文摘
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维废物塑料瓶是一种环保纤维,可以改善湿拌喷射混凝土的力学性能。本文的主要目的是探讨PET纤维的影响参数对泵送能力,shootability,湿拌喷射混凝土的力学性能。为此,基于三因素三水平的正交试验。宽度、长度和内容的宠物纤维被选为实验变量。湿拌的测试由PET纤维进行了喷射混凝土加固,以及性能测试等衰退,压降,累积厚度、抗压强度、劈裂强度。结果显示喷射混凝土性能的变化趋势与增加宠物纤维参数(宽度、长度和内容)。根据正交试验,测定PET纤维参数(1毫米宽,20毫米长度,和5公斤/米3内容)。此外,经济衰退和可泵性之间的关系和shootability探索,以及可泵性之间的关系,shootability和机械性能。发现压降和抗压强度最强的负线性关系在所有拟合关系。我们希望本研究可以提供应用程序的有用信息的湿拌喷射混凝土与宠物混合纤维。
1。介绍
喷射混凝土技术是广泛使用在维修行业,地下的支持,边坡稳定,在某些地区,很难达到与常规混凝土(1- - - - - -5]。在一些工程应用程序中,喷射混凝土遭受的来自周围环境的压力,如采矿巷道的围岩。这种压力可能会导致混凝土裂缝的矩阵。此外,水分蒸发所造成的损失也会产生塑性收缩开裂的机会(6- - - - - -8]。减轻混凝土开裂的最有效的方法是加强与纤维喷射混凝土。随机分布的纤维在混凝土提供桥接部队裂缝,从而提高混凝土强度(9- - - - - -12]。到目前为止,不同类型的纤维被用于钢筋混凝土。这些分为合成纤维和天然纤维。
今天所使用的所有纤维,废聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维被认为环保纤维。聚酯纤维是由等回收PET瓶瓶饮料。他们已经被证明能够有效地减少收缩和提高混凝土的延性13- - - - - -17]。最近,使用这些废料的环境效益将鼓励工程师们使用他们在喷射混凝土等工程结构支持(18]。PET塑料纤维的应用不仅减轻了环境污染,也在一定程度上改善了混凝土的性能。钢筋混凝土与PET纤维一直积极研究建设项目。
有两个生产PET纤维的方法。一种方法是减少宠物瓶用手或使用机械切割设备(11,13,19];另一种是融化的PET瓶,然后把它们到单丝的挤出机(15,20.- - - - - -23]。PET纤维的性能,如物理、化学和机械特性,影响混凝土配筋。在文学研究11,19),PET纤维的性质和DSC分析方法研究了6瓶不同品牌进行探索的相似之处的热行为PET瓶样品;红外光谱分析确定结构状态和聚酯纤维的均匀性;聚酯纤维的张力测试是通过将纤维沿纵向方向。结果表明,所有宠物样品基本上呈现相同的频谱;只有轻微的差异观察DSC热分析图;抗拉强度有轻微的变化从一个样本到另一个(范围:108±15 MPa)。可以得出的结论是,宠物纤维从各种塑料瓶几乎有类似的字符。
文学研究表明[17,24),使用宠物纤维可以提高混凝土混合料的机械性能。Foti [19]研究了层状和环状宠物纤维对混凝土延性的影响;结果表明,特殊的环形状结合了混凝土裂缝的两边。因此,添加少量的环形PET纤维对混凝土的韧性可以产生巨大的影响力混合物。Irwan et al。17)发现,聚酯纤维混合混凝土提高了分割的抗拉强度和抗压强度。Fadhil和Yaseen25)报道,与素混凝土相比,混凝土的断裂强度和耐冲击面板与PET纤维混合增加了34.27%和157.14%,分别。此外,宠物纤维通常是添加到沥青混合料和沥青,和结果表明,增加宠物纤维增加了抗永久变形和发情的衬底(14,26- - - - - -28]。哈立德et al。29日聚酯纤维)调查了撤军的优势具体矩阵进行分裂拉伸和撤离测试;作者发现,大容量聚酯纤维的掺入激活失败的耐药机制,从而提高混凝土的抗拉强度;也发现环形PET纤维表现好于形状不规则的宠物。Juhasz et al。30.,31日)表示,纤维长度的纤维增强混凝土中发挥了关键作用。作者发现撤军强度增加,当增加嵌入纤维的长度。撤军的强度也与表面摩擦和纤维与混凝土之间的界面结合能矩阵(32- - - - - -34]。
