文摘

面包屑橡胶混凝土(CRC)是一种环保材料使用面包屑橡胶水泥混凝土的组合。它提供了一个替代方法回收废轮胎的科学。与普通混凝土相比CRC展品很多优势。然而,CRC的应用是有限的由于其低抗压和抗拉强度。提出了一种新的改良方法通过添加钢纤维,在CRC nanosilica。十八岁的混凝土混合物的材料性能的测试研究,考虑不同强度等级的CRC和面包屑橡胶内容。此外,四种不同的钢纤维含量(0%,0.5%,1.0%,1.5%)和三种不同nanosilica内容(0%,1%,和2%)考虑在内。CRC的脆性破坏,可以提高和机械性能可以增强根据测试结果。更重要的是,修改后的CRC 1.0%钢纤维含量相对较高的压缩和拉伸分裂力量。此外,noncompactness nanosilica CRC可以有效地改善,同时提高钢纤维的效率。 Finally, the failure mechanism of the modified CRC is discussed in this paper.

1。介绍

近年来随着汽车工业的发展,大量的浪费生产轮胎。作为一个全球性的问题,每年有一半以上的废弃轮胎没有治疗(1]。这些非生物降解的废轮胎可以提供对苍蝇和蚊子繁殖的地方。除此之外,这些轮胎构成高火的危险,威胁环境,人类生命和财产2]。因此,这个黑全球污染成为一个不可避免的问题担忧。

面包屑橡胶混凝土(CRC),也称为的橡胶混凝土,是一种环境友好型材料使用面包屑橡胶水泥混凝土的组合。经过一系列的治疗,如机械破碎、研磨、除尘、清洗,碎屑从废轮胎橡胶可以获得。根据先前的研究,混凝土性能的许多方面已经大大提高后增加面包屑橡胶。Khaloo et al。3)表明,橡胶含量的增加削弱了混凝土的脆性。郑et al。4)发现,混凝土的裂纹扩展与CRC明显低于普通混凝土,这是与从其他实验结果一致3,5]。具体是通过添加面包屑橡胶增强,能量吸收能力由李发现et al。6]。此外,CRC已被证明具有抗裂性(7)、动态行为和疲劳行为(8],卓越的声学特性,更好的耐磨损(9),和电阻率10]。因此,CRC提供足够的环境效益和经济意义。

如前所述,CRC展品大量普通混凝土相比的优势。然而,CRC的应用是有限的,如路面层、停车场、网球场,由于其低抗压和抗拉强度。较低的强度和弹性模量的橡胶聚合和面包屑橡胶及周边之间的弱界面砂浆由于疏水性能的面包屑橡胶(11)可能导致CRC的低强度。没有竞争力的力量使CRC很少用于结构成员。

因此,它是非常重要的找到方法改善力学性能的CRC扩大实际应用在工程建设和扩大其普遍性。最近,一些研究人员一直在关注修改CRC的机械性能。的方法可分为物理和化学的修改。物理改性而言,铜渣添加了CRC,混凝土的强度和耐久性增加(12]。Hesami et al。13)利用聚丙烯纤维修改CRC,导致显著的抗压,弯曲,拉伸、磨损的优势。许多学者用钢纤维作为添加剂,和钢纤维对修改CRC证明有良好的效果。Turatsinze et al。14发现钢纤维可以提高裂化CRC的阻力。谢et al。15]调查面包屑橡胶的抗压和抗弯性能和钢纤维增强混凝土再生骨料。Noaman et al。16)发现,压缩添加钢纤维后改善了韧性和脆性破坏转变为塑性。先前的研究已经证明了钢纤维改善抗拉强度、耐久性、耐冲击,混凝土和韧性,同时,防止裂纹扩展(17,18]。其他研究人员利用橡胶的表面化学过程或改进的力量之间的接口面包屑橡胶和迫击炮。伊斯梅尔和哈桑19CRC)建议增加偏高岭土,Fakhri和萨贝里用硅灰(20.]。许多研究选择nanosilica作为添加剂(21- - - - - -23]。结果表明,抗压强度和抗拉强度的CRC无关紧要的改进添加nanosilica之后(24]。

然而,很少有研究可供调查钢纤维的改性效果和nanosilica CRC。为此,调查钢纤维的力学性能和nanosilica修改CRC(简称SFNS-CRC,)提出了。广泛讨论添加剂的内容影响优势(压缩和拉伸分裂)CRC包含的修改。此外,添加剂的最佳效率的内容可以被发现。

其余本文组织如下。介绍了实验项目的部分2。部分3详细说明了故障模式、压缩和分裂拉伸试验结果,混凝土的和易性混合物。部分4讨论了钢纤维的影响和nanosilica内容修改的CRC和SFNS-CRC的失效机理。最后,部分5本文列出了一些结论。

