收缩和煤矸石陶粒轻骨料混凝土的强度特性

文摘

这是一个有前途的有效的垃圾处理方式,利用煤矸石轻骨料混凝土。然而,与低密度煤矸石陶粒轻骨料混凝土体积收缩时容易开裂,这限制了其在建筑行业中的应用。为了解决在收缩开裂的问题,本研究调查的影响预湿时间和收缩减少代理收缩体积和混凝土强度通过一系列混凝土收缩和强度测试。实验结果表明,收缩体积减少的预时间12小时或添加2% d - 230聚醚胺还原剂。12小时预湿时间的最优条件和2%的还原剂,混凝土收缩体积大大减少对其强度的影响几乎可以忽略。适量的减缩剂和调整预湿的煤矸石陶粒是必要的,以降低收缩率,提高样品的稳定性。这是具有重要意义的广泛应用与煤矸石陶粒轻骨料混凝土。

1。介绍

煤矸石是一种固体废物产生的煤炭开采和洗涤。长期存储不仅占据空间,而且造成严重的污染和破坏周边环境(1- - - - - -3]。煤矸石的处理和利用已经吸引了许多研究者的兴趣(4自1970年代以来。煤矸石已广泛用于发电、化工产品的提取,建立化肥和陶粒(5- - - - - -9]。

煤矸石可转化为低密度陶粒聚集,可用于制造低密度煤轻骨料混凝土,通常与一个表观密度< 1950公斤/ m³[10]。有三种类型的煤矸石陶粒(公司治理文化):自燃煤矸石,烧煤矸石,煤矸石混合粘结剂(11]。利用煤矸石,使公司治理文化,而不是自然的,普通骨料可以减少煤矸石处理并导致显著减少自然的消费总量在建筑业。

轻骨料混凝土与普通混凝土相比,有许多有吸引力的特性,如低密度、高强度、抗震的性能更好,等等12]。许多研究已经进行的准备和扩张行为具体(密度不超过1950公斤/米³)的添加剂包括碳纤维、废料(13,14),和还原剂15- - - - - -21]。然而,由于吸水率高、孔隙度、大体积收缩的轻骨料混凝土裂缝的形成原因。这些裂缝连接为气体流动路径,水,和积极的物质。是有害的对混凝土结构的耐久性和妥协的表现(13]。这限制了其应用在建筑业在很大程度上。许多试图在LWAC解决这个问题了。珊瑚礁总、程et al。22]研究了混凝土的干燥收缩行为有不同的水分含量。发现增加含水量显著降低其收缩率和混凝土制成的饱和礁总量在减少自收缩表现出良好的性能。对于饱和轻骨料,Henkensiefken et al。23]研究了胶结物质的量对LWAC收缩的影响,发现标本体积分数较大SLWA减少其收缩率。为飞ash-clay陶粒,王et al。24]研究了陶粒预湿对LWAC自收缩的影响通过使用混凝土微观结构的分析,发现含水率影响收缩,但不占主导地位。页岩陶粒、锣等。25验证,还原剂的存在可以降低混凝土的干燥收缩和自收缩,从而减轻开裂问题。这些研究表明,调整预湿时间或添加一定量的还原剂可以有效抑制混凝土的收缩。然而,对于煤矸石陶粒、系统测试润湿时间和收缩减少代理在任何先前的研究尚未报道。仍三个问题:(1)缺乏公司治理文化预时间之间的定量关系和混凝土收缩,(2)缺乏定量SRA的用量之间的关系和混凝土收缩,和(3)缺乏定量的理解综合效应轻骨料预湿的时间和SRA量体积收缩和混凝土强度。

目前的研究是进行填补这些差距的研究调查收缩和煤矸石陶粒轻骨料混凝土的强度特性。一系列混凝土收缩和强度测试是为不同的公司治理文化进行预湿,SRA剂量,另行规定。通过这些实验,公司治理文化预时间和SRA对混凝土收缩的影响和力量将分析结果将为解决混凝土收缩问题提供有效的指导。

