文摘

探讨石墨尾矿混凝土梁的力学性能在不同养护环境。结果表明,石墨尾矿的浓度对混凝土的力学性能有重要影响。最后,梁的弯曲特性,得到修改后的承载力计算公式,提供了理论依据和参考价值的建设绿色建筑材料。通过研究,本文的主要创新和主要发现如下:(1)在三种具体的实验环境中,混凝土梁的断裂载荷和极限载荷与石墨尾矿替代率的20%是最大的。(2)在三种具体的测试环境中,当混凝土试验梁在相同的负载,与石墨尾矿替代率的增加,中跨混凝土梁的挠度呈现减少趋势,然后增加。当石墨尾矿沙的替代率为20%,中跨中挠度测试光束是最小的。(3)通过实验,发现石墨尾矿混凝土梁的正截面承载力后氯盐侵蚀符合平面部分假设。氯盐侵蚀后,纵向的应变拉伸的钢筋混凝土梁具有不同石墨尾矿沙替代率是普通混凝土梁一样,和应变曲线的斜率是相同的,展示一个线性趋势。实验结果表明,石墨尾矿沙的替换率有一个微不足道的影响钢筋的应变。(4)高斯函数是用来适应实验值的混凝土梁的正截面承载力的计算公式和正截面极限承载力的石墨尾矿沙建立氯离子环境下混凝土梁。 The research results of this paper have significant reference value for the study of mechanical properties of graphite tailings sand concrete components.

1。介绍

近年来,随着中国经济的发展,沿海城市的建设发展迅速(1]。大规模的基础设施建设需要大量的混凝土材料,这将消耗大量的天然石材,造成严重的生态问题2- - - - - -5]。要有效地减少天然石材的使用,必须找到替代原材料。经过多年的研究,人们已经发现,石墨尾矿沙可以用作代替天然砂(6,7]。合理使用的石墨尾矿沙不仅可以有效地减少天然砂的使用也是解决环境污染的问题(8- - - - - -10]。沿海建筑面临salt-ion由于侵蚀他们的服务环境,导致混凝土结构的耐久性失效11- - - - - -13]。一旦建筑受损,它将不可避免地造成巨大的经济损失。为了避免混凝土结构的失败,有必要研究混凝土结构的力学性能在沿海环境。

有许多因素导致混凝土结构的失败。其中,氯离子侵蚀是钢铁腐蚀的主要原因,从而直接导致混凝土结构的耐久性失效14,15]。当氯离子渗入混凝土时,他们会破坏钢钝化膜,导致钢腐蚀(16,17]。Shang-Qin [18)进行弯曲测试氯离子侵蚀环境下混凝土梁。试验结果表明,服务时间的增加,混凝土梁极限承载力的增加,然后降低。同时,根据试验结果和现有的规范、混凝土梁的承载力计算公式适合海洋环境。阴et al。19)也进行类似的测试。试验结果表明,与干、湿式的循环次数的增加,试验梁的裂缝宽度和中跨挠度逐渐增加,和试验梁的极限承载力逐渐降低。

氯腐蚀是钢铁腐蚀的主要原因,和钢铁腐蚀是影响混凝土结构耐久性的第一因素(20.- - - - - -22]。氯离子渗入混凝土,破坏钢铁钝化膜,导致钢腐蚀(23- - - - - -25]。近年来,Hong-Bo et al。26- - - - - -30.]研究了石墨尾矿对水泥基材料性能的影响和混凝土块。结果表明,水泥基材料的力学性能可以提高通过添加适量的石墨尾矿。与普通混凝土相比,含量低的石墨尾矿混凝土有更好的抗压强度,抗压的敏感性和不渗透性。太阳(31日]研究了石墨尾矿掺入比例对泡沫混凝土的力学性能,结果表明,适量的石墨尾矿掺入可以提高其抗压强度。

总之,石墨尾矿混凝土的耐久性研究侧重于渗透性和抗氯离子侵蚀的混凝土试块在氯盐侵蚀,而石墨尾矿混凝土的力学性能组件在氯盐环境中如抗弯性能研究。本文的作者及其研究小组对相关问题进行了研究并取得了一定的结果(32]。为了更好的改善研究论文,在这篇文章中,石墨尾矿混凝土梁的弯曲试验不同置换率下三个养护环境空气,水,和氯盐。失效模式、裂纹扩展法负载特征值、中跨挠度和应变测试的混凝土和钢筋梁三下养护环境进行了分析。根据上面的实验值,建立了一种新的计算公式。上述研究结果将为类似的研究提供良好的指导价值石墨尾矿混凝土构件。