2。实验程序

2.1。原材料

这个测试的原材料是水泥、细骨料、粗骨料、钢纤维、nanosilica,水,面包屑橡胶,直径1 - 2毫米。混凝土的和易性混合保险了萘甲醛减水剂。

在这里,选择水泥波特兰水泥42.5 MPa(42.5以上)。粗骨料(碎石)采用连续级配与mm-20 5毫米大小,及其比重为2.66。细集料的细度模数(河沙)是3.40,和它的重力是2.65。钢纤维的抗拉强度1345 MPa(两端连接)。钢纤维的长度是35毫米,宽高比是64。nanosilica是白色粉末平均粒度30 nm,及其表观密度是30 - 60 g / l。萘甲醛减水剂减为25%比采用保证大多数混凝土混合物的衰退40∼80毫米的范围内。钢纤维,橡胶和nanosilica用于这个测试如图1。

(一)
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(b)
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(c)
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图1
(一)面包屑橡胶,钢纤维(b)和(c) nanosilica用于这个测试。
2.2。实验设计和混合比例

钢纤维的改性效果和nanosilica CRC这个测试的主要目的,尤其是在方面的标本的抗压和分裂拉伸优势。面包屑橡胶和钢纤维的比例混合后体积百分率的方法,而混合方法nanosilica等效替代水泥,水泥的替代率。

因此,我们选择了强度等级C35 CRC 5%的面包屑橡胶(即,50公斤/米3,这意味着增加50公斤面包屑橡胶在1 m3混凝土)作为一个基本的群体,在这里,这个群体被称为C35CR5。在这里,C35意味着混凝土的抗压强度是35 - 45 MPa范围内。四个不同的钢纤维内容,0%、0.5%(39公斤/米3),1.0%(78公斤/米3)和1.5%(117公斤/米3),被考虑。当钢纤维的体积百分率为1.0%,两种不同nanosilica内容,1%和2%,是选择。在此基础上,更高强度的CRC C45相同的橡胶内容旨在研究不同强度等级的影响。在这里,第二个基本组被称为C45CR5。此外,为了让不同橡胶含量的影响,第三个基本组为10%(100公斤/米3)面包屑橡胶仍属于C45强度等级设计并称为C45CR10。

因此,有两种强度等级:C35 C45和两个不同的橡胶内容:5%和10%。三个基本组C35CR5、C45CR5 C45CR10。同样,后者两个基本组考虑不同钢纤维和nanosilica内容。最优混凝土混合料比例实现了基于39组测试。混合比例的十八混凝土混合物的细节表中列出1。

表1
混凝土混合料比例(单位:公斤/米3)。
2.3。样品制备和测试程序

通过轴搅拌机混合标本的标本。首先,聚合材料组合和混合为90秒,然后逐渐添加钢纤维和混合的180年代保证钢纤维分散均匀。钢纤维可能是粗心大意,如图2,而这种情况的出现表明,混合应该继续。然后,面包屑橡胶和水泥(如果这种混合比例包括nanosilica nanosilica添加到水泥)添加顺序,确保混合的均匀性。最后,水一起减剂添加,这是混合的180年代。在混合过程中,混凝土混合物的衰退是立即测试,如图3。为每个组,12个标准具体测试数据集(150×150×150毫米3)测试7 d的抗压强度,14 d, 28 d和抗拉强度28 d (d指天)。标本被治愈标准养护室为28天20°C的温度,相对湿度是95%以上。

(一)
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(b)
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图2
钢纤维的球。

图3
混凝土坍落试验。

抗压强度测试和分裂拉伸进行了电液伺服控制的机器产能2000 kN,呈现在图4。获得的载荷和位移的标本的数据通过计算机控制的自动测试系统,和负载的速度可以有效地控制。加载过程遵循国家标准(GB / t50081 - 2002) [25]。压缩和分裂的恒加载速率拉伸测试为0.5 MPa / s和0.05 MPa / s,分别。


图4
测试设置。

3所示。测试结果

3.1。混凝土的和易性混合物

混凝土的工作性测试十八混合物基本上是好的。混凝土混合物的最优结果,大多数衰退40∼80毫米的范围内。衰退的混凝土混合物如表所示2和图5。

表2
混凝土混合物的衰退(单位:毫米)。

图5
混凝土混合物的衰退。

它可以看到从图直观地5,随着钢纤维含量的增加,混合测试的衰退显示基本上呈下降趋势。钢纤维含量达到1.5%时,流动性有很大的下降,特别是在第三组。流动性进一步添加nanosilica之后牺牲了。nanosilica含量达到2%时,所有的混凝土混合物的流动性三组不超过30毫米。在第三组,流动性变得更糟,因为橡胶含量就越高。