2。试验研究

2.1。材料准备

陶粒是煤矸石陶粒轻骨料混凝土的主要组成部分,占其总量的大约50%。其属性对混凝土的性能有显著的影响。在这项研究中使用的煤矸石陶粒是由朝阳华龙科健有限公司有限公司及其形态如图1。这种产品有相似的物理特性和普通混凝土、粒度分布见表1和2,分别。它广泛用于混凝土测试实验。

JEEFMINE®d - 230聚醚胺,平均分子量约230,用作还原剂。石灰岩砂颗粒大小从0.15毫米到2.34毫米作为细骨料。自来水是用于实验。在这项研究中,添加还原剂的剂量范围从0.5%到1.0%时,水灰比从15%到20%不等。

的分数煤矸石陶粒粒径范围在9.5∼87.8%(见表16毫米2),满足标准要求,混凝土材料(ASTM C330 / C330M)。

水泥使用P•阿•A32.5年级矿渣硅酸盐水泥。它的物理性质和化学成分如表所示3和4,分别。

在28 d为40.1 MPa,抗压强度如表所示3点火,损失为1.06%,如表所示4。水泥的强度的物理性质,化学成分,损失点火满足质量要求提出gb175 - 2007年题为“普通硅酸盐水泥”,也满足测试要求。

2.2。LWAC混合比例和公司治理文化的设计

jgj12—2006,题为《轻骨料混凝土结构技术规范”,结构性LWAC指定的强度等级。在该测试中,与抗压强度等级LC30 LWAC设计。最初的混合比例是在表5。以下实验的基础上调整比例。

2.3。准备和实验过程

2.3.1。LWAC混合和养护

LWAC混合过程中,下面的搅拌过程应用:第一次搅拌水泥,陶瓷,和细骨料均匀,然后加入适量的水和强塑剂(图2)。模具的尺寸是100毫米×100毫米×515毫米,和混合物混合手工放置在120年代的模具振动;24小时后,它被剥夺了标准养护,最后,测试执行。同样,下面的公司治理文化预湿过程之后:衡量公司治理文化;的公司治理文化在水中浸泡一段时间;下水道的水保持饱和面干;和振动60年代的混合物。

标本被治愈的温度20±2°C和沉浸在Ca (OH)的饱和溶液₂。然后,混凝土性能测试进行了根据gbt50081 - 2002标准。

2.3.2。LWAC抗压强度试验

测试机是一个nyl - 200 d。说明如下:将试样中心的低压板,保持样品的中心与压板(图的中心3)。启动新闻面临的钢板下表面的上升。当标本接近板上部和上表面接触压力平衡身体测试,应用统一的连续加载的加载速率0.6±0.1 MPa。变形标本接近破坏时,停止调整媒体的油门,继续加载直至破坏。然后,记录破坏载荷。的抗压强度LWAC计算如下: 在哪里表示LWAC的抗压强度,MPa;FN代表了标本破坏载荷;和一个标本支承面积,毫米吗²。

F和一个很容易测量实验。从方程(1),试样的抗压强度大小可以计算。然而,必须指出的产品价值和转换因子大小(设置为0.95,本研究基于标准设定在GBT 50082 - 2009年)是最后一个标准尺寸的混凝土的抗压强度。

2.3.3。收缩实验LWAC

LWAC收缩测试来自GBT 50082 - 2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准。“标本建模后,它应该是治愈24±2 h膜(图4)。试样的初始长度(l₀)是衡量一个hsp - 540收缩扩张的工具,然后标本是放置在一个环境温度是20±3°C,湿度是60±5%在适当的时间点测量试样的长度(l_t)。长度测量的分辨率为0.01毫米。

标本的收缩率是通过使用下列公式计算: 在哪里混凝土的收缩率在时间吗t,t是在最初的时间间隔测量长度,天;标本的测量仪,也就是说,之间的距离内的混凝土试件,mm;试样的初始长度,mm;和标本测量的长度吗t,毫米。

