文摘
本研究的目的是调查的影响聚丙烯纤维增强自密实混凝土(SCC)新鲜和硬化阶段,以及他们的耐用性行为。属性的大理石状纤维增强鳞状细胞癌在新鲜状态的手段研究了滑坡流直径和流一次,V-funnel,新技术测试。具体属性在硬化状态进行抗压强度、抗拉强度、分裂,抗弯强度。水泥是取代大理石粉替代率为4%,8%,12%,和16%,聚丙烯纤维增加了0.1%,0.2%,0.3%,0.4%。持久性属性的形式分析了透水性和氯离子迁移。根据测试的结果,鳞状细胞癌恶化的和易性纤维含量的增加,尽管它在较高的大理石剂量有效执行。几乎没有影响纤维的抗压强度和透水性SCC的属性。然而,通过添加纤维在SCC分裂抗拉强度和抗弯强度提高了16.92%和11.36%,分别。的大理石粉与聚丙烯纤维表现出协同作用,显示其在SCC的适用性。提高了氯阻力较低的聚丙烯纤维添加内容。 For optimizing polypropylene fibers (pp) and marble powder substitution, the polynomial work expectation justifies the response surface technique (RSM). When a值为0.05时用于分析的变化(Linear-ANOVA),该模型被认为是具有统计学意义。大大提高了混凝土的性能用12%大理石粉末用水泥和添加3%聚丙烯纤维。
1。介绍
自密实混凝土(SCC)是一种混凝土,明显不同于其他类型的对自密实混凝土被自己的重量压垮。这意味着不需要任何机械压实。开始以来,它一直被认为是建筑行业的一个重要进步。因为它的技术优势,鳞状细胞癌在建筑行业已经变得越来越受欢迎。鳞状细胞癌的概念在1986年引入[1]。自成立以来,鳞状细胞癌已经彻底改变了建筑行业打开一个全新的研究领域和知识。鳞状细胞癌有许多好处,包括提高施工质量,提高了生产率,更重要的是更好的现场运行环境。已经在建筑业的热烈欢迎,认为它可以一个代替传统的混凝土在不久的将来。混凝土是一种脆性材料在拉伸和弯曲加载情况下。它有相当高的抗压强度,但抗拉强度很低2]。因此,如果混凝土受到拉力,它需要有一个更强的抗拉强度。多年来,各种类型的纤维结合来提高混凝土的抗拉强度。在20世纪早期,石棉纤维被用于提高混凝土的抗拉强度,这被证明是有效的(3]。聚丙烯(PP)、玻璃、天然(4),和钢纤维用于混凝土在60年代(5]。无数的研究声称,纤维混凝土抗压强度(极少或几乎没有什么影响6- - - - - -8]。从重要的研究已经证明,纤维混凝土中添加不仅提高抗拉强度,而且提高混凝土的抗弯强度(9- - - - - -13]。混凝土的耐久性显著提高纤维与其他辅助胶结材料(14- - - - - -19]。鳞状细胞癌的有效性可以增加另外通过包含纤维如玻璃纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的抗拉强度、韧性和挑战性的裂纹扩展20.- - - - - -22]。许多研究人员已经提出了他们的研究在鳞状细胞癌中使用纤维混合(23,24]。将纤维放入混凝土减少混凝土的和易性。然而,多种因素导致这个和易性下降,如纤维的类型、最大骨料尺寸,几何的纤维、长宽比和体积。Yap et al。25)报道,通过添加尼龙和聚丙烯纤维在油棕壳混凝土造成显著改善混凝土的抗弯和抗拉强度。有必要具体表现良好在其指定的耐久性要求。多数情况下,混凝土的耐久性是被忽视了。许多研究人员调查各种全球鳞状细胞癌的特征。鳞状细胞癌的耐久性性能与纤维,特别是PP纤维结合大理石粉末,尚未调查,尽管材料被广泛使用。因此,这个实验的目的是看看SCC的力学和耐久性性能与PP纤维强化和大理石粉部分替代水泥。
2。的研究意义