3.2。抗压和分裂拉伸优势

计算每组的强度结果从三个测试样本的平均测试结果。表3介绍了抗压强度的标本7 d和14岁的d。样品的测试结果在28 d表中列出的优势4。

表3
试样的抗压强度的测试结果7 d和14 d(单位:MPa)。
表4
结果标本的抗压和抗拉强度测试分割在28 d(单位:MPa)。

根据表3,有一种普遍的改进修改CRC的早期抗压强度。测试结果表明,添加钢纤维可以显著提高CRC的优势在相同水胶比下,见表3和4。三组一致的结果。在此基础上,nanosilica可以进一步加强优势在第一个面包屑橡胶含量为5%时两组。的优势相比,第三组减少SFNS-CRC与CRC钢纤维含量为1%。然而,CRC的优势仍高于面包屑橡胶含量为10%。

3.3。失败的模式

一定规律的失效模式提出了增加钢纤维和nanosilica内容后材料性能的测试。在这里,选择从第一个基本组标本6混凝土混合物和典型损伤测试数据集的形状如图6和7,分别。注意,这些照片是随机选择从一个每组的三个数据集。

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图6
典型的损伤混凝土立方体抗压测试后的形状。(一)SF0;(b) SF0.5;(c) SF1.0;(d) SF1.5;(e) SF1NS1;SF1NS2 (f)。
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图7
典型破坏形状分割后的混凝土立方体强度测试。(一)SF0;(b) SF0.5;(c) SF1.0;(d) SF1.5;(e) SF1NS1;SF1NS2 (f)。

CRC橡胶含量为5%的典型失效模式后抗压测试如图6(一)。有几个穿透裂缝CRC,对样本严重受损的一部分。承载力时,碎片从CRC样品破裂,虽然有不破裂的碎片后者修改组。在加载过程中,钢纤维中添加CRC越多,裂缝出现和传播慢。从图可以看出6 (b)CRC 0.5钢纤维的失效模式内容有所改善。此外,随着钢纤维内容,可以看到多个微裂隙,没有致命的穿透裂纹出现损害发生时,如图6 (c)和6 (d)。SFNS-CRC样本保持完整性和微裂隙均匀分布。裂缝的宽度变得更薄,有几乎没有任何大的裂缝,如图6 (e)。SFNS-CRC样品的损伤情况与2% nanosilica内容更好,如图6 (f)。

分裂的拉伸测试,负载应用到标本的上下表面的中间通过两个弯钢垫片。裂纹首先出现在底部和顶部的所有测试数据集,然后,裂缝逐渐发达。从图可以看出7(一)垂直裂纹穿过整个高度的标本,标本分成一半。骨折损伤发生突然没有信号,伴随着一声巨响,表现出明显的脆性破坏,而这种情况已经大大改善了钢纤维的掺入。所有的剩余标本没有损害发生时分离成两部分。这是因为当混凝土失效和钢纤维的张力。车祸钢纤维的断裂可以听到的声音加载的后期。此外,随着钢纤维内容,更多的微裂隙出现,花了更多的时间进行加载的过程和损害。此外,微裂隙减少,致命的裂缝穿过标本变成多个短裂纹的最后两个包含nanosilica标本。

4所示。讨论

4.1。钢纤维含量的影响

抗压强度的测试结果显示,第一个修改CRC集团(C35CR5)为0.5%,1.0%,和1.5%钢纤维含量增加到10.59%,15.25%,和3.36%,分别在分裂的生长速率拉伸的13.79%,68.97%,和51.72%,分别。后者两组(C45CR5和C45CR10)显示相对稳定的趋势。图8显示了钢纤维对优势的影响在三个基本CRC组。

(一)
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(b)
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图8
钢纤维的影响(a)抗压和(b)分裂拉伸优势。

钢纤维含量增加,抗压强度逐渐增加,除了钢纤维的含量达到1.5%时,和第一(C35CR5)和第三组(C45CR10)显示出下降的趋势,如图8(一个)。这是由于钢纤维的简单球团在混合过程中会议高剂量时,减少钢纤维均匀分布的数量。因此,测试结果未能显示出最优性能。同样,如图8 (b),由于钢纤维的分布不均,有轻微差异对分割的影响钢纤维含量为1.5%时抗拉强度。此外,将抗拉强度显示稳步提升以及钢纤维含量增加。

通过比较前两组(C35CR5和C45CR5),结论:钢纤维的增强作用的抗压和分裂拉伸优势是更重要的在低强度相同的CRC面包屑橡胶内容也可以。

此外,通过比较后者两组(C45CR5和C45CR10),分裂混凝土的抗拉强度与橡胶含量成反比关系。行第三组(C45CR10)提升,然后大约保持稳定,证明钢纤维含量的变化(> 0.5%)的分裂抗拉强度几乎没有影响CRC面包屑橡胶为10%。