三个标本的收缩利率平均来计算收缩率,和最后的收缩率的解析是大约1.0×10⁻⁶。

3所示。结果与讨论

3.1。影响公司治理文化预湿时间LWAC体积收缩

五套LWAC准备根据参考混合比例(见表5混合的比例)。选择预湿*的陶粒0 h, 1 h, 6 h, 12 h, 24小时。三个标本后被形成为每个具体的测试集。1 d的标本被塑造,他们demolded,他们最初的长度是根据GBT 50082 - 2009方法决定的。此后,标本的收缩和强度测量1 d, 3 d, 7 d, 14 d, 28 d, 56个d。

可以看到从图5的收缩LWAC逐渐发展。LWAC收缩随时间增加。在早期,曲线的斜率大,表明LWAC收缩率是最大的。在后期,LWAC收缩平整。例如,混凝土在3 d的收缩率是超过70%的收缩率在28 d。

从图可以看出6LWAC减少的收缩率随着公司治理文化预时间的增加,但这种减少不是常数。当预湿时间从0 h 1 h,收缩速度56 d(在图6 (b))减少了大约25×10⁻⁶毫米/毫米,而当预时间从12 h 24 h,收缩速度56 d(在图6 (b))减少只有大约9×10⁻⁶mm /毫米。这是因为公司治理文化吸水迅速增加洪水早期阶段,并在1 h吸收率达到5.07%。然而,当陶粒几乎是完全饱和后12 h,陶粒的吸水率仅为0.38%。

因此,描述的方法是一个有效的方法减少LWAC时间预湿的干燥收缩时间,因为prewet陶粒含有一定量的水,和一些水是后期逐渐释放水化过程;因此,相对湿度降低慢慢补偿收缩。然而,当预湿时间超过24小时,公司治理文化已经可以忽略不计的含水率变化,和预时间收缩的影响降低率是无关紧要的。

3.2。影响公司治理文化预湿时间LWAC的力量

图7表明,预湿时间提高了机械阻力在14和28 d,唯一减少执行测试时观察到早期(7 d)。这个改进是可能是因为混凝土和水泥石的强度取决于骨料与水泥石的界面粘附。的密度界面区域结构,凝聚力就越大,因此,混凝土的强度越高。这一趋势可能也源于缺乏LWAC准备由于一个小操作错误。7 d,随着含水率的公司治理文化的增加从0到7.43% (C0 C4),其从水泥浆中吸收水分的能力降低,导致降低水灰比的接口。接口是水灰比越大,孔隙度越大,所以早期强度降低。在28 d,水化反应的进一步发展,水泥浆的内部湿度逐渐降低。回归水量增加随着时间增加预湿,所以可以完全水化水泥的界面区域。这将导致增加的密度界面结构,所以在28 d抗压强度增加。见图8,陶粒预湿程度的增加,强度增长率LWAC也增加。LWAC增长率(C0)准备用干陶瓷是17.5%,而增长率LWAC (C4)为35.9%。

在前面分析的结果,可以看出LWAC减少在一定的强度率后的早期阶段,公司治理文化预湿,和内部固化影响prewet陶粒增强实力。这种增强与麦草的程度将增加。

3.3。SRA LWAC的体积收缩的影响

在实验中,五组LWAC准备通过调整剂量的SRA(0%, 0.5%, 1.0%, 2.0%,和4.0%的水泥质量,分别):与C0团体表示,D1, D2、D3、D4,分别。最初的标本的长度是由GBT 50082 - 2009方法,然后收缩估计以下时间点:1 d, 3 d, 7 d, 14 d, 56 28 d, d。

图中可以看到9SRA的添加大大减少LWAC的收缩。SRA的增加,LWAC收缩逐渐减少为每个采样时间点。例如,缩率在14 d, 28 d, C1和56 d是大约79%,82%,79%的C0。在C1的情况下,水的浓度大约是1.3%,水泥粘贴毛细管内部溶液的表面张力显著下降,从而减少间隙内的负压,减少标本的收缩。

