文摘

介绍了低体积分数的影响聚乙烯醇(PVA)纤维的机械性能油棕壳(OPS)高强度轻质混凝土混合物。度、密度、抗压强度、抗拉强度、分裂挠曲强度和弹性模量在不同养护条件下测量和评估。结果表明,PVA纤维的增加会降低混凝土的和易性,减少密度。油棕壳纤维增强混凝土28天抗压强度(OPSFRC)高强度轻质混凝土(HSLWC)受到持续潮湿养护43-49 MPa范围内。的平均弹性模量()值是所有混合发现16.1的绩点,这是高于先前的研究和报道是正常体重范围内的混凝土。因此,本研究的结果表明,PVA纤维可以作为替代材料来提高运维的属性HSLWC建设和施工应用。

1。介绍

混凝土是土木工程项目中使用最广泛的建筑材料。大量的不同类型的混凝土已经每年产生。从各种混凝土、轻质混凝土(LWC)是研究人员最有趣的科目之一。LWC是由建筑行业广泛使用的非结构墙面板、分区,光砖,砖,建筑外部完成。因为他们的机械性能都大大低于正常体重混凝土结构使用LWC有限承载结构成员。为了使用LWC结构用途,材料必须被设计用来提供足够的强度,延性,或两者的结合。因此,轻质集料混凝土(LWAC)的数量增加,全球正在和研发开发新技术和新材料等工程性质的调查材料。最近,高强轻骨料混凝土(HSLWAC)实现了抗压强度范围内的40 - 100 MPa通过使用几种类型的lwa [1- - - - - -4]。然而,混凝土强度的增加导致脆性混凝土的压缩和紧张(5- - - - - -7),特别是对于LWAC [6]。通过在纤维增强复合材料胶结的进步,轻量级和少量的不连续增强水泥复合材料(钢铁、聚丙烯、尼龙)纤维可能证明自己是有利的建筑材料。然而,添加钢纤维的主要缺点OPSLWC处于新鲜状态是其显著减少滑坡价值和增加密度(8]。陈和刘7)深入研究了影响通过使用1%的聚丙烯纤维的体积含量(长度:15毫米,纵横比:150)LWC。根据他们的发现,聚丙烯纤维的加入到LWC混合物使用膨胀粘土导致减少衰退值约为20.8%。此外,聚丙烯的加入和尼龙无关紧要的增加运维混凝土的力学性能,尤其是抗拉强度(9]。可以采用一种新方法来解决脆性LWAC的纹理是PVA纤维与热处理相结合运维混凝土提高其力学性能。

LWC生产的最流行的方法是通过使用lwa [10),这可能是自然或制造。LWA可以等天然骨料浮石、火山渣,和火山的起源而人工骨料包括扩展的高炉矿渣、蛭石、熟料总量(11]。另一种类型的自然LWA农业资源行动。它知道有大量的农业残留物在油棕产业占主导地位的国家,如马来西亚、印度尼西亚、尼日利亚。马来西亚是世界领导人的棕榈油的生产和出口12]。生产运维的估计,仅在这个国家每年生产超过400万吨(13]。运维的密度范围内最典型的结构性lwa [14- - - - - -16]。结构性LWC通常定义为混凝土烘干的密度小于2000公斤/米³(17,18]。碎混合行动的28天烘干的密度范围1871 - 1876公斤/米之间³(4]。报道,运维混凝土的力学性能是低于其他类型的LWAC [10]。最近,紫杉et al。4)报道,运维粗骨料的不同种类和年龄类别显示最重要的影响的性能HSLWC与先前的研究相比。

大部分的行动研究轻质混凝土的调查集中在工程性质的有不足的信息关于增强机械性能低。尽管有很多优点将钢纤维纳入行动LWC。然而,钢纤维构成几个缺点;特别是,新鲜混凝土的和易性降低,和复合材料的静负荷增加8]。作者的知识,没有进行研究关于运维的属性加入PVA纤维混凝土。因此,本研究着重于研究各种低的影响聚乙烯醇(PVA)纤维的机械性能LWAC不同固化条件。