2。测试概述

2.1。材料和混合比例

(1)水泥:P.O42.5普通硅酸盐水泥。(2)斯通:粒度5∼20毫米,层次好,表观密度2650公斤/米³。(3)天然河沙:河流砂细度模数为2.49。(4)石墨尾矿:石墨尾矿从石墨尾矿水库。(5)聚羧酸减水剂:MZ-10C poly-carboxylic高性能减水剂选择表1。(6)使用钢筋:HRB400钢筋。和它的直径是10毫米,其屈服强度415 MPa。

天然砂和石墨尾矿的物理特性如表所示1。

2.2。混凝土组成材料的比例关系

据表的混合比例2、石墨尾矿混凝土梁与置换率为0,10%,20%,30%,40%的人准备的。应该注意的是,表中的砂率是30%,远低于常见的泵送混凝土工程。这是因为砂的细度模数小,有许多粒子在沙子里,具体的凝聚力是容易得到保证。因此,采用小砂比,这个测试是nonpumping混凝土。泵送混凝土的砂率是2% - -5%高于nonpumping混凝土,所以这个测试中使用的砂率低于泵送混凝土的项目。

2.3。实验设计

在这个实验中,三组石墨尾矿混凝土梁(空气、淡水和氯环境中,分别表达了烟,铁、和CE)被设计出来,和五个混凝土梁是由每组中。梁之一是天然砂混凝土梁对比梁,和四根石墨尾矿混凝土梁,替代率为10%,20%,分别为30%和40%。石墨尾矿在氯离子环境中混凝土梁的数量是CE-0, CE-10, CE-20 CE-30, CE-40。石墨尾矿数量的混凝土梁在空气和淡水环境是相同的。测试光束大小长度1600毫米,断面尺寸是120毫米×180毫米,净跨度是1500毫米。研究石墨尾矿混凝土梁的抗弯性能在三种环境中,所有测试梁采用相同的配筋率。纵向抗拉钢筋的配筋率是1.257%,和纵向钢筋保护层的厚度为20毫米。样品生产和环境侵蚀过程如图所示1。的大小和加固梁在图所示2。每一个钢筋混凝土梁,和三个立方体测试块同时就做好了准备。相同条件的维护后,相同的环境腐蚀梁与同一组进行测试。

2.4。测试方案和测量内容

氯盐侵蚀试验使用10%氯化钠溶液,自然浸120 d。加载测试采用三点加载模式,形成了一个500毫米纯弯曲部分中间的跨度。加载装置和测量分的布局如图所示3。根据混凝土结构试验方法标准,混凝土梁的弯曲试验后进行环保行动(33]。应用集中负荷由液压机的压力传感器被放置在分布光束实现两个集中力的加载模式和三分。在测试前加载,试验梁加载,以确保仪器的正常操作和正常的每个点的联系。开始时,加载模式是根据3 kN加载的每个级别,每个加载呆了3分钟,然后表面的裂纹梁的变化被观察到,当标本的第一个裂缝出现时,每个级别的5 kN微分加载和负载逐渐增加,裂缝的数量逐渐增加,裂纹继续扩展向上和裂缝宽度增加,与笔加厚试验梁的裂缝,为了更清楚地看到试验梁的裂缝,并记录压力和裂缝宽度。

测试的主要测量内容如下:(1)开裂荷载、极限荷载和试验梁的裂缝发展过程和裂缝发展过程观察到DJCK-2裂缝宽度。(2)钢筋和混凝土的应变是衡量粘抗拉钢筋的应变仪在中间,和五个混凝土应变仪沿梁的高度均匀安排中间的梁跨度测量混凝土的应变;(3)载荷挠度变化,YHD-50位移指标安排在梁的两端和中间的梁的变形测量标本。

3所示。实验结果和分析

3.1。裂纹扩展分布规律

通过试验梁的弯曲载荷试验,发现故障过程和石墨尾矿混凝土梁的裂缝发展过程的三个环境与普通混凝土梁是一致的。每个测试的失效模式和裂缝发展过程束新鲜的水和氯环境中也基本上符合那些在空气环境中,但特征荷载略有变化。弯曲破坏模式,试验梁的裂缝分布在淡水和氯环境中,如图所示4。

3.2。梁的开裂荷载和极限荷载

开裂荷载的试验结果P_cr和极限载荷P_u每个测试光束在空气、水和氯环境如表所示3。不同的变异的影响参数对试验梁的开裂荷载和极限荷载数据所示5和6。从表可以看出3和数字5和6。

