。然而,强度和硬度的烧结铝矾土远远超过大多数的天然岩石。因此,它通常被用于超高强度、高耐磨砂浆。理查德和Cheyrezy [3,18)表明,粗骨料应该删除改善均匀性。然而,Yazici et al。13]研究了使用烧结铝矾土和花岗岩在RPC聚合;最大的集料尺寸RPC混合物3毫米,和总数的80%的总混合作为粗骨料(1∼3毫米)。相比传统的RPC(所有聚合物粉末的形式(< 0.1毫米)),得到了良好的改善,这是证明铝矾土骨料比花岗岩系列有较高的力学性能。Yigiter et al。19也证明了这一结论。Zhang et al。16)烧结铝矾土的影响相比,石英砂,和黑碳化硅UHPFRC混凝土,和结果表明,烧结铝矾土、总能得到更高的抗压强度和电阻。Yazici et al。13)和Yigiter et al。19)探讨了烧结铝矾土UHPFRC性能的影响并利用烧结铝矾土骨料的RPC的实验,证明了铝土矿可以有效地改善其强度。然而,这个实验没有讨论的影响大小不同的烧结铝矾土UHPFRC的性能。

热固化和高压蒸汽养护可以缩短治疗时间,使第二水化反应之间的硅灰和初始水化产品(氢氧化钙),充分发挥硅灰的火山灰活性和石英。众多研究表明,(20.- - - - - -24)、热固化和高压蒸汽养护可以提高混凝土强度与标准养护。理查德和Cheyrez [3)制定RPC强度800 MPa的钢纤维(10%)和钢总在温度高达400°C和50 MPa的压力。为了有足够高的强度、热固化或高压蒸汽养护UHPFRC通常需要。然而,这些治疗措施往往成本较高,难以应用,大大限制了UHPFRC的工程应用。因此,许多学者进行了研究在标准养护条件下UHPFRC。Yazici et al。13)和Yigiter et al。19使用铝土矿作为骨料,制定RPC和LCRPC抗压强度的标准养护条件下超过150 MPa。结果表明,可以获得满意的机械强度值甚至在标准水养护。服装(25]研究了细度和纤维长宽比的影响UHPFRC的抗压强度和抗冲击性UHPFRC在标准养护条件下,蒸汽养护,和热水养护条件下,分别获得UHPFRC 28天抗压强度超过150 MPa在标准养护条件下。威利et al。26)获得UHPFRC抗压强度190 MPa以上和抗拉强度高达37 MPa下房间温度和大气压力。

虽然一些学者进行了研究在标准养护条件下,获得满意的机械性能,UHPFRC从这些研究仍有和易性差的缺点。Yazici et al。13)和Yigiter et al。19)制定了混凝土的抗压强度在标准养护条件下超过150 MPa。然而,由于其低水凝胶含量和高科幻小说内容,混合物的粘度是如此之大,以至于不能使用机械振动压实,除了。

基于当前的研究现状,本项目旨在获得UHPFRC与和易性好,抗压强度高在标准养护条件下,进行一系列的实验研究。本文研究了W / B比值的影响,GGBFS比率,足总比、骨料粒度和易性,和UHPFRC在标准养护条件下的抗压强度。烧结铝矾土是用来代替在UHPFRC细骨料和沙子。

2。实验

2.1。材料

Ultrahigh-performance纤维增强混凝土(UHPFRC)制定通过增加组件的细度和活动,减少内部缺陷(孔洞和微裂隙)的材料,因此,超高强度和耐用性。组成材料(图1)包括以下:(1)水泥:阿宝52.5普通硅酸盐水泥符合国家标准GB 175 - 2007 (27]。(2)烧结铝矾土:烧结铝矾土和粒子大小的0 - 1毫米和1∼3毫米。烧结铝矾土包含71.8%的氧化铝耐火> 1800°C,密度3.9 4 g / cm³的硬度范围内1∼3,和脆不溶于水。(3)GGBFS: S95等级粉的细度约为430米²/公斤,内容比水分小于1.0%。(4)费尔南多-阿隆索:使用符合国家标准GB / T 1596 - 2005 (28区的统一性粉煤灰。(5)固体Polycarboxylate液体强塑剂:40%,35%的水分减少,2 h不下滑的损失。(6)平镀铜钢纤维:单一钢纤维的大小是0.22毫米×13毫米,抗拉强度高于2850 MPa。钢纤维的体积率为3%,所有标本。(7)科幻:二氧化硅含量超过95%,密度为300公斤/米³;比表面积是15∼27米²/ g;28 d活动指数高于94%;粒径小于1μ米,平均粒径为0.1μm。