2。材料和方法

2.1。材料

2.1.1。水泥

在这项研究中使用的水泥是ASTM I型普通硅酸盐水泥(OPC) [19)比重为3.14克/厘米³。布莱恩的这种水泥的比表面积是3510厘米²/ g。OPC的化学成分和物理性质列在下表中1。

2.1.2。水和强塑剂(SP)

饮用水是用于所有混合。在这项研究中使用的SP多羧酸的醚(PCE)由巴斯夫,符合ASTM C494 / C494 M-13。SP的混合量保持不变,与一个值水泥重量的1.5%,以促进混凝土的和易性。

2.1.3。聚合

当地矿业砂作为细骨料,比重,细度模数、水吸收,最大粒径为2.67克/厘米³,2.71,0.95%,4.75毫米,分别。

图1显示了不同种类的原始硬脑膜和tenera运维浪费从本地毛棕榈油生产机。在这项研究中,所使用的运维骨料硬脑膜物种。最初的硬脑膜运维使用12.5 mm筛洗,已筛。筛的运维骨料保留收集,然后在实验室用碎石压碎机,如图2。碎OPS总量已筛使用9.5 mm筛除去运维骨料尺寸大于9.5毫米(图3)。本报告,行动的最大大小变化从原始(12.5毫米)(9.5毫米)。破碎的边缘硬脑膜行动是粗糙和的改善骨料之间的物理结合和水化水泥粘贴和收益率更高的抗压强度4]。此外,运维骨料热处理在60°C的0.5 h使用烤箱温度控制实验室。冷却到室温后,他们重在干燥的室内条件下,在水中浸泡24小时。紫杉et al。20.)发现运维骨料受到热处理在这个温度设定和持续时间的改善行动的性能属性不影响OPSC的强度。由于高吸水的行动,它随后被风干在实验室达到饱和面干混合前(SSD)条件。碎运维质量的差异之间的表面热处理和热处理条件报道了紫杉et al。20.),如图4。使用的运维的物理性质如表所示2。

2.1.4。纤维

聚乙烯醇(PVA)纤维的照片如图5和他们的物理属性表中列出3。

2.2。混合的比例

在这项研究中使用的混合比例见表4。的体积分数()纤维添加到混凝土混合物通常范围介于0.1和3.0%21]。然而,纤维具有极高倾向于“球”的混合和创建和易性问题。因此,低体积分数(≤0.5%)的PVA纤维被用于这项研究。PVA纤维的体积分数的运维混凝土0,0.125,0.25,0.375和0.5%。水和强塑剂的剂量是所有混合保持不变。

2.3。测试方法和养护制度

程序采用混合纤维增强混凝土包括以下步骤。沙子和行动是第一次注入混凝土搅拌机和干燥的混合1分钟。这后,水泥是传播和干混合1分钟,然后指定数量的纤维分布和混合3分钟的混合。这是紧随其后的是添加水和强塑剂的混合时间5分钟。坍落试验之前进行混合物样品铸件。混凝土标本投到上的模具和插入式振捣器是用来消除气泡的数量。对于每一个混合物,18个立方体(100×100×100毫米)是用来确定抗压强度为1,3,7日,28,90天。此外,两个气缸(直径:150毫米,高度:300毫米),三个气缸(直径:100毫米,高度:200毫米),和三个棱镜(100 mm×100 mm×500 mm)是用来确定弹性模量,间接拉伸强度和弯曲强度,分别在28天。标本是脱模后约24小时。

标本是治愈的三种类型的养护条件下为了确定养护的影响环境运维混凝土28天抗压强度的,如下所示。

答:水的标本是治愈°C到测试的时间。

14 c:标本治愈在水脱模后13天,然后在实验室环境下用空气处理的相对湿度(RH %)和一个温度°C。

AC:脱模后的标本都存储在实验室环境下。

3所示。结果与讨论

3.1。纤维增强混凝土的和易性和衰退

滑坡进行检测来确定新浇混凝土的一致性。使用纤维是众所周知的影响素混凝土的和易性和流动能力本质上(21,22]。新鲜OPS的衰退混凝土减少由于PVA纤维的体积分数的增加。水和SP的数量是所有混合在这项研究中保持不变。纤维的加入到混合物从0到0.125,0.25,0.375,5.0和0.5%减少的和易性,分别为7.5,22.5和40.0%。Noushini et al。23)报道,单丝的加入PVA纤维的混合物从0到0.5%减少了下滑约20%。图6显示之间存在线性关系的PVA纤维体积分数和衰退运维混凝土。