相反,Irwan et al。35)引入不同量的PET纤维(0%,0.5%,1.0%,和1.5%)成具体的标本,发现PET纤维的加入显著减少分裂抗拉和抗压强度。幸运的是,抗压强度降低宠物纤维仍在可接受的范围内。金等。36)还表示,抗压强度和弹性模量都随着PET纤维体积分数的增加而减少混凝土混合物。
除了上述研究,很少有研究进行PET纤维在湿拌喷射混凝土中的应用。湿拌喷射混凝土可以改善地下巷道的围岩的稳定性,减少煤矿尘肺病等灾害,屋顶倒塌,等等37- - - - - -53]。具体来说,湿拌喷射混凝土的可泵性和shootability强化了PET纤维很少报道。执行本研究调查的影响和易性(即PET纤维几何和内容。衰退,压降和累积厚度)和力学性能(即。,湿拌喷射混凝土的抗压强度和劈裂强度)。累积厚度是指混凝土的最大厚度喷在墙上没有跌落的过程中喷洒新鲜混凝土。的可能性发展与健康的另一种纤维材料,环保品质估计。此外,用正交试验来确定最佳的宠物纤维参数。人们希望开发一种湿拌PET纤维喷射混凝土加固的足够的可加工性和机制来满足在矿井巷道喷射混凝土的标准支持。
2。实验程序
2.1。材料
PO.42.5普通硅酸盐水泥(OPC)使用3100厘米的细度2/ g和3.14的比重。水泥的主要化学成分包括57.6%曹、SiO 19.5%2,6.45%的2O3,3.08%的铁2O3,2.01%3,分别以1.3%。
粉碎石灰石作为粗骨料最大大小为10毫米。细集料是天然河沙。粉碎的细度模石灰岩和砂分别为5.70和2.66,分别。碎石灰和沙子的具体特点分别为2.67和2.61,分别。粗和细骨料的吸水率被认为是正确的用水量。图1显示了罚款和粗骨料的级配曲线,符合国家标准的要求gb50086 - 2001 (Bolt-Shotcrete支持规范)。引入一个WT-N1-type无碱液态加速器湿拌喷射混凝土改善shootability。提出了加速器的物理性质表1。表1和图1从刘et al。(转载12]。
2.2。PET纤维
通过减少浪费的PET纤维PET瓶,如图2。纤维尺寸是1毫米,2毫米,3毫米,宽10毫米,20毫米,30毫米的长度。聚酯纤维是0.34毫米的厚度。为了确保实验变量的一致性,PET纤维从同一类型瓶崂山矿泉水瓶子。根据前面的实验11,13,17),杨氏模量是3830±47 MPa,抗拉强度108 MPa,计算结晶度23±1%。
2.3。混合物组成和测试
本研究中使用的基本的混合比例是固定在水泥、水和粗和细骨料。但是宠物纤维是变量的内容(5、7、9公斤/米3)。表2列出湿拌喷射混凝土的混合比例。请注意,本研究中使用的混合比例是基于实际实验和文学研究[12,13,54,55]。
田口方法(我们称为“正交试验”)是应用流程优化技术寻求PET纤维的最佳参数。田口方法是由Genichi田口方法在1950年代(56),它使用正交数组从实验设计理论研究大量的变量与少量的测试。为了全面分析PET纤维参数对泵送能力的影响,shootability,湿拌喷射混凝土的淬透性,影响的长度,宽度,和内容的宠物纤维在衰退,压降,累积厚度、抗压强度、分裂湿拌喷射混凝土的抗拉强度进行了这项研究。表3列出了在这项研究中,使用的变量和水平和表4给出了L9(34)对田口正交阵列的方法。L9(34)正交阵列意味着9个实验需要和可以观察到的四个变量。因为只有三个变量(长度、宽度和内容)在我们的实验中,根据正交试验设计的原理,添加了一个空白列满足信用证的要求9(34)正交数组。