这项研究表明工业浪费即大理石粉末是提高机械和融入自密实混凝土耐久性混凝土的可持续发展的方法。本研究工作表明,大理石粉末,这是一个工业浪费,可以作为替代部分水泥。测试结果表明,添加大理石粉和聚丙烯纤维表现出协同作用的效果。本研究铺平了道路,以减少全球有限公司2排放利用可持续建筑材料特别是在发展中国家,符合联合国可持续发展目标(sgd) 9和12瞄准目标9.1,9.5,12.2,12.5,分别和12 (26]。响应面方法(RSM)为优化提供了具体属性的预测指标。
3所示。实验程序
3.1。材料
水泥综合生产SCC是普通硅酸盐水泥(OPC)确认ASTM类型1 (ASTM C150)。大理石粉末被用作矿物添加剂。水泥的化学成分和大理石粉末呈现在表1。细骨料比重为2.48。的最大大小和饱和面干比重粗骨料使用12毫米和2.69,分别。所使用的纤维是聚丙烯(PP)纤维。聚丙烯纤维中列出的测试属性表2。图1显示了大理石粉和聚丙烯纤维使用。一个poly-carboxylic ether-based high-ranged减水剂(HRWR)的比重1.06提供的本地制造商被用来产生鳞状细胞癌。
(一)
(b)
3.2。混合的比例
本研究调查是在两个阶段进行。在第一期,最优数量的大理石粉末被用作替代部分水泥生产自密实混凝土使用EFNARC 2005指南(27]。单片机控制混合产为500公斤/米3水泥粘结剂。水粘合剂比例一直为0.45。在某些组合、水泥逐渐取代了4%,8%,12%,和16%的大理石粉末。水泥取代逐渐找到最佳剂量保持完好的混凝土的强度。第二阶段,从第一期最优组合选择是用作控制混合和其他不同量的聚丙烯纤维混合使用。混合比例对所有SCC组合显示在表中3。
3.3。样品制备
所有批次都混合5分钟。完成混合时间,新鲜的性能测试,即滑坡流测试,每EFNARC V-funnel和新技术测试被执行(27]。钢模具被正确地清洗和上油。模具被放置在地板上,挤满了混凝土使用必要的压缩技术。每个样品的顶面被夷为平地。在实验室样品的模具都包含温度。模具是分离和样本放置24小时后按ASTM C192潮湿养护。
3.4。测试方法
新鲜SCC性能测定按照SCC EFNARC委员会的27)建议。新鲜的特性测量衰退流时间的关系(T500)和直径、粘度和传球能力。抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、透水性和氯离子迁移都是用来确定混凝土的硬化特性。抗压强度测试完成后按照BS标准(28]而分裂的抗拉强度和抗弯强度测试是按照ASTM程序完成。在150毫米的立方体抗压强度测试按照英国标准。分割抗拉强度进行了测试在气缸(直径150毫米和150毫米高度)按ASTM标准C496 [29日]。三棱柱的大小(100毫米×100毫米x500毫米)是为每个混合来确定挠曲强度。符合ASTM C1609,进行三点弯曲试验(30.]。计划测试挠曲强度如图2。
混合物的透水性测定按照:3065 - 1965 (31日]。四个细胞自动混凝土透水性装置使用。标本被治愈28天前水渗透性测试。早些时候这个测试,样品在105°C和烘干的乳胶漆是涂的标本,这样水只能通过顶部和底部表面渗透。样品被放置在细胞然后0.5 MPa水压力应用。这水压力提出和使用的李和Chung-Kong32]。水压力应用到稳态流动。通过测量水通过每个样本的数量,计算渗透系数是用达西定律。使用以下公式:
K=水渗透系数(厘米/秒),问=渗透水(cm3),一个=试样表面积(厘米2),H =标本身高(厘米),T =时间渗透(sec)P=静水压力(厘米)。
氯离子迁移试验的基础上进行了492年NT-BUILD设计规范(33]。多维数据集的150毫米,100毫米dia样本首先钻,然后这些切片厚度的大小(50毫米)和(100毫米)直径/ NT建立201年和202年的需求。真空处理,surface-dried标本被放置在真空容器中。标本都沉浸在Ca(哦)2解决方案三个小时后,真空是维护。真空进一步维护了一个小时。阴极电解液的解决方案是10%生理盐水质量的自来水,在蒸馏水和阳极液的解决方案是氢氧化钠。样品仍在18个小时的解决方案。解决方案和标本的温度维持在20 - 25°C。氯离子迁移设置阴极电解液的剖视图和阳极液图所示3。
