文摘

一种新型再生骨料混凝土是由用回收的轻骨料代替天然骨料。随后,力学性能和抗压应力-应变本构关系的回收轻骨料混凝土(RLWAC)进行了探讨。为此,再生轻骨料(RLWA)替代率(0%,25%,50%,75%,和100%)被选为一个变量,和15个立方体抗压强度和30棱镜标本被评估。标本的失败形态随后特征,随着立方抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变、极限应变和其他性能指标。替代率的影响的样本指标RLWAC也进行了分析。这是观察到的干表观密度RLWAC增加替代率逐渐降低。而替代率为0%,下降为6.50%,11.39%,21.84%,和27.54%的观察,分别。在提高RLWA替代率,抗压强度、峰值应变、极限应变的RLWAC观察逐渐减少。作为替代率从75%上升到100%,峰值应变指出减少约6.8%。作为替代率从50%上升到75%,极限应变下降约14.2%。 Based on the experimental findings, the functional relationships of the strength indices and the conversion value of each strength index with the replacement ratio were also established. Finally, based on the model proposed by the existing model, the stress-strain equation of RLWAC was developed, and the fitting results were observed to be in good agreement with the test results.

1。介绍

由于中国的建筑垃圾堆积,浪费的有效利用已经成为一个严重的问题(1,2]。在这方面,在建筑垃圾粉碎和分级,一小部分(甚至是全部)可以取代天然粗和细骨料按特定的成分。随后,水和水泥可以添加到形式再生骨料混凝土(RAC) [3- - - - - -5]。废物的回收混凝土不仅可以大大减少自然资源的消耗和减轻的压力日益稀缺的资源,但它也对保护环境有更多的实际意义(6,7]。然而,再生混凝土的再生粗骨料来源相对广泛。在先前的研究8- - - - - -10),再生粗骨料主要来源于普通混凝土;然而,RLWA产生RLWAC结构拆除后还没有详细研究[11,12]。轻集料混凝土(LWAC)主要由多孔轻骨料或人工陶粒作为粗骨料,干表观密度的不超过1950公斤/米³。LWAC轻型结构的特点,优良的变形性能和保温(13];因此,减少结构的重量和材料保存(14,15]。因此,LWAC主要用于大跨度桥梁、高层建筑、路基和路面。作为建筑废料的来源,LWAC可以实现资源利用率的RLWAC建筑垃圾通过RAC技术(16- - - - - -18]。RLWAC是一种新型混凝土组成的浪费LWAC后机械或人工破碎、筛选、分级、和其他进程按照设计比例获得部分或全部取代天然粗骨料(NCA)。此外,添加RLWA普通混凝土不仅继承了LWAC的优势,如低自重、优良的热性能和最佳的地震特征(19- - - - - -21),但也提高了低强度、低弹性模量,和其他力学性能LWAC [22,23]。

目前,研究RLWAC的性能指标和应力-应变方程(全曲线)是在初步阶段24,25]。Wongkvanklom et al。26)研究的影响RLWAC替代率的属性结构轻质混凝土。结果表明,结构轻质混凝土含25%,35%,和45% RLWA 28天抗压强度为30.3,19.8,和16.5 MPa,分别。因此,只有45%的RLWA观察替代率表现出较低的性能比要求。黄等。27]研究RLWAC的微观结构,四种类型的界面过渡区(ITZ)观察之间的水泥浆和RLWAC轻骨料。新砂浆和之间的ITZ RLWA覆盖老砂浆被指出是最弱的,而新砂浆和之间的ITZ RLWA没有覆盖旧的砂浆是最强的。Bogas et al。28]研究了RLWA置换率对混凝土的影响特征。这是观察到与RLWA取代轻骨料后,抗压强度和分裂抗拉强度增加了14%和32%,分别。Bogas et al。29日)还研究了RLWA对混凝土的长期性能的影响。观察到,整合RLWA增强碳化和氯离子渗透性能的非结构化LWAC和碳化性能的增加,扩散系数变化到70%和20%,分别。伤势严重等。30.铸造RAC)提出了一种新的压缩方法,抗压强度和弹性模量的压缩RAC标本观察高于未压缩的RAC标本。姆尼尔et al。31日)建立了一个通用钢螺旋的轴向应力-应变模型限制普通骨料混凝土,RAC,和治疗RAC,表现出最佳的适用性,可以确定RCA的允许的内容。总体而言,国内外学者大多集中在RAC LWAC研究和RLWAC的研究仍处于起步阶段。由于RLWAC优势降低结构重量和拯救自然聚合,它有广泛的应用前景,因此需要进一步研究[32,33]。