2.4。测试的可泵性,Shootability和机械性能
新浇混凝土的可泵性意味着混凝土混合物可以在没有堵塞的管道流动(57- - - - - -59];Shootability被视为新浇混凝土的能力与合适的凝聚力和粘附[喷59- - - - - -61年]。衰退的值可以反映出这两个能力的新鲜混凝土。相对较大的衰退和小压降隐含的良好的可泵性;相对较低的衰退和大shootability累积厚度可能意味着好。虽然反弹率可以表达具体的拍摄能力,鉴于以前的文学研究[62年,63年)报道,纤维几何或纤维质量没有显著影响反弹率,我们没有进行湿拌喷射混凝土的回弹实验与PET纤维混合。因此,只有衰退和累积厚度测试shootability进行估计。
衰退测试后进行搅拌混凝土混合泵附近。双柱塞泵(模型:SPB7-T)是用来进行湿拌喷射混凝土的测试。最大泵送流量达到7米3/小时。液压系统的额定压力的双泵16 MPa。压力传感器安装在不同距离抽水管道,如图3。压降计算通过使用方程(1),P1和P2意味着压力测量在不同的距离;l意味着两个压力传感器之间的管道长度;和指压降(kPa / m)。种族隔离和出血没有观察到在衰退期间测试:
为了估计湿拌喷射混凝土钢筋的力学性能由PET纤维,新鲜的混凝土混合物首先喷洒到大ironbox模具。喷射混凝土后脱模天在标准养护室养护的温度20±2°C和95%相对湿度。后7天养护,混凝土板切成标准试件尺寸100毫米×100毫米×100毫米。最后,标本是28天治愈标准条件。的单轴抗压强度和抗拉强度分裂标本测量使用电动通用测试机。图4显示了实验过程包括喷射混凝土测试(a),累积厚度测量(b),抗压测试(d)和分裂测试(e)。所有的测试之后中国的专业标准(DL / T 5181 - 2003:锚和喷射混凝土施工规范支持水电水利工程)。
3所示。结果与讨论
3.1。正交试验的结果
PET纤维参数的可行的水平(长度、宽度和内容)的正交试验研究了压降的最小化和最大化的累积厚度、抗压强度、劈裂强度。表5列表的范围,测量湿拌喷射混凝土的性质,衰退的9到18厘米,批准kPa / m的压降,累积厚度13.3 - -17.6厘米,36.2 - -47.6 MPa的抗压强度,劈裂强度的3.8 - -4.9 MPa。湿拌喷射混凝土的测试数据属性研究了方差分析(方差分析)在0.05水平的意义。的互动影响纤维参数被忽略。
数据5- - - - - -11显示衰退的主要效应图,压降,累积厚度、劈裂强度和抗压强度。PET纤维的变化参数作为自变量,而流变特性(衰退),可泵性(压降),shootability(累积厚度)和力学性能(抗压和分裂的优势)的湿拌喷射混凝土视为因变量在表5。分析数据的方差分析等因素的贡献百分比,DEVSQ,统计上显著的因素是列在表中6。注意,各种因素的贡献百分比表示的程度相应的影响因素对测量湿拌喷射混凝土的性质。贡献比例越高意味着更多的贡献因子测量响应。根据正交分析,建议PET纤维湿拌喷射混凝土的目标特性参数如表所示7。
3.2。讨论
经济衰退是一个传统的流变参数估计湿拌喷射混凝土的流动性。衰退值越高意味着更大的流动性的新鲜混凝土;说,新浇混凝土的可泵性与大萧条时好新鲜混凝土管道流动。相反,大流动性并不有利于增加厚度,这意味着坏shootability新鲜混凝土。因此,适当的价值是重要的经济萧条的湿拌喷射混凝土同时保证公认的可泵性和shootability。