此外,行三组的最大斜率时,钢纤维含量从0.5%到1.0%不等。这也证明,最有效的力量改善钢纤维含量为1.0%。因此,修改后的CRC 1.0%钢纤维含量相对较高的压缩和拉伸分裂力量。

4.2。Nanosilica内容的影响

如前所述,钢纤维的最佳掺量为1.0%。图9显示的效果nanosilica优势的三个SFNS-CRC组当钢纤维含量为1.0%。另外,修改的CRC的优势在图的三组明显9。修改的效果是显而易见的优势以来SFNS-CRC远高于CRC。

(一)
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图9
nanosilica的影响(a)抗压和(b)分裂拉伸优势。

从图可以看出9(一个)的抗压强度SFNS-CRC前两组改善nanosilica增加内容。在图9 (b)第一组表现出稳定增长,增加nanosilica内容。相反,抗压和分裂第三组的抗拉强度显示一个向下的趋势。此外,第二组的分裂抗拉强度只减少了2% nanosilica内容。如前所述,自第三组的和易性不是很好,必须有一些注入缺陷在第三组,减少钢纤维均匀分布的数量。因此,橡胶含量达到10%时,修改并没有出现。它可以得出结论,修改CRC的抗压和分裂拉伸优势加强nanosilica更有效时,面包屑橡胶含量为5%。

4.3。SFNS-CRC失效机理

典型的损伤情况的标本不同钢纤维和nanosilica内容明显不同。CRC的钢纤维混合样本越多,越好方块保持完整性损害发生时。致命的穿透裂纹变成多个微裂隙对混凝土均匀分布。测试样品的损坏情况添加nanosilica之后变得更好。

面包屑橡胶的作用在我们之前的研究中研究了CRC (26]。这里,钢纤维承担力,也可以被看作是均匀分布的输电CRC元素,就像钢筋混凝土中钢筋的作用。钢纤维使应力再分配发生,确保均匀力CRC。债券的混凝土和钢纤维有助于提高变形性能,和快速断裂损伤是推迟。脆性破坏模式是减轻和变化为韧性。因此,CRC的延性增加钢纤维含量显著提高。

相反,有许多的毛孔CRC,因为面包屑橡胶的疏水性。nanosilica有两个正面的影响。它可以填补这个洞或细化毛孔的大小使CRC更密集的物理学。此外,由于nanosilica的火山灰活性,化学反应的产品,也就是说,硅酸钙水合物(C-S-H凝胶),可以致密骨料和水泥基体之间的界面过渡区。因此,CRC的noncompactness nanosilica可以有效地提高,同时提高钢纤维的效率。面包屑橡胶的综合效应,钢纤维,和nanosilica抵抗裂缝的进一步传播和聚结,确保标本的完整性。

因此,基于失效机理分析,机械性能的强化机制。CRC的抗压和分裂拉伸优势增强使用钢纤维和nanosilica作为添加剂。改善钢纤维改性CRC的分裂抗拉强度更明显,而nanosilica在抗压性能的提高起着重要的作用。修改后的效果可以达到一个最优的结果一起使用这两种添加剂时的最优数量。

5。结论

钢纤维和nanosilica首次引入CRC一起完成修改压缩和分裂抗拉强度。材料特性的十八混凝土混合物进行了测试。不同混凝土强度等级、橡胶内容、钢纤维,nanosilica内容被认为是。可以得出以下结论:(1)CRC的失效模式可以添加钢纤维和nanosilica后得到改善。测试样品保持完整性损害发生时。致命的穿透裂纹变成多个微裂隙在混凝土表面均匀分布。(2)CRC的抗压和分裂拉伸优势增强使用钢纤维和nanosilica作为添加剂。改善钢纤维改性CRC的分裂抗拉强度更明显,而nanosilica在抗压性能的提高起着重要的作用。(3)钢纤维可以视为均匀分布输电元素CRC,和修改CRC的延性显著改善。随着钢纤维含量的增加,抗压和分裂抗拉强度逐渐增强。更重要的是,修改后的CRC 1.0%钢纤维含量相对较高的压缩和拉伸分裂力量。此外,较低的CRC的抗压强度,钢纤维的改性效果越好。(4)CRC的noncompactness nanosilica可以有效地提高,同时提高钢纤维的效率。此外,nanosilica可以进一步加强的抗压和分裂抗拉强度修改CRC当橡胶含量为5%。负面,SFNS-CRC的流动性可能会进一步牺牲nanosilica增加内容。

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。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢河南省重点科研项目(18 a560022)和大学生创新创业计划(32650007)提供的资金开展实验工作。特别感谢将Mingxin田,杨朱、陈Rongya,张道,Xinzhe王为他们参与这个项目。