衰退值的下降趋势归因于这样一个事实:添加纤维混凝土创造了一个网络结构,从种族隔离和限制混合物中的流。可以确定,纤维会吸收更多的水泥浆以“环绕。”这一现象是由于纤维的含量高和大表面积,和混合物的粘度的增加促进减少在衰退24]。然而,一些研究试图克服种族隔离问题通过添加强塑剂和使用最佳骨料的比例和砂混凝土混合物达到高和易性和流动能力(25- - - - - -28]。Campione et al。29日)报道,得到了良好的和易性浮石和膨胀粘土LWAC钢筋与钢纤维通过添加1.5%强塑剂的水泥重量。一般来说,建议使用低剂量的纤维,以确保良好的纤维增强混凝土和易性(30.]。

3.2。硬化的密度

钢纤维是最常用的纤维的力学性能改善LWAC在各种类型的纤维(31日]。钢纤维体积分数之间的关系和密度的Shafigh et al。8]表明,密度随纤维体积分数的增加。然而,PVA纤维的低比重提供了较低的密度和高强度纤维增强LWC。

三种类型的密度,即脱模密度,28天气干密度,混合和烘干的密度测量。混凝土的密度混合与纤维体积分数的增加略有降低,这是由于低比重的PVA纤维(32]。V0.5组合的28天气干密度是发现大约1939公斤/米³,这表明这些结构的密度在轻质混凝土即使PVA纤维的体积分数仅为0.5%。之间的关系脱模、风干和烘干的密度对PVA纤维的体积分数是如图7。28天风干、烘干的密度范围从1939到1970公斤/米³和1914到1941公斤/米³分别对不同体积分数。发现增加了体积分数从0到0.125,0.25,0.375,0.5%,降低了脱模密度、空气干密度和烘干的密度略了0.2,0.6,1.0,1.3%,在天的年龄,0.4,0.6,1.2,1.6%,年龄28天,0.3,0.6,1.0,分别和1.4%年龄在28天。虽然非常低的比重的增加PVA为热处理操作混凝土产生一个无关紧要的密度的变化。然而,他们对密度的贡献是不容忽视的。这可能是归因于PVA往往取代砂浆混凝土PVA的直径是0.66毫米。此外,据报道,有一个边际密度的减少在力学性能没有改变聚丙烯(PP)纤维添加到OPSFRC [9,33]。因此,有大量节省成本,提供更少的静负荷LWC在这项研究中。

3.3。抗压强度

3.3.1。持续潮湿养护

PP纤维的影响(= 15毫米,= 0.10毫米)的属性LWAC研究得多在各种类型的纤维。据报道,PP纤维导致抗压强度降低LWAC [24]。可以看出,混凝土抗压强度的增加对所有年龄与PVA纤维体积分数的增加(表5)。增加了PVA纤维体积分数从0到0.125,0.25,0.375,0.50%,增加了抗压强度大约0.9,6.2,8.7,13.1%,年龄28天,0.6,8.0,10.0,18.9%年龄在90 -天,分别。比较纤维增强混凝土的抗压强度在前者和后者年龄表明抗压强度发展的速度从前者到后者的年龄增加,尤其更明显混凝土混合了PVA纤维含量较高。这一趋势可以清楚地观察到的百分比28天抗压强度(括号内)为每个表5。的比例可以看出,在3天,7天抗压强度随PVA纤维体积分数的增加而增加价值在90天的年龄。这种趋势是由于更高的抗压强度得到了后者的年龄段,速度是最重要的0.5%的PVA纤维体积分数。之间的相对强度控制和PVA纤维体积分数从0到0.125,0.25,0.375和0.50%增加了抗压强度约为0.9,0.6,2.7,2.1,6.1%,90天的年龄比28天的年龄。很明显,PVA纤维体积分数高达0.25%,PVA纤维的性能在运维混凝土在后者的年龄增加,这可能是由于改善PVA fiber-mortar接口(34]。