3.2.1之上。影响不同的石墨尾矿替代率试验梁的开裂荷载和极限荷载

从表可以看出3和图5以石墨尾矿替代率的增加,变化规律试验梁的开裂荷载和极限荷载空气,水,和氯盐是相同的,表现出先增加然后减少的趋势。其中,在氯离子环境中,CE-10的开裂载荷和CE-20增加了12.64%和15.97%,分别与CE-0相比,极限荷载增加了6.78%和8.93%,分别。的开裂荷载和极限荷载CE-40 CE-0相比下降了8.39%和5.00%。结果表明,随着石墨尾矿替代率的增加,试验梁在不同环境中更好的性能比普通混凝土梁的替换率10%∼20%和承载力低于普通混凝土梁的替换率40%。原因是,当石墨尾矿的替代率是10%∼20%,石墨尾矿的直径小于天然砂,使混凝土粒子的分布更加均匀,提高混凝土材料的密实度,改善石墨尾矿混凝土梁的承载力。

3.2.2。不同的腐蚀环境对石墨尾矿混凝土梁的开裂荷载和极限荷载

从表可以看出3和图6下试验梁的承载力明显水环境是最高的替换率相同的情况下,石墨尾矿、和试验梁的抗弯承载力低于氯盐侵蚀后,在一个空气(noncorrosion)环境。石墨尾矿的替换率20%,作为一个例子,石墨尾矿的开裂荷载和极限荷载混凝土梁在一个清晰的水环境增加了6.74%和4.87%,分别比在一个空气环境。这是由于水化反应可以继续发生在试验梁在清水环境中,和水化产物生成,使混凝土的密度,从而提高梁的承载能力测试。然而,石墨尾矿混凝土梁的开裂荷载和极限荷载低于3.82%和2.03%氯腐蚀后在空气环境下,分别。也发现开裂荷载更受环境侵蚀比极限载荷的影响,表明钢筋混凝土梁的承载力沉浸在10%氯化钠溶液120天更受混凝土损伤的影响。

3.3。中跨偏转

混凝土梁的载荷挠度曲线不同的石墨尾矿替代率在空气,水,和氯环境中数据所示7(一)- - - - - -7 (c)。比较中跨的变化规律相同的混凝土梁的挠度石墨尾矿替代率随负载在不同的环境侵蚀后,混凝土梁的载荷挠度曲线与20%石墨尾矿替代率在空气侵蚀后,水,和氯环境中绘制,如图7 (d)。从图7,可以看出石墨尾矿的载荷挠度曲线趋势混凝土梁和普通混凝土梁是相似的,可以分为三个阶段:(1)梁的noncracking阶段测试:在加载的初始阶段,试验梁不破裂,载荷挠度曲线近似线性变化,挠度增量很小。(2)试验梁裂缝的钢筋屈服阶段。试验梁开裂后,载荷挠度曲线显示的一个转折点,和偏转的增长速度逐渐加快。破解后的载荷挠度曲线逐步发展非线性。(3)钢筋屈服于失败的阶段:在钢筋屈服后,载荷挠度曲线出现第二个转折点,光束的偏转后大幅增加产量。载荷挠度曲线也接近水平直线,最后试验梁破坏。

具体地说,它可以看到数据7(一)和7 (b)当测试光束熊相同级别的负载在一个空气和清晰的水环境中,以石墨尾矿替代率的增加,试验梁的中跨偏转先降低,然后增加。替代率是20%,中跨测试梁的挠度很小。从图可以看出7 (c)氯盐侵蚀后的石墨尾矿混凝土梁,当石墨尾矿的替代率分别为10%和20%,中跨的试验梁的挠度增长速度慢于普通混凝土梁。当石墨尾矿的替代率为40%,中跨的试验梁的挠度增长速度比普通混凝土梁,表明少量的石墨尾矿可以提高钢筋混凝土梁的抗弯性能后氯盐侵蚀。从图可以看出7 (d)在相同的负载,中跨石墨尾矿混凝土梁的挠度介绍了清水的法律<空气<氯盐。