2.2。混合比例控制标本

Yazici et al。13)利用烧结铝土矿开发UHPFRC抗压强度的标准养护条件下超过150 MPa。然而,流动性UHPFRC很穷当使用相同的混合比,在表所示1。解决UHPFRC流动性差的问题,做了一系列的实验研究,通过改变原始材料的相关内容,并添加了新材料开发一种UHPFRC材料抗压强度高和良好的可加工性。表中列出的混合比1被选为对照组的标本。

2.3。混合物的组成

UHPFRC的组成如表所示2和3。根据不同的目标,实验分为五大系列:(1)系列研究了W / B的影响比UHPFRC的抗压强度和流动性。根据不同的W / B比率,标本分为A1, A2, A3、A4、A5,和W / B比率是0.164,0.174,0.184,0.194和0.204。(2)B系列研究的影响比GGBFS替代水泥的抗压强度和流动性上的内容UHPFRC。根据不同数量的GGBFS,标本分为B1, B2, B3,和GGBFS内容为10%,20%,和30%的水泥。(3)系列研究C W / B的影响比抗压强度和流动性的UHPFRC GGBFS含量为20%。根据不同的W / B比率,标本分为C1, C2, C3,和W / B比率分别为0.174,0.184和0.194。(4)系列D的影响研究FA-replaced部分科幻UHPFRC的抗压强度和流动性。根据FA取代科幻的用量,标本分为D1、D2、D3,和大量的替代率分别为10%,20%,30%。(5)E系列研究的不同粒径的影响烧结铝矾土UHPFRC的抗压强度和流动性。根据不同粒径的不同比例的铝土矿,标本分为E1和E2,比例的0 - 1毫米铝土矿和1∼3毫米铝土矿是0.755:0.5和1.255:0。

2.4。样品制备和养护

材料被添加到搅拌锅的顺序1∼3毫米的烧结铝矾土、0 - 1 mm的烧结铝矾土、水泥、硅粉和GGBFS。水被添加到混合罐加入所有干拌1分钟后,然后混合持续了大约2分钟。然后添加了超塑化剂,不断搅拌5分钟。最后,添加钢纤维,搅拌2分钟。混合物由振动压实,然后是28天治愈标准条件下(温度:20±2°C,湿度:≥95%)采集标本后的模具。压缩试样是一个多维数据集的100毫米×100毫米×100毫米。标本的制备是如图的照片2。

2.5。测试方法

测试主要集中在UHPFRC的流动性和抗压强度。抗压强度测试是根据指定的测试方法进行“GB / T 31387 - 2015活性粉末混凝土”(29日]。加载速度是1.2∼1.4 MPa / s。混合物的流动度试验是根据指定的测试方法在GB / T 50080 - 2016 (30.]。三个标本检测每一批消除测试的不连续性。

3所示。结果与讨论

3.1。W / B的影响比抗压强度和流动性的UHPFRC(系列)

影响的W / B的抗压强度和流动性比率UHPFRC图所示3。如图3UHPFRC的抗压强度随W / B比率的增加。特别,而W / B比率在0.164 - -0.204的范围改变,抗压强度达到峰值150.5 MPa时,W / B比率为0.174;和抗压强度降低到141.3 MPa时,W / B比率为0.204;抗压强度时,W / B = 0.184低于抗压强度时,W / B比等于0.194。原因是当W / B的值比例降低,新鲜混凝土的粘度增加,导致振动和紧凑的困难,产生相对较大的泡沫和试样内的微裂隙,从而降低抗压强度。