Shafigh et al。8)所生产的可能性等级40岁运维混凝土28天强度。基于本研究的发现,它可以推断40级的生产运维混凝土水泥含量较低是可能的(35),即使PVA纤维的体积分数较低,相对于以前的研究。在混凝土的实际应用,早期抗压强度测试可以用于替代后者28天或其他年龄段的常规质量控制的目的。在这项研究中,两个方程生成预测混凝土的性能在后者。通过使用新的(1)早期抗压强度测试,具体属性的变化可以发现在早期阶段,可以采取适当的纠正措施提高混凝土质量(36]:

3.3.2。养护条件的影响

图8说明了标本的28天抗压强度受三个养护条件,即连续固化(CC), 14天潮湿养护(14 c)和固化在实验室环境(AC)。可以看出,混凝土强度的顺序是CC > 14 c >交流。标本的28天抗压强度损失由0、0.125、0.25、0.375和0.5% PVA纤维体积分数为14.9,14.7,13.7,10.8和9.6%,分别在AC固化。值降低到5.4,6.4,6.8,8.3和5.4%,分别当标本在短时间内治愈(14 c)。

结果表明行动的行为包含PVA纤维混凝土0.5%由体积nocuring政权几乎是类似于行动在CC条件下混凝土。然而,行动与PVA纤维混凝土体积分数超过0.375%展品低AC养护下的强度损失相比CC和14 c。这个观察表明,尽管运维混凝土的强度似乎敏感可怜的养护(8),抗压强度损失的敏感性降低通过加入PVA纤维体积分数超过0.375%。这是由于当PVA纤维含量高的可能性(特别是体积分数为0.5%),纤维逮捕原始收缩裂缝的发展和数字。因此,它可以推导出PVA纤维提供了一个额外的好处,即运维的敏感性减少混凝土在养护环境差。此外,它可以观察到从图7运维混凝土28天抗压强度的增加线性增加PVA纤维体积分数。这个图的一个突出特征是,直线的斜率为AC标本是最大(斜率= 1.942),而斜率为CC和14 c标本几乎等于一个值为1.457和1.285,分别。这显示了将PVA纤维纳入行动的积极影响混凝土即使在恶劣的固化条件。

3.3.3。在峰值应力应变

图9显示样品的应力-应变曲线在28天持续潮湿养护V0, V0.125, V0.25, V0.375, V0.5混合压缩。大多数LWACs的应力-应变曲线,正常的和高强度水平通常线性水平接近90%或更高的故障强度(31日,37,38]。通常是30 - 45%为正常体重混凝土(NWC) [31日]。这表明LWACs比学校更脆弱,导致爆炸断裂后的峰值负载(39]。的缺点,使其在混凝土结构是由于使用LWC脆性的本质。因此,可能的解决方案是使用LWC PVA纤维增强脆性。

结果,在峰值应力应变(ɛ)V0, V0.125、V0.25 V0.375, V0.5混合以本研究从0.0029到0.0045不等。的ɛV0值和V0.125混合相似值约为0.0030。然而,当加入PVA纤维0.25 -0.5%,ɛ52岁的价值增加约41 55%,意义重大。它可以指出,0.25% PVA纤维增强普通OPSC OPSLWA显示不同的行为。这一现象可能归因于逮捕PVA纤维造成非常大的裂缝变形之前总无法控制的崩溃。它已经表明,与许多类型的结构轻骨料混凝土、普通运维混凝土塑性材料(40]。此外,它是发现,钢纤维的加入到运维混凝土提高了应变能力和改善其延性性能8]。然而,在OPSLWC添加钢纤维的主要缺点是其显著增加密度与PVA纤维。这样的改善行动的延性性能混凝土中可以观察到运维混凝土包含PVA。很明显,通过添加PVA的运维混凝土混凝土峰值应力对应的应变显著增加。增加混凝土的应变能力导致应力-应变图的面积的增加和能量吸收能力,也改变了混凝土塑性材料。单轴压缩的应力-应变关系OPSC和PVA纤维增强OPSC如图9。据报道,改善耐开裂由于约束收缩是混凝土的优势更大的应变能力(41]。此外,需要注意的是,ɛNWC正常强度的值是在0.0015至0.002的范围42]。Shafigh等人表明,当0.5和1%钢纤维的体积分数是添加到一个运维混凝土,其ɛ分别价值增加约20和35% (8]。

