文摘

粉煤灰(FA)设计的一个重要成分胶结复合(ECC)具有优良的拉伸应变能力和多个开裂。不幸的是,ECC的抗寒性与大容量足总一直是一个问题。论述了硅灰的影响(SF)和磨细高炉矿渣(矿渣微粉)ECC的抗寒性与高容量足总。四个ECC混合物,ECC (50% FA), ECC (70% FA), ECC (SL FA 30% + 40%),和ECC(科幻FA 65% + 5%),评估通过冻融循环200次自来水和氯化钠溶液。结果显示相对动态弹性模量和质量损失的ECC氯化钠溶液中冻融循环比自来水更大的冻融循环。此外,相对动弹性模量和质量损失的ECC冻融循环增加与FA内容增加。然而,选举投诉委员会(SL FA 30% + 40%)显示了一个相对较低的动态弹性模量和质量损失,但其偏转在四点弯曲试验是相对较小的冻融循环前后。相比之下,选举投诉委员会(科幻FA 65% + 5%)表现出一个重要的挠度增加更高的开裂荷载,和冻融循环后的韧性急剧增加,这意味着ECC具有良好韧性的财产。

1。介绍

近年来,高性能胶结(HPC)材料的发展,包括高强度低的混凝土water-cementitious材料比,和高性能纤维增强复合材料胶结(HPFRC)有显著的进步。绿色混凝土更环保,因为它包含矿物掺合料的增加内容和副产品。根据全球可持续发展、绿色高性能胶结材料(GHPC)是发达国家在过去的几年中1- - - - - -3]。使用不同的矿物掺合料部分取代水泥是重要的4- - - - - -6),因为它有可能减少污染的工业副产品和温室气体7]。

工程胶结复合(ECC)具有高延性和韧性剪切和张力加载。最大拉应变超过3%当添加2 vol. %纤维通过微机械设计(8- - - - - -10]。因为粗骨料影响纤维的分布和削弱了在普通混凝土界面过渡区,可以大大提高混凝土的脆性运用ECC没有粗骨料(11]。此外,ECC很有能力控制裂缝宽度,和它有很多的应用,如混凝土承重结构,核心筒复合机场跑道和桥甲板,但是ECC的高强度和延性仍强调[12- - - - - -14]。众所周知,每吨水泥生产生成等量的二氧化碳,负责全球温室气体排放的5%由人类活动(15]。因此,在全球可持续发展的观点,必须发展绿色ECC的水泥被补充胶结材料(SCM)部分。尽管ECC的强度随FA、延性和韧性大大提高。此外,水化热及成本降低,因为FA取代部分水泥(5,16]。

在寒冷地区,混凝土必须每年有许多冻融循环。因此,冻融循环破坏的主要因素是寒冷地区的混凝土结构(17]。更严重的是,为了保证安全驾驶,撒除冰盐已进一步降低了混凝土的使用寿命。(18]。Yun和Rokugo19]证明了上述冻融循环损伤的影响以及加强纤维组合抗弯性能及开裂过程的DFRCC移动标本。刘等人。20.)集中在工程耐久性研究胶结复合硫酸盐和氯环境下(ECC)。高强度混凝土的冻融耐久性研究了除冰盐暴露下刘和汉森21]。抗弯冲击性能、冻融和防冰抗盐性研究了钢纤维增强混凝土的Zhang et al。22]。显然,有必要研究ECC的抗寒性与高粉煤灰暴露于自来水和氯化钠溶液在冻融循环。

然而,ECC的抗寒性与高容量的粉煤灰混合并不理想。Ozbay et al。23)报道,增加70 wt. % FA替换内容观察加剧恶化的ECC混合物由冻融循环造成的。穆斯塔法的测试结果等。24)也显示减少残余、物理和力学性能与越来越多的冻融循环相对更多的ECC混合物与70 wt. % FA比ECC混合物55 wt. % FA,总胶结材料的重量。,值得注意的是,只有单一的补充胶结材料(SCM)在他们的工作。