然而,LWAC相反的收缩率随SRA的增加内容。如数据所示10 ()和10 (b)的收缩率LWAC受到SRA的数量,减少单调下降斜率。慢收缩减少利率超过2%可以看到在两个图表。SRA内容从2.0%增加到4.0%时,收缩在3 d降低约6%,和收缩56 d降低了3%。这慢减少剂量可以解释2%后溶液表面张力的降低。当SRA占超过2.0%的水泥,其在水中的浓度超过5.0%。考虑解决方案的依赖SRA的表面张力,表面张力的降低放缓在一定剂量,导致一个更小的SRA对LWAC收缩的影响。这一发现也符合产品规范中推荐的剂量(1.0水泥的质量的-3.0%)。

3.4。SRA对LWAC强度的影响

SRA如上所述,五个不同的比例(0%、0.5%、1%、2%和4%)被用于水泥测试组的建设。三组样本在每个测试组准备。1 d剥离后,他们被放置在饱和Ca(哦)₂解决方案。根据GB / T 50081 - 2002的方法“普通混凝土力学性能试验方法,“抗压强度测量7 d, 14 d, 28 d。然后,混凝土的抗压强度测量。

图11说明了SRA混合物对LWAC的抗压强度有不利影响。SRA的增加,抗压强度LWAC逐渐减少。SRA相比参考组(0%),抗压强度与2% SRA LWAC减少6%和3%在7 d和28 d,分别。SRA剂量增加到4%时,混凝土的抗压强度显著降低,10%和5%在7 d和28 d,分别。这是符合Rajabipour的研究(26),这表明SRA剂量小于2%时,没有不利影响的力量,而混凝土的强度降低时SRA的水泥含量增加到5%。

3.5。SRA的综合效应和预湿LWAC收缩

图12介绍了条件的组合2.0% SRA和不同预时间(0 h, 1 h、6 h和24 h)。基于类似的曲线趋势和没有SRA,收缩抑制主要是由于预湿。应该注意的是,因为水的相对比例水泥在实验中是0.4%,浓度在水中SRA约5.0%和2%,表明越来越SRA的浓度。因此,张力降低少量,能够防止显著收缩。

图13显示一个类似的下降趋势的预湿的收缩率在这两个场景。当预湿时间从0到1 h,缩率显著降低。然而,当预湿时间从1 h - 12 h,收缩率的变化是微妙的。1 h后收缩变化的差异中可以清楚地看到两个图表。这个案子没有SRA相对较大的减速比其他情况下。

更多的定量,C0的收缩(毫米/毫米),C1, C2, C4(在图(13日))56 d 497×10⁻⁶,473×10⁻⁶,463×10⁻⁶和449×10⁻⁶。与轻骨料C0引用相比,收缩(毫米/毫米)的C1, C2, C4下降了24×10⁻⁶34岁的×10⁻⁶,48×10⁻⁶,分别。然而,在添加SRA(在图13 (b)),收缩(毫米/毫米)D3, E1, E2和E3 56 d 368×10⁻⁶,348×10⁻⁶,343×10⁻⁶和338×10⁻⁶,分别。与D3的初始状态相比,收缩(毫米/毫米)E1, E2和E3产生减少20×10⁻⁶25×10⁻⁶,30×10⁻⁶,分别。可以看出,诱导后的收缩和增量变化预湿,结果明显不如当内部固化单独应用。这种差异可能是由于LWAC SRA的包容,这减少了毛细管溶液表面张力。的情况下陶粒吸水率是常数和毛细管直径semisaturated状态保持不变,孔隙溶液的表面张力越小,越小,相应的毛细管张力下降。因此,较低的表面张力减弱收缩抑制的影响。这在后来的研究猜测还有待证实。

在这个实验中,SRA的收缩的影响LWAC不同剂量条件下使用处理的水也研究了煤矸石陶瓷。水饱和时间是24小时,SRA浓度为0%,0.5%,1.0%,2.0%的人选择进行评估。