3.4。分裂的抗拉强度

纤维增强混凝土和聚合物混凝土已经开发多年来为了提高混凝土的抗拉强度(43]。据报道,纤维的加入提供了一个显著增加分裂LWAC和semi-LWAC混凝土抗拉强度(43- - - - - -45]。图10显示了28天分裂抗拉强度增加从2.88到3.74 MPa时,纤维含量从0增加到0.5%。V0.125的增长率,V0.25 V0.375, V0.5和决心是9.4,11.1,19.8和29.9%,分别表示了相当大的改进分割操作混凝土的抗拉强度,即使在低纤维含量的存在。

它也被报道,28天分裂行动混凝土抗拉强度范围内的潮湿养护下1.9 - -2.41 MPa (46,47),大约6 - 10%的相应的立方体抗压强度。陈和刘24)研究了三种类型的纤维膨胀粘土的特性HSLWAC,每种类型的纤维量的1%。他们报告说,PP纤维导致分裂的抗拉强度略有降低约2%。在这项研究中,分裂行动混凝土抗拉强度是确定为6.7%,下降6.7 - -7.7%的范围内,抗压强度。这表明,PVA纤维明显提高抗拉抗压强度比。图10显示了将抗拉强度之间的关系和PVA纤维体积分数。很明显,将抗拉强度随PVA纤维含量的增加。两个参数之间的关系被发现是抛物线,即和值是0.97。和代表分裂抗拉强度(MPa)和纤维体积分数(%),分别。此外,图11显示了一个抛物线相关性很强的相关性(= 0.97)纤维体积(%)和分裂之间的抗拉强度,抗压强度。

一个方程提出了关联分裂抗拉强度的OPSFRC Yap et al。9通过加入PP和尼龙纤维所示 在哪里和代表分裂强度和立方体抗压强度在MPa,分别。

一个新的方程关联分裂的抗拉强度和抗压强度OPSFRC提出了(3),产生较高的相关系数(精度为±10%)。准确预测混凝土的抗拉强度必须在降低混凝土的开裂问题最小化故障紧张和增加抗剪强度预测如下所示

3.5。抗弯强度

PVA体积分数之间的关系和挠曲强度如图12。可以看出,28天的挠曲强度从4.17增加到5.49 MPa,从9.7到11.3%的28天抗压强度时,纤维含量从0增加到0.5%。这个范围比以前的研究集中于行动的结果LWAC [46,48)和膨胀粘土LWA [49]。

混合V0相比,获得挠曲强度的增加速度是9,26日,28岁的32%,V0.125, V0.25, V0.375,分别和V0.5混合。这些利率表明增加PVA纤维体积分数0.25%展品几乎相似的挠曲强度的增加(图12)。这种现象可能是由于纤维在0.25%体积分数导致毛孔堵塞导致挠曲强度的增加类似的效果。然而,大幅提高抗弯强度达到更高的纤维体积分数为0.5%比运维混凝土。施等。50]发现少量的纤维的加入不影响轻质混凝土的抗弯强度;然而,显著提高延性。他们认为这可能是由于降低PP纤维的抗拉强度以及较弱的PP纤维和水泥之间的债券比PVA纤维矩阵。

抗弯强度之间的关系,为运维提出了混凝土立方体抗压强度Alengaram et al。46),由以下方程: Lo et al。49)提出以下方程LWAC由膨胀粘土总量: 此外,方程LWAC由扩大页岩和泥聚合的组合,对多维数据集的优势,从20到60 MPa (51):