矿渣微粉是一种替代胶结材料由于其可用性在生产混凝土和multiperformance混凝土。矿渣微粉混凝土提供了优势,低渗透性、高硫酸盐和耐酸性,长期强度和较低的水化热25]。硅灰是一种超细二氧化硅的无定形粉末的火山灰效应带来了水泥颗粒之间的空间形成密实混凝土矩阵和界面过渡区(ITZ);这将增加抗压强度和降低混凝土的渗透性26- - - - - -28]。因此,在视图的优点矿渣微粉和硅灰,预计ECC的抗寒性和力学性能与大量的粉煤灰提高了一定量的矿渣微粉和硅灰取代粉煤灰。和我们所知,抗寒性的尝试改善粉煤灰的ECC与高容量二进制补充胶结材料(scm)缺乏。尽管张先生和李(29日)调查的耐久性混凝土复合,与聚丙烯纤维,含有粉煤灰和硅灰、粉煤灰的更替水平仅仅是15%,总胶结材料的重量。

在这个工作,为了给ECC抗寒性好,ECC和50个wt. % FA, 70 wt. % FA, 30 wt. % FA + 40 wt. %矿渣微粉,和65年wt. % FA + 5 wt. %科幻设计。实验测试是测量质量的变化和相对动弹性模量和残余抗压和抗弯性能的ECC标本暴露在自来水和氯化钠溶液在冻融循环到200。此外,不同冻融循环后的四点弯曲试验是检查。

2。实验部分

2.1。材料和混合比例

在这项研究中,使用的原料生产的ECC混合物包括P·O 42.5硅酸盐水泥(PC)、粉煤灰(FA)、磨细高炉矿渣(矿渣微粉),硅灰(SF)和微粒硅砂平均晶粒尺寸和模量150和2.01,分别、水、聚乙烯醇(PVA)纤维和强塑剂。物理性质和化学成分的PC和足总表中列出1。PVA纤维8毫米的长度与直径39 。PVA纤维的抗拉强度和密度是1600 MPa和1300公斤/米³,分别。表中给出的混合比例2。ECC混合物含有50 wt. % 70 wt. % FA,和30 wt. % 40 wt. FA + %矿渣微粉和65年wt. % FA + 5 wt. %科幻(总胶结材料的重量)作为替代水泥的准备。粘结剂的水比(W / B)被固定在0.25。

2.2。混合物和样品制备

加水之前,所有的固体成分,包括电脑、FA、矿渣微粉,科幻小说,和沙子,首先混合2分钟。然后,水和强塑剂添加到干燥的混合物,混合了2分钟。PVA纤维慢慢加入砂浆和混合,直到所有纤维均匀分布。ECC混合物会被转换为模具和demolded后24 h。ECC标本是28天治愈在标准养护室温度和相对湿度(RH) 20±0.5°C和95±5%,然后,分别在ECC标本进行冻融试验被水浸透的治疗。对于每个ECC组合,推出餐盘状标本12毫米×40毫米×320毫米用于进行四点弯曲试验。棱镜标本160 mm×40毫米×40毫米准备抗压强度和弯曲强度,分别。

2.3。耐冻性测试过程

一个冻融试验装置满足ASTM C666过程用于测试需求。标本的100 mm×100 mm×400 mm准备测试的质量和相对动弹性模量的损失,和标本12毫米×40毫米×320毫米准备测试ECC的韧性。200年的所有标本受到冻融周期,其中包括5∼6冻融周期在24小时内。标本被移除后28天的维护标准养护室;然后是淹没在自来水为3天;最后是测试下冻融处理的自来水或3%氯化钠溶液(以质量计)。一定数量的冻融循环后,质量和相对动弹性模量的损失是检查,氯化钠溶液和自来水恢复;抗压强度、抗弯强度和韧性得到了ECC的。

每个组合的抗弯强度和抗压强度测量根据GB / T 17671 - 1999。样本的大小是40毫米×40毫米×160毫米的弯曲强度测试。平均每个组合的三个标本被报道的结果后的挠曲强度进行了三点弯曲试验的加载速率50 N / s。六个破碎的样本被用来测量抗压强度与加载速率为1.5 kN / s弯曲测试后。6个样品的平均值为每一个混合物抗压强度测试报告。