在这项研究中,抗压强度RLWAC特征,和替代率的影响RLWA的抗压强度、峰值应力、峰值应变、等性能指标进行了讨论。的功能关系强度指数和转换值的强弱指标的替代率也成立。最后,应力-应变方程RLWAC发达。

2。测试程序

2.1。材料

选择P⋅O 42.5普通硅酸盐水泥。普通的自来水作为混合水。连续级配碎石采用天然粗骨料,与粒度之间的5和31.5毫米不等。回收轻粗集料是通过人工破碎、分级、筛选和干燥的浪费页岩陶粒LWAC标本和LC20 LC25成绩从河南理工大学结构大厅。碎RLWA是均匀混合体积比为1:1,粒度介于5和31.5毫米。粗骨料的最大尺寸是31.5毫米。粒度分布(中国GB / T 17431.1 - -2010)呈现在图1如图,粗骨料2(一个)和2 (b),分别。此外,表中给出的基本物理性质1。观察,RLWA决心的吸水率是9.46%,远高于天然粗骨料。正是由于原因,RLWA粗糙的表面,与众多内部毛孔。测量混凝土混合料表现出最佳的可加工性,崩溃程度在于170 mm - 190 mm的范围。

2.2。设计的混合比例

RLWA不一的替代率为0%,25%,50%,75%,100%(重量百分比的RLWA总粗骨料)。标本用0%替代率作为一个基准,基准的混合比例是440公斤/米³水泥、1066.32公斤/米³天然粗骨料,0公斤/米³回收的轻量级的粗骨料,634.08公斤/米³沙子,208公斤/米³净的水,0公斤/米³额外的水,一个有效的水胶比为0.47(有效的水胶比的质量比净水水泥)。其他材料的数量保持不变。通过改变天然粗骨料,回收轻量级粗骨料,和额外的水,标本的替代率为25%,50%,75%,100%。自然总数量为799.74公斤/米³533.16公斤/米³266.58公斤/米³,0公斤/米³,分别。回收的数量轻粗集料为139.68公斤/米³279.36公斤/米³419.04公斤/米³和558.72公斤/米³,分别。此外,额外的水的量为13.21公斤/米³26.43公斤/米³39.64公斤/米³和52.85公斤/米³,分别。总的来说,15多维数据集和30棱镜标本,3立方和六棱镜标本为每个替代率发达。

2.3。准备和加载的标本

一个压力试验机(sye - 2000)与2000 kN的最大试验力。按照“标准测试方法的具体的物理和机械性能”(中国、GB / t50081 - 2019),分析了立方和轴向抗压强度的加载速率9 kN / s。再生轻骨料替代率作为一个变量。随后,15多维数据集和维度的150 mm×150 mm×150 mm被用来分析立方抗压强度测试。此外,15棱镜的大小150 mm×150 mm×300 mm也用于探索轴压和应力-应变曲线。

3所示。测试结果和分析

3.1。干表观密度

的研究表明,干表观密度与抗压强度有直接关系,替代率的标本34]。不同取代率,3组试件尺寸为100毫米×100毫米×100毫米生成。标准养护后,标本的恒重干电烘箱(SY101-2)在105°C,其次是质量的测量。测量干表观密度低于0%,25%,50%,75%,和100%替代率是2353公斤/米³,2200公斤/米³,2085公斤/米³,1839公斤/米³,1705公斤/米³,分别。可以观察到,干表观密度的RLWAC低于普通混凝土(34]。在替代率提高,干表观密度的RLWAC指出逐渐减少。替代率为0%,下降为6.50%,11.39%,21.84%,和27.54%,分别观察。

基于干表观密度的测量值,干表观密度和替代率之间的关系是安装,如图3。可以注意到,干表观密度的标本展览替代率的线性关系。使用替代率作为一个变量,干表观密度之间的函数关系和替代率是通过使用最小二乘法的原理,和获得的关系所示以下方程: 干表观密度的表达的吗y的替代率回收轻骨料用γ。

3.2。失败机制和形态

RLWAC试样的破坏机理与普通混凝土的标本(35,36]。在初始加载标本,标本的表面没有明显的变化。逐渐随着负载的增加,试样的内部压力开始增加。随着荷载继续增加,裂纹的声音代表观察胶体开裂,试样内部裂纹的继续扩大。小裂缝和微裂隙出现在试样的表面,逐渐扩大,惊呆了。随着负载到达极限值时,试件最终破坏。然而,失败的形态学RLWAC和普通混凝土标本被指出是不同的。普通混凝土展览一个四边形的金字塔失效模式。由于多孔RLWA的脆性特征,多维数据集标本沿方向平行于裂纹失败。在棱镜,微裂隙首先出现在表面,扩张和transfixation紧随其后。 Finally, the specimen is damaged due to the massive blocky spalling. The failure morphology of the cube specimen is shown in Figures4(一)- - - - - -4 (c),分别。另一方面,显示了轴向压缩的破坏形态数据4 (d)- - - - - -4 (f),分别。可以观察到,失败的RLWAC地区主要存在于界面砂浆和RLWA之间的过渡区。