新方程也被提出关联挠曲强度,抗压强度OPSLWAC的研究。方程(7)建议OPSFRC不同PVA纤维体积分数的预测挠曲强度在±14%: 在哪里,,代表了弯曲、分裂拉伸和立方体抗压强度,分别MPa的单位。

表6显示了估计的挠曲强度使用四(2)- (5)。从估计的挠曲强度值,可以看出,(7)通常可接受预测行动混凝土的抗弯强度。它可以推导出的结果行动混凝土的抗弯强度和无纤维与人工LWA扩大页岩和粘土总量。

3.6。弹性模量

在这项研究中,静态弹性模量的值()是15.3,15.6,16.3,16.4,和16.9的绩点为混合V0, V0.125, V0.25, V0.375和V0.5分别。这些值表明,PVA的加入对运维混凝土有显著影响()值。这种现象可能是由于热处理操作提高尺寸稳定性和表面质量的行动改善骨料与水泥矩阵之间的附着力。此外,教育部OPSFRC被发现依赖于纤维的体积。这可能是由于纤维的加入导致裂纹桥接,提高OPSFRC教育部。Yap et al。9)报道,硅灰的综合效应和增强纤维(PP和尼龙)教育部OPSFRC,与碎OPSC行动相比更高。然而,在目前的研究中,两种热处理碎的综合效应硬脑膜行动和PVA纤维减少压缩载荷下的应变诱导,最终改善教育部OPSFRC明显比先前的研究。

在先前的研究中,(运维混凝土)值与总胶结材料(水泥、粉煤灰、硅灰)据报道,11 GPa,而抗压强度大约是38 MPa (35]。()值的混合V0大约39%高于这个值。的使用硬脑膜运维与热处理和PVA纤维抗压强度有很大的影响由于增强附着力之间的行动和PVA纤维与水泥基体。因此,可以推断,可以达到一个更高的平均(OPSFRC)值16.1的平均绩点。

据报道,CEB /工厂检验计划()的价值结构轻质混凝土范围10至24 GPa (51]。哲人和兰伯特52]报道(第15 - 22)值的范围内为LWAC GPa用粉煤灰(PFA)聚集。梅塔和蒙泰罗53]报道,()值是10,14 GPa 20和40 MPa包含膨胀粘土骨料抗压强度LWC,分别。正常体重的混凝土,从14到41 GPa)值范围54]。因此,可以推断,()值测量混凝土的研究属于正常体重的范围和人造轻骨料混凝土。

4所示。结论

基于本研究的实验结果,可以发现,添加PVA纤维增强混凝土的力学性能。纤维增强混凝土的和易性减少通过增加PVA纤维的体积分数。最多减少40%已经确定了运维混凝土PVA纤维含量为0.5%。此外,添加PVA纤维比重较低的运维混合物降低混凝土的密度。然而,PVA纤维,有助于降低边际密度是不容忽视的。运维混凝土的抗压强度增加了为所有年龄的增加PVA纤维。PVA轻质混凝土的抗压强度的影响已被证明更加突出后者年龄段由于更好的纤维/基体界面附着力。PVA纤维增强运维混凝土28天抗压强度内发现43-49 MPa。添加PVA纤维0.375%有一个积极的影响没有固化(AC)条件下抗压强度损失。因此,可以推断,PVA纤维可用于减少运维的敏感性混凝土养护环境欠佳。 The inclusion of PVA fiber to OPS concrete increases the strain capacity corresponding to peak stress, which causes OPS concrete to become more ductile. The addition of PVA fibers also enhances the splitting tensile and flexural strengths significantly up to 30 and 32%, respectively, compared to the control concrete. The inclusion of PVA fibers into OPS concrete has a significant effect on the modulus of elasticity. The ()值测量在这项研究中是16.1的绩点,这是高于先前的研究。因此,可以得出结论,PVA纤维增强行动LWC显示潜在应用的可能性和接受性能生产绿色复合混凝土结构。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者希望扩展他们最大的升值马来亚大学提供金融支持这项工作在马来亚大学的科研补助金(UMRG),批准号RP018/2012C。