图5表明经济衰退纤维宽度的增加而增加;3毫米宽的PET纤维显著提高新浇混凝土的流动性。衰退值显示,倾向于减少和纤维长度和纤维含量的增加,这些结果与报告(58,60]。表6列出了方差分析结果;PET纤维长度是最影响因素在衰退57.91%的贡献。最少的影响因素是宠物纤维含量为8.42%的贡献。结合表中的数据56号的具体示例显示了最高的衰退,而4号样品给最低价值暴跌,这是发现,苗条的PET纤维往往凝聚的混凝土骨料,降低其流动性;相反,PET纤维与大宽度和长度短循环总表现出类似的效应,它增加了衰退由于表面光滑。当考虑新浇混凝土的泵和射击性能全面,衰退是推荐一个中间值;因此宠物纤维用于湿拌喷射混凝土的参数是1毫米宽度(或2毫米),20毫米长度和7公斤/ m3内容。
压降是最直观的参数来表示新鲜混凝土的可泵性。小压降意味着更少的流动阻力(即。,better pumpability) when fresh concrete flowed in pipes [13,64年]。根据图6压降增加,增加纤维宽度或纤维含量增加,但随着PET纤维长度的增加减少。有80.24%的贡献,PET纤维宽度对压降是最有效的参数。第二大影响因素是宠物纤维含量为17.7%的贡献。生产PET纤维的长度对压降的影响。
最低和最高压力下降测量在1号和6号混凝土样本,分别。据分析,薄,长纤维往往凝聚的混凝土,从而避免种族隔离和出血的新鲜混凝土泵下行动。此外,混凝土柱塞在输送管道变得非常稳定。的帮助下滑动层内管壁附近,凝聚与苗条的PET纤维混凝土运输形式的滑动而不是剪切管,如图7。最小化的最佳宠物纤维参数压降是1毫米宽,30毫米长度和5公斤/ m3内容。
图8显示,当PET纤维的长度和内容增加,累积厚度增加。这个结果是方便文学研究[1,12,65年,66年]。据分析,一方面,增加宠物纤维增强混凝土的屈服应力喷在墙上和高屈服强度可以降低混凝土的崩溃(60,67年]。另一方面,由于纤维的切割效果,混凝土骨料被紧紧地团聚在一起。增加纤维长度和内容,两个效果加强,因此,堆积厚度增加。首先堆积厚度增加,然后下降增加纤维宽度。过于广泛的纤维不会增加喷射混凝土的一致性。除了表面光滑的影响广泛的纤维,广泛的纤维对混凝土的集聚效应被削弱。PET纤维长度是最有效的因素的累积厚度的贡献为62.6%。PET纤维的宽度和内容上的相似的贡献累积厚度为18.57%和18.87%,分别。聚酯纤维的最优参数用于湿拌的最大累积厚度shotcere 2毫米宽,30毫米长度和9公斤/米3内容。
图9表明,增加宠物的宽度和内容纤维湿拌喷射混凝土的抗压强度降低。PET纤维在抗压强度的负面影响是类似于其他类型的纤维,如聚丙烯纤维(12和钢纤维68年]。Irwan et al。35和金等。36]甚至相同的结果报道,PET纤维没有显著提高混凝土的抗压强度,但混凝土的强度范围与PET纤维混合的特殊应用工程中被接受。PET纤维的长度从10 mm-30 mm在抗压强度没有产生很大的影响。最抗压强度影响因素是宠物纤维宽度为90.21%的贡献;PET纤维含量是第二大影响因素的贡献为9.03%。据图分析10,光滑表面的纤维广泛推广之间的滑移效应骨料在混凝土压缩;这种现象降低了硬化混凝土的抗压强度,而狭窄的纤维生产1毫米宽少或没有滑由于其接触面积总量。最大化的最佳宠物纤维参数湿拌喷射混凝土的抗压强度是1毫米宽,10毫米长度和5公斤/ m3内容。
图11表明湿拌喷射混凝土的劈裂强度增加而增加的PET纤维的长度和内容。纤维的主要功能是防止混凝土的裂缝,因为纤维做桥梁裂缝的两边。增加纤维喷射混凝土的延性和减少裂纹的风险结构。纤维在分裂力量的积极作用报道(10,68年,69年]。纤维混凝土的均匀分布是确保高强度混凝土的先决条件。统一和有效的纤维分布会实现当纤维长度小于粗骨料尺寸。然而,为了改善混凝土的力学性能,汉族et al。70年)建议纤维的长度超过1.3倍粗骨料尺寸。Olivito和Zuccarello71年)表明,粗骨料的大小不应超过纤维长度的0.5倍。增加宠物纤维宽度从1毫米到2毫米增加了分裂湿拌喷射混凝土的抗拉强度。但如果纤维的宽度不断增加到3毫米,明显分裂的强度将会降低。一般来说,宽阔的纤维与混凝土接触面积大的矩阵,这将增强摩擦作用和进一步提高分裂力量。然而,广泛的PET纤维的表面非常光滑,导致疲软的PET纤维与混凝土之间的附着力矩阵。因此,广泛接触面积的增加宠物纤维没有改善分裂力量。