一个外部电电压30 V通过试样轴向运动迫使氯离子转移到标本。标本被允许干24小时被切成两半,之前撒上硝酸银溶液。其次是测量氯离子的渗透深度。氯化后,非稳定状态迁移系数计算: Dnssm:非稳定状态迁移,(×10−12米2/秒),Xd:平均渗透深度,mm;T:平均最终和初始温度的助手解决方案,°C,李:试样的厚度,mm;t:测试时间在小时,U:电压
3.5。响应面法(RSM)
在开发数学模型时,响应面法(RSM)是一种定量的方法显示一个或多个反应在一组输入变量(34- - - - - -36]。的相对重要性和影响每个输入和响应计算使用RSM的多项式关系。混合设计可以预测和优化使用这个例子。在建立统计模型,实验数据的收集是第一步,紧随其后的是选择一个适当的模型来适应数据。演示这一点是如果评估是适当的。设计专家v11是一种可量化的软件包含测试设计,数值方程,事实的研究,和响应优化(37]。这种方法的方差分析(Linear-ANOVA)是用来设计输入变量之间的相互作用及其对产量的影响。本研究调查的反应抗压强度(日元),分离抗拉强度(y2),抗弯强度(y3),和可加工性的标本用坍落试验(y4),聚丙烯/ B (x1)和大理石粉末/ B (x2),指聚丙烯和大理石粉的比例,分别是管理这些反应的因素,分别占整个水泥通风气体物质。
4所示。结果与讨论
4.1。新浇混凝土性能
表4总结了新浇混凝土的参数组合。滑坡流测试的结果和T500衰退时间测试图形数据4和5,分别。所有的混合物,除了M-5表明良好的流动能力下降值从670毫米到745毫米。上、下极限按EFNARC从650毫米到800毫米。的部分替代水泥铺着大理石粉末在鳞状细胞癌,流动能力得到了改善。这可能是由于低密度的大理石粉末,从而增加粘贴体积,减少骨料之间的摩擦,也导致改善流能力和凝聚力。此外,据报道在文献中,在添加矿物掺合料,可加工性得到改善由于矿物掺合料的细度(38]。添加聚丙烯纤维SCC的经济衰退流量大大减少。随着纤维比例的增加,鳞状细胞癌的衰退流动减少,特别是PP纤维含量0.30%以上。SCC混合,PP纤维含量为0.40%,衰退下降流低于650毫米(每EFNARC较低的容许极限)观察(27]。PP纤维的加入使混合更多的粘性从而减缓混凝土的流动导致减少混凝土的和易性。这可能是由于大量的PP纤维的融合,这阻碍了SCC的流动。Yap et al。25)指出,复丝的PP纤维的12毫米长度、混凝土的和易性显著降低了。类似的结果也被其他研究报告(39- - - - - -40]。
(一)
(b)
表4为新技术提供了测试结果和V-funnel试验,分别。已经观察到的结果与更替水平激增的大理石粉末,新值(H2 / H1)增加表明SCC的传球能力提高。的PP纤维的传球能力显著下降。鳞状细胞癌的传递能力的降低可能是由于大量的PP纤维的存在,限制了混凝土在通过仪器的钢筋间距。它可以从图6V-funnel时间减少,增加更替水平的大理石粉末,然而,V-funnel时间与提高PP纤维含量显著增加。V-funnel时间的增加是由于部分阻塞的影响聚丙烯纤维。先前的研究已经发现了类似的结果(23,24]。
4.2。机械性能
4.2.1。准备抗压强度
鳞状细胞癌和抗压强度的评估在3,28日,56天的年龄。作为图形如图所示7混合所有的抗压强度随时间增加。它也观察到,抗压强度随着大理石粉含量的增加而减少。抗压强度4%的大理石粉也有类似的在28天强度的控制设计。混凝土29 MPa可以在12%的成功准备大理石粉末。除了早期强度提高的大理石粉末。由于这个反应,水化速度增加,因此在早期抗压强度提高。增加力量的另一个方面是大理石的包装和填充效果粉。大理石粉末显示其活性属性如果是细而细水泥提供了更高的早期水化热,最终反应提供了一个路径与大理石粉末(34]。已经注意到与PP纤维,抗压强度增加除了在大量的纤维即0.40%。的抗压强度降低0.40%可能是由于不适当的压实,这种混合并没有满足需求的鳞状细胞癌。抗压强度的增加与PP纤维含量的激增可能是因为限制纤维裂纹扩展。纤维的桥接结果增强了抗压强度(41,42]。自密实混凝土与大理石粉末,理想的抗压强度为34.53 MPa 3%聚丙烯纤维和12%大理石粉末,分别。轮廓的扭曲的外观显示之间存在弱界面的因素(聚丙烯纤维的百分比和大理石粉末)。根据三维响应面方案图中描述8鳞状细胞癌,抗压强度大大降低聚丙烯纤维和大理石粉末浓度的增加(43,44]。