如图1四点弯曲试验是进行位移控制加载速率的1.0毫米/分钟。第一开裂荷载、简行为和韧性可以从这个测试获得。

3所示。结果与讨论

3.1。相对动态弹性模量和质量损失

相对动态弹性模量和冻融循环后质量损失进行评估抗霜胶结复合材料的性能。数据2(一个)和2 (b)显示动态模量的变化和大规模的样本,分别。在图2,动态控制砂浆的弹性模量降低23.4%后75冻融周期自来水(化学),并在100年减少45.73%水冻融循环(化学),表明样本的内部大大受到冻融循环。相比之下,所有的ECC的动态弹性模基本上是不变的,和他们的群众略有增加。这可以解释如下:空气含量的测量结果表明,空气新鲜内容控制砂浆,ECC (50% FA), ECC (70% FA), ECC (SL FA 30% + 40%),和ECC(科幻FA 65% + 5%), 3.0%, 7.3%, 7.7%, 8.0%,和7.5%,分别。即掺入纤维砂浆矩阵将欺骗更多的气泡,毛孔的ECC的数量高于控制砂浆和毛孔可以减轻压力由于冻融循环,改善ECC的抗寒性。此外,它更有利于不断水化ECC在水中,导致质量的ECC的缓慢增长。

200年之后的水化学周期,ECC (50% FA)的动态弹性模量降低了1.79%,和它的质量增加0.30%;ECC (70% FA)的动态弹性模量降低了7.74%,和它的质量减少了0.50%。显然,随着FA内容,ECC的抗寒性恶化,降低强度,因为增加的添加剂相关数量的足总。然而,ECC的动态弹性模量(SL FA 30% + 40%)增加了0.57%,和它的质量增加0.80%;ECC的动态弹性模量(科幻FA 65% + 5%)下降了5.74%,和它的质量增加0.66%。发现ECC (SL FA 30% + 40%)和ECC(科幻FA 65% + 5%)显示更好的抗寒性与ECC (70% FA)。这是由于矿渣微粉和科幻贡献力量改善ECC (70% FA)。详细讨论了ECC的优势可以在部分3.2和3.3。

数据3(一个)和3 (b)显示动态弹性模量的变化和标本的质量在氯化钠溶液中冻融后,分别。控制砂浆的质量降低5.84%后75冻融周期(化学),和动态弹性模量降低了40%。因此,控制砂浆是不可用的。对所有相关化学循环的ECC氯化钠溶液,其动态弹性模量和质量发展与化学周期类似的自来水。然而,氯化钠溶液的破坏性影响的动态弹性模量和质量与自来水比这更严重。这是由于这样的事实,当接触氯化钠溶液中,氯离子之间的化学反应和水泥水化产品创建扩展组件,导致裂纹ECC混合物的形成。裂缝ECC混合物使氯离子渗透的内部结构,进一步加速恶化[30.,31日]。

3.2。ECC的压缩行为

数据4(一)和4 (b)显示抗压强度受到冻融循环(化学)在自来水和盐溶液,分别。冻融的影响(化学)周期ECC和控制砂浆从图就是显而易见的4。抗压强度的降低是明显的,特别是试样在盐溶液化学循环,因为在盐溶液在标本严重受损。控制砂浆的抗压强度降低了47.3%的自来水在盐溶液和76.2% 100冻融循环(化学);因此,控制砂浆是不可用的,因为100年冻融循环后的严重损害。此外,在自来水200化学周期后,ECC (50% FA)的抗压强度下降18.0%;ECC (70% FA)的抗压强度下降27.2%;抗压强度的ECC (SL FA 30% + 40%)减少21.4%;的抗压强度和ECC(科幻FA 65% + 5%)减少了27.9%。所有化学循环的ECC盐溶液,其抗压强度发展与化学周期类似的自来水。显然,无论是在自来水或盐溶液,ECC样本显示更少的损失比控制砂浆抗压强度后冻融循环。

3.3。ECC的弯曲行为

数据5(一个)和5 (b)冻融循环显示样品的抗弯强度的自来水和盐的解决方案。分别。冻融的影响(化学)周期ECC的挠曲强度和控制砂浆可以清楚地看到从图5。控制砂浆的挠曲强度减少57.1%的自来水在盐溶液和70.0% 100冻融循环(化学);因此,控制砂浆是不可用的,因为100年冻融循环后的严重损害。类似于抗压强度,它也显示了ECC的优越的挠曲强度。提出了如下的原因。(1)ECC的抗寒性远比控制由于PVA纤维混合,和冻融循环对ECC的力量并没有严重的影响。(2)PVA纤维的加入大大提高抗弯强度的ECC的遮蔽作用PVA纤维。