最影响因素分解的抗拉强度是纤维长度与67.54%的贡献;PET纤维的宽度是第二大影响因素的贡献为17.88%。变量的贡献排名下滑,压降,厚度、抗压强度、劈裂强度是列在表中6。最大化的最佳宠物纤维参数分割湿拌喷射混凝土的抗拉强度是2毫米宽,30毫米长度,和9公斤/米3内容。
根据表中的数据6统计学意义的,经常出现的重要因素是宠物纤维宽度、尤其是对压降和抗压强度。因此,纤维宽度是第一个要考虑的因素,选择最佳的纤维参数。结合所选参数PET纤维的各种喷射混凝土属性表7,最终的PET纤维参数确定,1毫米宽,20毫米长度和5公斤/ m3内容,提高累积厚度、抗压强度、劈裂强度和减少压降。
为了验证最佳的PET纤维的实用性参数,另一个实验研究进行了检查获得的宠物纤维参数是否能改善湿拌喷射混凝土的特性。验证结果表明,该最佳宠物纤维参数满足预期的要求:最小化与24个kPa / m和压降相对其他更好的表演,如17厘米累积厚度、43 MPa抗压强度,和4.5 MPa分裂力量。在这篇文章中,火属性的喷射混凝土的影响没有考虑,因为火对PET纤维的影响是不利的。因此,宠物纤维增强喷射混凝土适用于那些建筑结构远离火灾区域或地下道路服务时间较短和相对较低的强度要求。
3.3。相关分析
在这项研究中,我们假设代表可泵性的压降和累积厚度代表shootability PET纤维的湿拌喷射混凝土加固。衰退的影响可泵性和shootability以及可泵性之间的关系,shootability,湿拌喷射混凝土的力学性能,进行了探讨,如图12- - - - - -18。应该指出,在数据拟合曲线和拟合公式12- - - - - -18只是用作趋势指标,因为大多数的数据点过于离散和相应的拟合方差太小准确地预测湿拌喷射混凝土的相应属性。
(一)
(b)
(一)
(b)
(一)
(b)
3.3.1。衰退和可泵性,Shootability之间的关系
图12显示了压降的变化规律和累积厚度增加价值暴跌。尽管数据点非常离散(分别拟合方差是0.2159和0.4787,小于1),总体趋势可以观察到。新鲜的喷射混凝土的可泵性和纤维混合显示上升趋势越来越衰退。一般来说,大萧条的新鲜混凝土是容易流在管道阻力较低(64年,72年,73年]。聚酯纤维的添加低低迷的主要原因是混凝土流动阻力较小。如上所述3.2、宠物纤维凝聚的具体材料,从而提升新鲜混凝土活塞流。新鲜混凝土活塞流更容易在管道运输是基于充分的润滑层的形成。Shootability湿拌喷射混凝土的增加下降的衰退。根据先前的研究进展(12,54,72年,74年,75年),这些结果是可预测的,因为大坍落度混凝土流动性很高,很容易崩溃在墙上表面喷,这是不利于喷涂层的形成。
3.3.2。可泵性和力学性能之间的关系
图13表明,抗压强度和劈裂强度的变化趋势与压降增加。总的来说,数据点相对离散尤其是对压降和劈裂强度之间的关系;湿拌喷射混凝土的抗压和分裂的优势显示一个向下的趋势。抗压强度的下降趋势更明显比分裂的力量;相应的拟合效果最好的在所有拟合函数(数字12- - - - - -18);拟合方差为0.8482。在正常情况下,很难把混凝土的可泵性和力学性能联系起来。据分析,一个更大的压降意味着泵送压力更大。备用泵送压力影响了新鲜混凝土管道,导致不均匀分布的粗和细骨料混凝土内部插头。如图14shear-induced粒子迁移的作用下,粗骨料中流过管道的中心,而细骨料流淌在管壁附近(76年]。此外,混凝土不均匀的喷洒在接收表面,导致总存款的不均匀。这种现象可能会导致硬化后混凝土强度的损失。因此,我们可以想象,大泵压力的压缩和劈裂强度造成更多损失。此外,应考虑掺合料的影响。例如,适量的纤维可以降低泵送压力(13),但纤维可能不会显著提高混凝土的强度(35,36]。