从数据14和15可以看出,铸件(毫米/毫米)的D1, D2和D3 56 409×10 d⁻⁶,381×10⁻⁶和369×10⁻⁶分别干燥陶瓷时使用。这些值约82%、77%和74%的参照群体C0。使用饱和陶粒时,铸件(毫米/毫米)的E4, E5, E3 382×10⁻⁶,351×10⁻⁶和338×10⁻⁶,分别。这些铸件是85%,78%和75%的参照群体C4。与单独添加SRA相比,如图(15日)SRA和预湿的,合并后的公司陶瓷,如图15 (b),显著减少LWAC收缩。然而,SRA增加干燥收缩的影响不明显,收缩率在图15 (b)低于其对应的图(15日)。

总之,相比之下,仅陶瓷或SRA的麦草,SRA和prewet陶瓷复合在一起的使用可以显著抑制LWAC收缩,导致一个重要的“叠加”效应。

3.6。SRA的综合效应和Prewet陶瓷LWAC力量

图16显示SRA的影响,预湿时间,两者的结合LWAC干燥养护条件下的抗压强度。在水化早期阶段,SRA和内部养护剂对LWAC强度有不利的影响,但它是较小的后期,略高于参照组的C0。在同一SRA剂量,与单独SRA相比,使用prewet陶粒导致LWAC强度更高。这种增加的力量主要是由于陶粒的内部固化。水泥浆的密度结构界面面积增加了混凝土强度,最终补偿SRA-induced延迟造成的损失强度的水泥水化。在合并后的情况下,随着时间经过预湿,后期强度增强,一定程度上。

此外,在7 d, LWAC强度组合情况下低于参照群体。然而,降低的程度远小于之和滴观察到当使用SRA单独和内部固化。这个结果可能是由于SRA的加法。在这种情况下,水泥砂浆的收缩应力减少,这降低了压力降低微裂隙的形成和其他缺陷,最终减少不利影响的力量。然而,SRA的增加内容,LWAC强度降低,这表明内部固化效果预湿陶瓷不能完全消除SRA对力量的负面影响时,SRA内容太大。

4所示。结论

在这项研究中,煤矸石陶粒预时间和减缩剂被实验考虑。麦草的影响时间和减缩剂LWAC的收缩体积和力学性能进行了讨论。结果表明,预湿时间和减缩剂的收缩有很大的影响与煤矸石陶粒轻骨料混凝土。适当的控制预湿样品制备时间和减缩剂能增加LWAC强度,以满足混凝土强度标准,大大降低混凝土的收缩。

作为预湿的公司治理文化是长期,收缩LWAC量逐渐减少。例如,当最初prewetted陶粒,减少收缩量是最显著的。当公司治理文化prewetted超过12 h,预时间收缩体积减少的影响变得无关紧要。此外,预湿时间也显示了对强度的影响。例如,公司治理文化预治疗后,早期强度(在7 d) LWAC减少。LWAC后期强度的增加,成为高于没有预湿处理。

SRA的合并LWAC显著的降低收缩体积效应。例如,当SRA的2%水泥,体积收缩的LWAC 56 d是减少了大约26%。SRA剂量较大时,增加剂量少影响收缩体积减少。此外,添加SRA对LWAC的抗压强度有不利影响。例如,当SRA占2%或更少的水泥,SRA的抗压强度的影响LWAC很小。当剂量增加到4%的水泥,LWAC强度显著降低。抗压强度降低10%和5%在7 d和28 d,分别。

SRA的结合应用和麦草节目好,明显抑制LWAC收缩。具体来说,联合应用有一定影响LWAC的早期强度。混凝土的后期强度提高,有效弥补了SRA的不利影响的力量。

操作错误LWAC的准备,即。,not mixing sufficiently, probably contributed to shrinkage and strength changes. The adverse effect of this operation error remains to be assessed and improved. It is suggested that the effect of different methods on the lightweight aggregate concrete with coal gangue ceramsite be presented by microstructure analysis. It can reveal the microscale mechanism of the dependence of concrete strength on prewetting time and shrinkage reducing agent.

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

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持从国家科学基金会(51774066)、国家科技支撑计划(2019年2017 yfc1503105 2018 yfc0604604, yfc1907201),研究和开发项目(辽宁,2019 jh2/10300051)和东北大学大学生创新计划(201116和200060)。

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