3.4。中跨混凝土应变的变化

混凝土梁的中跨混凝土应变曲线具有不同石墨尾矿在不同负载下内容在清水和氯盐环境中数据所示8和9。从数据可以看出8和9随着负载的增加,每个试验梁的混凝土应变显示了增加的趋势。当负载20 kN,试验梁的混凝土应变CE-10大于FE-10,表明石墨尾矿混凝土梁的变形阻力减少被氯腐蚀后。清水和氯盐的环境下,当测试光束受到相同的负载,混凝土梁的横截面应变不同石墨尾矿含量没有明显不同,与混凝土梁的应变40%石墨尾矿含量略高。然而,无论数量的石墨尾矿、正截面上的应变在每个测点正比于点到中性轴的距离,和每个测点的混凝土应变中跨部分是线性分布。因此,在清水和氯环境中,石墨尾矿混凝土梁仍符合平面部分假设。试验结果表明,石墨尾矿混凝土梁的截面符合平面部分假设上面列出的三个测试环境下,它提供了实验基础承载力的理论计算。

3.5。在中跨钢纵向应变

纵向抗拉钢筋应变的变化趋势中跨的试验梁在不同环境下的增加负载如图10。石墨尾矿混凝土梁的装载钢材应变曲线可以分为三个部分:(1)在早期阶段的加载,试验梁尚未破解弹性阶段。在这个阶段,张力是由混凝土和钢铁,钢铁和应变值缓慢而线性增加。(2)从试验梁的开裂阶段钢筋的屈服阶段,试验梁开裂后的拉伸力转移到钢筋。在这个阶段,钢筋应变仍是线性增加,但增长率快于开裂前,和钢筋strain-load曲线的斜率是减少。(3)钢筋收益率破坏阶段时,负载的增加略和应变急剧增加。

从图可以看出10水和氯离子侵蚀后,混凝土梁的纵向强度钢应变不同的石墨尾矿替代率是一致的与普通混凝土梁和曲线的斜率是相同的,表明石墨尾矿替代率对钢的应变有一个微不足道的影响。在氯离子环境中,每个测试梁承担相同的负载时,应变的石墨尾矿的钢筋混凝土梁的替换率小于20%的普通混凝土梁和小于其他石墨尾矿的替换率测试光束。原因是当石墨尾矿的替换率是20%,试验梁的孔隙度是最小的,最密集的影响氯离子在混凝土钢筋是最小的,因此,钢筋应变很小。这表明混凝土梁的孔隙结构与石墨尾矿优于普通混凝土梁与少量的石墨尾矿,哪个更有利于混凝土梁的抗氯离子腐蚀损坏。

石墨尾矿沙的替换率20%为例,中跨strain-load曲线的纵向拉伸20%石墨尾矿的钢筋混凝土梁在清水和氯环境中,如图11。从图中可以看到,氯盐侵蚀的应变有轻微影响石墨尾矿的钢筋混凝土梁,但是由于浸泡时间短和较低的腐蚀程度,氯盐侵蚀对钢筋没有显著的影响。

4所示。承载力分析石墨尾矿在氯离子侵蚀环境下混凝土梁正常部分

氯盐侵蚀后,石墨尾矿混凝土的内部损伤使石墨尾矿混凝土的强度降低。混凝土的力学性能的退化是影响石墨的弯曲性能的主要因素tailings-reinforced盐侵蚀环境下混凝土梁。因此,在本节中,试验梁的极限承载力计算公式,为氯盐侵蚀后,混凝土强度变化的影响和不同的石墨尾矿内容后钢筋混凝土梁的抗弯承载力盐侵蚀着重讨论。的理论价值后的石墨尾矿混凝土梁极限承载力计算氯腐蚀使用承载力计算公式(1)和(2)的钢筋混凝土梁的正截面(34]。计算结果如表所示4。在表中,代表的极限弯矩测试值石墨尾矿盐腐蚀后混凝土梁,和代表的理论计算值后的石墨尾矿混凝土梁极限弯矩盐腐蚀。 在那里,α₁图系数简化应力混凝土的压缩区,取1.0;f_c石墨尾矿的测定抗压强度是混凝土氯离子侵蚀后,将测量值,MPa;b波束宽度,mm;x是高度的压缩区部分,mm;h₀部分的有效高度,mm;f_y纵向钢筋的屈服强度,以测量值,MPa;和一个_年代是下的纵向钢筋的有效截面积紧张,毫米吗²。表计算和实验值的比较后石墨尾矿混凝土梁的极限承载力氯盐侵蚀。

从表4,石墨尾矿的实验值混凝土梁和普通混凝土梁在氯盐侵蚀大于计算值,表明石墨尾矿混凝土梁的极限承载力后氯盐侵蚀是可行的计算根据混凝土规范。获得混凝土梁的极限承载力不同置换率的石墨尾矿在氯盐侵蚀更准确,使用两个不同的拟合函数,介绍了石墨尾矿替代率修正系数。混凝土梁的数据不同的替代率的石墨尾矿氯盐侵蚀后数值拟合。