3.3。应力-应变曲线

标本的抗压应力-应变曲线作为替代率的一个函数图所示5整个曲线,每个曲线获得的平均3棱镜标本。RLWAC标本的应力-应变曲线,观察到不同的替代率是不同的。然而,曲线通常包括升序和降序段与峰值点。在增加RLWA替代率、应力峰值点是指出逐渐减少。同样的替代率,曲线的下降段展品陡峭的趋势开始,其次是平仓,指出特定的曲线的形状是没有明显规律明显不同。应力-应变曲线的下降段指出是最陡的替代率0%,下降段是温和的替代率为50%。与其他替代比率相比,标本替代率为0%具有较高的强度和较大的峰值应变;因此,曲线是表示最大。RLWA替换率增加,孔隙度和脆性的RLWA变得更加重要,和强度和峰值应变的,下降的速度变得更快,相对。曲线进一步指出,要温柔的替代率50%。

4所示。分析影响因素

4.1。抗压强度

的抗压性能RLWAC标本如表所示2。可以观察到,立方和轴向抗压强度值与增加替代率降低。

此外,它可以从表2立方和RLWAC标本的轴向抗压强度达到设计强度水平,和轴向抗压强度的比值RLWAC的立方抗压强度高于普通混凝土。然而,在RLWA的替代率为100%,标本的立方抗压强度比轴向抗压强度低。这是由于原因的粗骨料RLWAC由RLWA,干表观密度的RLWAC达到最小值。因此,由于多孔RLWA的脆性特征,多维数据集样本的故障形态变得接近棱镜的标本,和立方抗压强度的增加是有限的。此外,混凝土的离散性也会导致观察到的现象。

如数据所示6和7的抗压强度和替代率RLWAC标本显示线性发展,RLWAC的抗压强度低于普通混凝土。增加替代率、立方和轴向抗压强度RLWAC标本的观察到逐渐减少。观察到的现象是由于众多RLWA裂缝和微裂隙。在替代率增加,初始损伤逐渐增加在宏观的,强度也相应降低。在增加替代率,观察到立方抗压强度降低了15.42%,12.88%,3.75%,和22.90%,分别,而轴向抗压强度下降了3.09%,0.93%,8.11%,和5.50%,分别。RLWA变化的替代率从50%提高到75%,立方抗压强度没有明显变化。此外,RLWA变化的替代率从25%提高到50%,无关紧要的轴向抗压强度的变化。与天然骨料相比,RLWA孔隙度和脆性的特点。在RLWA替代率增加,试样的抗压强度逐渐降低。作为替代率从0%变化到25%和75%到100%,RLWA内容的作用与抗压强度的替代率相比是更重要的,从而导致更多的抗压强度明显下降。

基于测量值在表2的抗压强度标本受到无因次拟合过程,如图6和7。可以观察到,RLWAC标本显示一个线性的抗压强度与RLWA的替代率之间的关系。完全改变的情况下替代率,利用最小二乘方法,获得的关系如下所示: 在哪里f_铜、γ和f_c,γ代表了立方和轴向抗压强度作为替代率的函数,分别。此外,f_铜、0和f_{c, 0}代表的立方和轴向抗压强度RLWAC标本替代率为0%。

4.2。峰值应变

(峰值应变ɛ₀)RLWAC表所示3。可以观察到,降低峰值应变逐渐增加RLWA替代率,并指出很大程度上是线性的关系。这是由于弹性模量的原因,RLWAC展品有点区别为不同的替代率在到达峰值应变之前。此外,RLWAC轴向抗压强度降低,增加RLWA的替代率,即。峰值应力逐渐降低,下降的程度更加明显。因此,相应的峰值应变RLWAC通过增加RLWA替代率的降低。

的替代率RLWA从0%上升到25%,试样的应变峰值降低了2.9%。的替代率RLWA从25%增加到50%,峰值应变却降低了5.6%。此外,随着RLWA的替代率从50%提高到75%,峰值应变表示将减少3.5%。最后,正如RLWA的替代率从75%增加到100%,峰值应变却降低了6.8%。

峰值应变之间的关系和替代率如图8。可以观察到,峰值应变的标本显示替代率的线性趋势。的情况下完全改变替代率,获得的拟合关系如下所示:

4.3。极限应变

压力为0.5f_c在应力-应变曲线的下降段作为极限应变(ɛ_u),RLWAC标本的极限应变的函数替代率如表所示4。极限应变没有以替代率为0%。这是由于试样的刚度的原因是大型替代率为0%,而刚度测试的机器有点不足。这导致突然失败的标本,因此呈现下降段的测量数据离散和不准确的。关于加强RLWA的替代率,标本的极限应变逐渐减少,这是由RLWA的内部结构决定的。RLWA拥有大量的气孔和脆性行为,和RLWAC标本准备利用RLWA展览一个明显的宏观突然下降。RLWA替代率的提高,塑料的应力-应变曲线的下降段逐渐减少。相应地,极限应变、塑性的一个量化指标,也立即减少。

作为标本RLWA的替代率从50%增加到75%,极限应变是观察到减少最多,约14.2%。此外,随着RLWA的替代率从25%增加到50%,从75%提高到100%,极限应变是指出减少约3%。它可以观察到的极限应变RLWAC标本替代率的不同而存在明显的变化在一个替代率值的50%。

极限应变之间的关系和替代率如图9。可以看出,试件的极限应变与替代率线性增加的趋势。的情况下完全改变替代率,获得的拟合公式如下所示:

4.4。抗压强度的换算关系

对于普通混凝土,转换轴向和立方抗压强度之间的关系如下所示(37]:

的决心RLWA和普通骨料的力学性能是不同的,之间的转换关系普通混凝土的抗压强度是RLWAC不再适用。如表所示2轴向抗压强度的比值,RLWAC标本中立方抗压强度与RLWA的替代率密切相关。基于测量值,轴向抗压强度的比值之间的关系的立方体抗压强度RLWAC替代率进行拟合,如图10和功能关系如下所示:

5。应力-应变方程

进一步探索RLWAC的应力-应变行为及其与RLWA的替代率的关系,受到的应力-应变关系无因次拟合处理,如图11(σ₀峰值应力,即。,一个xial compressive strength).

如图11,升序和降序的曲线表现出很大的差异。为了获得一个更精确的应力-应变方程,该模型提出的郭(37用于实现分段拟合,如方程所示(7)。 在哪里x代表了横坐标变量ε/ε₀,而y代表协调变量σ/σ₀。

测量值是由最小二乘法拟合,和系数α_一个和α_d作为RLWA的替代率的函数如表所示5。的关系曲线α_一个,α_d,γ呈现在图12。

为了获得一个方程涉及的参数α_一个和α_d关于替代率,参数之间的关系α_一个或α_d和RLWA的替代率可以通过分析和拟合获得的数据表5,见以下方程:

采取γ= 0%,25%,50%,75%,100%在方程(9)和(10)的值α_一个和α_d计算和替代方程(8)。测量的比较和计算曲线的函数替代率呈现在图13。

6。结论

在这项研究中,15个立方的压缩力学性能和30棱镜标本进行了研究,和更换的影响比率RLWA的抗压强度、峰值应力、峰值应变、和其他性能指标RLWAC探索。可以得出的主要结论如下:(1)RLWAC标本的干表观密度随增加RLWA替代率。替代率为0%,观察是下降6.50%,11.39%,21.84%,27.54%。此外,RLWAC立方抗压强度的增加与干表观密度。(2)立方标本失败沿平行于裂纹的方向,这并不符合四角形的金字塔失败观察在普通混凝土中。失败的形态学RLWAC棱镜指出是类似于普通混凝土。具体来说,上下形成穿透裂纹,裂缝与水平面之间的夹角范围从60°- 80°。(3)与普通混凝土相比,立方抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变、极限应变的RLWAC指出要低。此外,观察到这些量逐渐减少与增加RLWA替代率。具体来说,作为替代率从75%增加到100%,峰值应变最降低约6.8%。另一方面,作为替代率从50%增加到75%,极限应变减少得最多14.2%。(4)基于替代率的影响在立方抗压强度、轴心抗压强度,和其他轴向抗压性能指标、功能关系的强度指数和每个强弱指标的转换值替代率已经建立。(5)RLWAC标本的应力-应变曲线具有不同置换率在不同。升序和降序的曲线通常是由段,与置换率显著影响曲线形状和趋势。基于提出的模型郭Z.H.,the stress-strain equation of RLWAC could also be established, and the fitting results were observed to be in good agreement with the test results.

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。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是中央大学为基础研究基金资助(XDJK2020C028),西南大学的实验技术研究项目(SYJ2020027),河南省重点研发和推广项目(212102310288),和河南大学的基础研究基金(NSFRF200320)。