从图可以看出4当W / B比率是0.164,新鲜混凝土的流动性很差,无法衡量其衰退,没有观察到的流动性。当W / B比率在0.174∼0.184,新鲜的混凝土有适度的流动性,其表面会变得平坦,当振动密集;然而,所需的时间有点长。当W / B比率在0.194∼0.204,新鲜的混凝土有良好的流动性,其表面可以迅速成为平当振动和所需的时间最终振动压实少得多。UHPFRC流动性的增加与W / B比率的增加,这是因为,在一定范围内,W / B比率的增加凝胶形成的数量将会增加,从而减少骨料之间的摩擦,提高流动性。基于UHPFRC抗压强度和流动性的混合物,被推荐为0.194 W / B的最佳比例根据这个测试。

3.2。的影响的内容GGBFS-Replaced水泥的抗压强度和流动性UHPFRC系列(B)

降低UHPFRC的成本,GGBFS粉代替部分水泥的数量。添加GGBFS有利于延缓水化热的峰值点,它可以降低水化热,减少温度裂缝的发生。为了探索GGBFS-replaced水泥的最佳内容,实施实验时保持相同的水泥和GGBFS总额(940公斤/米³)。

的影响的内容GGBFS-substituted水泥的抗压强度UHPFRC图中可以看到5。GGBFS-replaced水泥含量的影响在UHPFRC如图的衰退6。图5所示,GGBFS-replaced水泥的含量的增加,混合物的流动性逐渐增加,混合物的和易性都得到很大的提高。GGBFS粉可以填充水泥粒子差距,可以形成絮凝结构,从而占领水空间,然后水从最初的絮凝结构,释放和泥浆变得瘦。如果保持相同的水量,可以提高UHPFRC的和易性和流动性。

从图可以看出5的增加,抗压强度降低GGBFS而不是水泥的内容。试样的抗压强度从146.5 MPa(含量0%)下降到121.5 MPa(含量30%),这减少了25 MPa。然而,当GGBFS内容取代20%的水泥(188公斤/米³只),抗压强度降低到6.4 MPa,及其衰退达到10.1厘米。基于UHPFRC的抗压强度和流动性的混合物,UHPFRC的综合性能被认为是优越当GGBFS内容取代20%的水泥。

3.3。W / B的影响比抗压强度和流动性的UHPFRC GGBFS取代20%的水泥系列(C)

根据测量数据,当GGBFS被替换的数量,而不是20%的水泥(188公斤/米³),W / B的影响比UHPFRC如图的抗压强度7。影响的W / B的流动性比率UHPFRC当GGBFS取代20%的水泥是如图8。

从图可以得出结论7的抗压强度增加而增加W / B比率。抗压强度为140.1 MPa时,W / B比等于0.194,高于当W / B比率等于0.174 (132 MPa)和0.184 (131.7 MPa)。

从图可以看出8时,经济衰退增加W / B比率增加。UHPFRC当衰退(10.1厘米)的W / B的值比等于0.194与衰退相比也大大增加当W / B比率的值等于0.174(2厘米)和0.184(3.5厘米)。相对粘性混合物当W / B比等于0.174或0.184;机械振动是必要的,很难稠密振动。然而,流动性的标本W / B比等于0.194要好得多,可以通过机械振动振实简洁快速。结果表明W / B比抗压强度有很大影响,UHPFRC的衰退。基于UHPFRC的抗压强度和流动性的混合物,UHPFRC的总体性能是最优的0.194 W / B比率时当GGBFS取代20%的水泥。

3.4。影响FA-Replaced部分科幻的抗压强度和流动性UHPFRC系列(D)

足总能有积极影响混凝土的力学性能时用于替换的部分科幻UHPFRC在合适的剂量。为了确定最优数量的粉煤灰(FA)取代硅灰(SF),试验不同的FA /科幻比率进行同时保持硅灰和粉煤灰的总量(282公斤/米³)是一样的。根据测试结果,FA取代科幻的用量的影响UHPFRC如图的抗压强度9。FA-replaced科幻UHPFRC的衰退的影响如图10。