在冻融循环(化学)之前,可以看到从图5(一个),英足总含量进一步增加从50 wt. % 70 wt. %,从19.2 MPa ECC的抗弯强度降低到17.1 MPa。然而,ECC的抗弯强度(SL FA 30% + 40%)和ECC(科幻FA 65% + 5%)比ECC (70% FA)因为矿渣微粉和科幻小说。虽然挠曲强度随冻融循环的数量增加而降低,尤其是标本受到化学周期在盐溶液,ECC (SL FA 30% + 40%)和ECC(科幻FA 65% + 5%)仍然显示更高的抗弯强度与ECC (70% FA)。此外,ECC的抗弯强度(SL FA 30% + 40%)高于ECC(科幻FA 65% + 5%) 200次冻融循环后的自来水和盐的解决方案。

相对于其他的结果(32),其中一个原因相对较低的抗压强度和抗弯强度的ECC后化学周期可能归因于ECC标本的大小的影响。小样本大小导致更严重的损伤效应(33]。然而,作为对比测试的结果在不同的ECC混合,结论仍然是值得信赖的。

3.4。ECC的韧性行为

韧性是材料吸收能量的能力和可塑性变形而不破裂。ECC混合物的韧性可以被定义为抵抗骨折时强调。韧性可以确定通过集成应力-应变曲线。它是机械变形前的单位体积的能量骨折。强度和延性和韧性要求平衡(34]。数据6(一)和6 (b)显示的载荷挠度曲线ECC (50% FA)冻融循环在自来水和氯化钠溶液,分别。相应的韧性是显示在图6 (c)。

从数据6(一)和6 (b),第一个开裂荷载下降和最大挠度随越来越多的化学循环在自来水和氯化钠溶液。图6(一)显示了ECC的载荷挠度曲线与不同的化学周期(50% FA)自来水。化学循环之前,首先开裂荷载和偏转284 N和7.59毫米,分别。第一开裂荷载减少到192 N和200年之后的最大挠度增加到18.50毫米化学周期自来水。显然,化学周期产生破坏性影响的强度ECC (50% FA)但有助于其延性。此外,第一个开裂荷载减少137 N和最大挠度增加到16.51毫米200年后在氯化钠溶液化学周期。发现第一氯化钠的开裂载荷远低于自来水,表明冻融作用更为重要的失败ECC (FA 50%)相比,除冰盐的作用。然而,只有小区别的延性ECC (FA) 50%氯化钠和自来水。从图6 (c),韧性略有降低,然后增加在氯化钠溶液化学的循环次数,并不断增加的相关化学周期自来水。200化学周期后,自来水的韧性是4823.5 J高于3656.6的韧性在氯化钠溶液,表明化学周期自来水中有利于发展的韧性与氯化钠溶液。

数据7(一)和7 (b)显示的载荷挠度曲线ECC (70% FA)冻融循环在自来水和氯化钠溶液,分别。相应的韧性是显示在图7 (c)。从数据7(一)和7 (b),第一个开裂荷载的ECC (FA 70%)显著降低比ECC (50% FA) 200年之后化学周期。例如,第一个开裂荷载减少到71 N 200年后在氯化钠溶液化学周期。这首先开裂荷载值太降低用于实际工程。然而,ECC的最大挠度(70% FA)显示了3∼4毫米的进一步增加比ECC (50% FA)在自来水和氯化钠溶液中,表现出良好的延性有明显优势的应用程序。FA ECC的重大贡献改善延性,这是由于减少PVA纤维/基体界面化学键和矩阵的韧性和界面摩擦的增加债券(35]。从图7 (c)ECC (70% FA)的韧性降低不断在氯化钠溶液化学的循环次数,和最低韧性低至2034.5 J。此外,增加其韧性相当疲弱的增长在氯化钠溶液化学的循环次数,表明穷人韧性属性。