3.3.3。Shootability和力学性能之间的关系
从图可以看出(15日)的累积厚度减少了影响抗压强度对劈裂强度虽然有比较明显的影响。分裂的强度增加而增加厚度的增加,以及更好的线性拟合方差为0.7559。为了探索可能的原因累积厚度影响力学性能、切削表面的硬化混凝土的骨料分布板沿喷射方向进行了分析。如图16,粗骨料的分布与接收墙喷射混凝土表面(x)不统一。由于最初的反弹比大,墙,越接近越小数量的粗骨料。因此,在喷射混凝土薄层(x1),以形成一个标准混凝土标本100 mm×100 mm×100 mm,混凝土板上的切割线必须通过区域( )缺乏粗骨料。粗的喷射混凝土喷层(x2),混凝土板的切割位置相对合理的粗集料分布均匀。假设相关的粗骨料分布累积厚度影响喷射混凝土的力学性能。
3.3.4。其他关系
数据显示17和18,很难找到明显的压降和累积厚度之间的关系,以及抗压和分裂力量之间的关系。然而,在报道(13,77年),没有混合纤维混凝土的抗压强度与劈裂强度成比例。据分析,在这些测试中,混合聚酯纤维在抗压强度的影响不显著但在分裂力量是重要的,尤其是对PET纤维的长度和内容的变化。如数据所示9和11,长度或PET纤维含量增加,抗压强度的变化很小而分裂的力量就很大程度上增加。因此,聚酯纤维混合扰动的线性混凝土的抗压强度和劈裂强度之间的关系。在接下来的研究中,这些关系将进一步探索的标本,同时,PET纤维参数应考虑。本研究可以提供一个理论依据支撑。高质量与PET纤维湿拌喷射混凝土可以有效地减少矿难,如灰尘和顶板事故(78年- - - - - -95年]。
4所示。结论
为了研究PET纤维参数对泵送能力的影响,shootability,湿拌喷射混凝土的力学性能,进行了正交试验。喷射混凝土性能的变化趋势和增加的宠物纤维长度、宽度、和内容了。此外,衰退之间的关系,可泵性,shootability和力学性能进行了探讨。最后的PET纤维参数用于确定湿拌喷射混凝土(即。1毫米宽,20毫米长度和5公斤/ m3内容)。主要结论如下:(1)增加宠物纤维宽度增加了衰退和压降,但是降低了抗压强度;增加宠物纤维长度减少了衰退和压降,但增加累积厚度;增加宠物纤维含量减少了衰退,但增加的压力下降,增加厚度,分裂力量。(2)苗条的PET纤维往往凝聚的混凝土骨料,在减少和压降,但经济衰退增加累积厚度。宽阔的PET纤维表面光滑提升骨料之间的滑移效应,导致疲软的PET纤维与混凝土之间的附着力矩阵。广泛接触面积的增加宠物纤维不提高机械强度。(3)根据方差分析的贡献比例分析,PET纤维长度是最影响因素在衰退,堆积厚度、劈裂强度为57.91%,62.6%,和67.54%的贡献,分别。PET纤维宽度是最有效的参数对压降和抗压强度贡献80.24%和90.21%,分别。经常出现的重要因素是宠物纤维宽度、尤其是对压降和抗压强度。(4)根据相关分析,压缩和劈裂强度与压降的增加呈下降的趋势。相应的压力和抗压强度之间的拟合效果是最好的在所有拟合函数与方差0.8482。累积厚度减少了影响抗压强度对劈裂强度虽然有比较明显的影响。
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
这项研究是由国家重点研究和开发等项目13五年计划(批准号2017 yfc0805203);中国国家自然科学基金(批准号51604163和51604163);山东重点研究和发展计划(批准号2018 gsf116001);山东省自然科学基金(格兰特数字ZR2019QEE007, ZR201801280006和ZR2019MEE115);山东省高等教育科技和工程项目(批准号J15LH03)。