4.1。多项式拟合

表达石墨尾矿混凝土梁的极限承载力更准确地说,测试结果表4通过多项式拟合函数,拟合公式(3)和拟合曲线在图12得到了。根据拟合曲线,拟合曲线的相关系数是0.9879。 在哪里x是石墨尾矿沙的替代率(%);y校正因子;的理论计算值是试验梁的极限承载力氯腐蚀后,MPa;和是纠正后的试验梁极限承载力氯腐蚀、MPa;一个=−3.42143E−4,B= 0.01198,C= 1.29917。表5是一个比较和实验值计算公式(3)。

4.2。高斯函数拟合

高斯函数拟合曲线如图13。根据拟合曲线,计算的极限承载力的公式石墨尾矿混凝土梁的正截面氯盐侵蚀后(4)和(5),拟合曲线的相关系数是0.9985。与多项式拟合曲线相比,高斯函数拟合曲线的相关系数接近1,和巧合的程度较高,表明极限承载力计算公式的修正的高斯函数更适合极限承载力的计算石墨尾矿氯盐侵蚀后混凝土梁。轴向抗压强度计算公式中需要使用石墨尾矿混凝土砌块的抗压强度测量值后氯盐侵蚀。在实际工程应用中,抗压强度可以根据经验数据或通过实验确定。同时,修改后的公式可以估算出石墨尾矿混凝土梁的极限承载力与其他大规模替代率氯化后攻击。 在哪里是纠正后的试验梁极限承载力氯腐蚀、MPa;y校正因子;的理论计算值是试验梁的极限承载力氯腐蚀后,MPa;和x是石墨尾矿沙的替代率(%);y₀= 1.10078;一个= 13.81231;= 35.40572;= 17.10824。表6是一个比较和实验值计算公式(4)。

5。结论

石墨尾矿固体废物产生的过程中石墨开采,这对自然生态环境造成了严重的危害。部分替代石墨尾矿与建筑用沙重用固体废弃物的有效途径之一。本文研究了裂纹扩展法和石墨尾矿负荷下混凝土梁的承载力。从本研究可以得出以下结论:(1)通过实验,发现石墨尾矿的破裂过程和裂缝发展过程三个养护环境下混凝土梁是相同的,但石墨尾矿混凝土梁的破坏载荷下氯离子固化环境很小。(2)在三种混凝土养护环境中,混凝土梁的断裂载荷和极限载荷与石墨尾矿沙是最大的替换率20%。当石墨尾矿沙的替代率是相同的,混凝土梁的断裂载荷和极限载荷下氯离子固化环境是最小的。(3)在三种具体的实验环境,当混凝土试验梁在相同负载,与石墨尾矿替代率的增加,中跨混凝土梁的挠度降低,然后增加。当石墨尾矿沙的替代率为20%,试验梁的中跨偏转是最小的;当石墨尾矿沙的替代率为10%和20%,增长率中跨的试验梁的挠度比普通混凝土梁的慢。(4)在相同载荷下,中跨偏转的石墨尾矿沙水实验环境下混凝土梁<中跨下的石墨尾矿砂混凝土梁的挠度空气实验环境中跨偏转的<石墨尾矿沙氯化实验环境下混凝土梁。(5)试验结果表明,石墨尾矿混凝土梁的截面符合平面部分假设下上面的三个测试环境,它提供了实验基础承载力的理论计算。(6)实验结果表明,石墨尾矿沙的替换率钢筋的应变的影响几乎可以忽略不计。钢筋的应变值比较,发现钢筋的应变值在石墨尾矿砂混凝土梁比清水实验环境变化小。在氯盐的实验环境中,由于氯离子侵蚀混凝土和钢,钢应变值变化大。(7)通过数据拟合石墨尾矿混凝土梁的承载力测试结果,修改后的高斯承载力计算公式。这个结论的研究有很大的参考价值氯离子环境下混凝土梁的力学性能。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

手稿已经作为预印本发布基于链接https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4033145。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢中国国家自然科学基金(51374045)和大连理工大学重点实验室平台(202101 zd02)和大连大学的研究创新和Entrepreneur-Ship团队(XQN202002)和大连大学的教学改革基金会(JG2022031)支持这项工作。作者欣然承认金融支持的组织。