为了提高强度和耐久性的ECC大量粉煤灰、矿渣微粉和科幻小说被添加到ECC (FA) 70%,矿渣微粉和科幻小说被用作ECC-FA混合物的成分,和更替水平30 wt. % 5 wt. %,分别占总胶结材料的重量。ECC的韧性行为(SL FA 30% + 40%)和ECC(科幻FA 65% + 5%),讨论了如下所示的细节。

数据8(一个)和8 (b)显示的载荷挠度曲线ECC (FA 30% + 40% SL)冻融循环在自来水和氯化钠溶液,分别。相应的韧性是显示在图8 (c)。从数据8(一个)和8 (b),第一个开裂荷载的ECC (SL FA 30% + 40%)略高于ECC (50% FA) 200年之后化学周期。例如,第一个破解负载的增加从137 N和71 N的ECC (50% FA)和ECC (70% FA) 150 N的ECC (SL FA 30% + 40%)在200年之后在氯化钠溶液化学周期。然而,ECC的最大挠度(SL FA 30% + 40%)低于ECC (50% FA)。在氯化钠溶液中,200化学周期后的最大挠度ECC (SL FA 30% + 40%)相比减少约24%的ECC (50% FA)和ECC的相比减少40% (70% FA)。显然,增加强度的ECC (SL FA 30% + 40%)增加矿渣微粉是基于延性的牺牲。此外,ECC的韧性(SL FA 30% + 40%)降低,但不表现出不同的变化与氯化钠溶液中化学循环的数量。

数据9(一个)和9 (b)显示的载荷挠度曲线ECC (FA 65% + 5%科幻)冻融循环在自来水和氯化钠溶液,分别。相应的韧性是显示在图9 (c)。从数据9(一个)和9 (b)化学循环之前,第一个开裂荷载和偏转220 N和8.86毫米,分别。第一开裂荷载减少161 N和最大挠度增加到25.75毫米200化学周期后的自来水。此外,第一个开裂荷载减少到115 N和200年之后的最大挠度增加到28.19毫米化学周期在氯化钠溶液。化学的循环次数的增加,第一个破解负载减少,但挠度值和韧性保持增加。此外,初始裂纹负载稳定在一定的范围内波动。ECC的最大挠度(科幻FA 65% + 5%) 200年之后化学周期是3次化学周期之前,表现出杰出的延性。此外,氯化钠溶液,例如,第一个破解负载的增加从71 N的ECC (70% FA) 115 N的ECC(科幻FA 65% + 5%) 200年之后化学周期,和增长率增加到38.3%。此外,ECC的韧性(科幻FA 65% + 5%)与化学的循环次数不断增加在自来水和氯化钠溶液。这是非常有利于其应用程序的性能。因此,不难得出结论,ECC(科幻FA 65% + 5%)具有良好的耐冻性更好的强度和耐用性,这是一个有前途的ECC混合物的韧性材料是最重要的设计参数。

4所示。结论

以下结论一直强调的研究:(1)最大挠度增加明显当FA内容增加从50 wt. % 70 wt. % ECC混合物,但抗压强度和开裂荷载已经急剧下降。然而,矿渣微粉和科幻小说明显改善与粉煤灰的ECC的机械性能。例如,抗压强度、抗弯强度和第一开裂荷载的ECC (SL FA 30% + 40%)高于ECC (50% FA)。值得注意的是,上述力学性能的ECC(科幻FA 65% + 5%)类似于ECC (70% FA)。(2)结果损失的抗压强度,弯曲强度,相对动弹性模量和质量控制砂浆演示控制砂浆不能承受100次冻融循环的行为。相比之下,四个ECC混合比控制砂浆更好的耐冻性。冻融过程中,氯化钠溶液的破坏性影响ECC和控制砂浆比自来水更明显。(3)基于相对动弹性模量、质量损失,与韧性的变化在冻融循环下,ECC (SL FA 30% + 40%)相比,显示了更好的耐冻性ECC (50% FA)和ECC FA(70%),而ECC的抗寒性(科幻FA 65% + 5%)比ECC的FA (70%)。200年之后化学周期,ECC的最大挠度(70% FA)是3次化学周期之前,表现出良好的延性。

此外,如何提高抗寒性的ECC在服务环境中除冰盐应该是一个重要的研究任务,在不久的将来。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。51578193)。