从图可以看出9UHPFRC的抗压强度降低,然后增加时,英足总比例增加。从146.5 MPa抗压强度降低到137.6 MPa,然后增加到148.6 MPa。试样的抗压强度与FA-replaced科幻比率等于30%略高于没有FA标本。这是因为科幻的协同效应和FA达到一个高水平当FA取代30%的科幻小说。添加科幻小说可以提高抗压强度,而添加足总可以提高流动性。作为显示在图10,FA取代科幻的数量的增加,混合物逐渐从粘性semiviscous在搅拌过程中,这意味着和易性逐渐提高,逐渐和增加流动性的总体趋势。考虑抗压强度和流动性的UHPFRC UHPFRC最佳的综合性能,当英足总取代了科幻小说的有30%(84.6公斤/米³)。

3.5。数量的不同粒径的影响烧结铝矾土的抗压强度和流动性UHPFRC系列(E)

在这个实验中,不同粒径的烧结铝矾土用作聚合。影响大小的烧结铝矾土UHPFRC属性的研究通过改变烧结铝矾土和不同粒径的数量。烧结铝矾土的总量恒定保持为恒定值的混合比率铝土矿不同粒径的变化。根据测量结果的影响大小不同的数量的铝土矿UHPFRC如图的抗压强度11。不同大小的数量的影响铝土矿的衰退如图12。

从数据可以看出11和12,混凝土的抗压强度和流动性有很大区别与不同粒径烧结铝矾土的比率。0 - 1毫米的比率的增加烧结铝矾土烧结铝矾土、1∼3毫米UHPFRC的强度增加。当0 - 1毫米烧结铝矾土的比率为1∼3毫米烧结铝矾土为1.255:0,混凝土的强度达到最大155.5 MPa。流动性是最好的,当0 - 1毫米烧结铝矾土的比率比1∼3毫米烧结铝矾土是0.755:0.5 (1.51:1)。强度两组之间的差异不显著,而E1的衰退是12厘米,显著高于E2。因此,UHPFRC的总体性能最优时比0 - 1毫米1∼3毫米烧结铝矾土烧结铝矾土是1.51:1。

4所示。结论

本研究旨在解决当前流动性差的缺点UHPFRC(温度:20±2°C,湿度:≥95%),通过改变原来材料的相对含量和试图添加新材料。UHPFRC具有优良的机械性能和良好的可加工性是在标准养护条件下开发的,与抗压强度的值达到152.4 MPa和经济衰退达到12.0厘米。根据测试结果,UHPFRC强度和施工性能的影响因素进行了详细分析。结论如下:(1)UHPFRC超过150 MPa的抗压强度和良好的可加工性是在标准养护条件下发展起来的。(2)W / B比抗压强度有很大影响,UHPFRC的衰退。基于UHPFRC的抗压强度和流动性,W / B的最佳比例是0.194。(3)当水泥和GGBFS的总量是恒定(940公斤/米³),内容GGBFS的比例从0%增加到30%,UHPFRC的抗压强度降低,而流动性增加。GGBFS-replaced水泥推荐的最佳比例为20%(188公斤/米³)。(4)FA的用量可以显著提高UHPFRC的流动性和FA在抗压强度的影响不明显。结果表明,FA适合取代科幻30%(84.6公斤/米³)当科幻的总量和FA是常数(282公斤/米³)。(5)烧结铝矾土的粒度有一定UHPFRC强度和流动性的影响。0 - 1毫米的最佳比烧结铝矾土烧结铝矾土1∼3毫米被推荐为1.51:1。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

附加分

突出了。(1)高强度和良好的可加工性的UHPFRC可以在标准养护条件下实现。(2)被推荐为0.194 W / B的最佳比例。(3)粉煤灰可以显著提高UHPFRC的流动性。(4)最优比例的0 - 1毫米到1∼3毫米烧结铝矾土是1.51:1。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢中国国家重点研发项目(2016 yfe0125600)和长江学者、项目创新研究团队在中国的大学教育部(IRT_16R67),中国国家自然科学基金(51508519)、郑州大学优秀青年人才研究基金(1521322001)、河南省重点科研项目的高校(b560014 14和15 a560040),和河南省Industry-University-Research (162107000024)。