4.2.2。分裂的抗拉强度
分割抗拉强度测定三个不同的时期:三天,28天,56天。结果是图中以图形的方式描述9。从图可以理解9增加抗拉强度降低了内容的大理石粉末。目睹,抗拉强度降低的趋势为大理石的内容是一样的抗压强度。感知的结果,SCC混合添加聚丙烯纤维提高了抗拉强度和PP纤维的加入有利于提高混凝土的抗拉强度。包含0.3%聚丙烯纤维增强的混合分割抗拉强度16.92%的混合控制。添加纤维混凝土提高强度的遮蔽作用,携带的部分应用负载(29日]。很明显从聚丙烯纤维混凝土的研究团体有助于提供扩展的抗弯和抗拉强度通过最小化的裂缝宽度和避免混凝土结构的突然失败,数据4和5显示二维等高线图和三维响应曲面图被用来找出最大抗拉强度、分裂以MPa。模型由参数是好的和合适的,证明的观察。模型的分割抗拉强度和semielliptical线轮廓插图呈现在图5展示一个公平的聚丙烯和大理石粉末之间的关系。分割抗拉强度下降的大理石粉和聚丙烯含量增加,如三维表面图所示。
4.2.3。抗弯强度
图10显示抗弯强度试验的结果进行的3,28岁,56天。研究发现,抗弯强度提高(11.36%)和聚丙烯纤维用量激增到0.30%,超过这个观察挠曲强度下降。PP纤维的较低的体积可能造成障碍在裂缝传播,而大量的PP纤维可能恶化导致集聚混凝土材料之间的粘结强度的纤维(12,45]。所有混凝土混合物的弯曲行为图所示10在各种配方。RSM-generated 2 d和3 d轮廓和响应面挠曲强度是描述数据6和11。在聚丙烯和大理石粉末内容,达到MPa的最大弯曲抗拉强度。鳞状细胞癌的斜率变量在这个模型中,然而,相当锋利,代表,即使是小的变化量的聚丙烯和大理石将导致大的弯曲抗拉强度的变化。当大理石粉末的数量是固定的,添加更多的聚丙烯混合设计降低了抗弯抗拉强度。直线轮廓计划,这表明每个分数的红、黄、绿色区域是均匀分布在情节,支持这种推理。
4.3。耐用性属性
4.3.1。透水性
进行透水性试验后28天的固化时间。测试结果如图12。目睹了,水渗透系数有所下降的大理石的内容。大理石粉12%,水渗透系数下降了0.84%。这个改善耐久性的逻辑SCC的填充效果添加大理石粉末。大理石粉末填充空白和显微结构的孔隙,从而使混凝土多孔结构。将PP纤维有益的方式降低了SCC的透水性。它从图可以被理解12透水性是通过增加PP纤维含量减少。纤维控制微裂隙和帮助保持结构的完整性,降低了水渗透率通过提供一个耐水的流动。均匀分布的纤维可以降低混凝土中微裂隙的可能性矩阵可以通过[水渗透的通道46]。超细纤维以及大理石粉末(MP)表现出协同作用降低整体的透水性。这些结果与以前的研究[同意47]。
4.3.2。氯离子迁移
氯离子渗透被认为是混凝土结构耐久性的最长期的原因之一,它是一个主要关心的工程师和研究人员在海洋结构的可持续性13,48]。显微结构的属性,如毛孔、微裂隙和国米面部债券之间的具体成分是导致渗透率的因素。氯离子迁移系数图的值13表明,氯离子渗透和大理石粉含量的增加略有减少。增加填料的耐氯是因为大理石粉的效果。它可能造成大理石粉将改善孔隙结构的界面过渡区。此外,PP纤维也展示一个重要的角色在减少氯离子渗透性48,49]。然而,研究团体同意,较大的纤维量可能会导致更渗透的路线。完美的混合纤维用量和其他辅助填充材料是设计一个耐久的混凝土所必需的。在这个研究项目,大理石粉末的影响显著。从图中观察到的13添加聚丙烯纤维改善了混凝土的抗氯。添加0.3%的大理石粉、氯离子迁移系数下降了5%。
5。方差分析分析
三个独立变量的影响,结合聚丙烯(B)和大理石粉末,SCC强度研究(一个)。研究方差是用于建立模型的重要性(方差分析)。抗压强度(MPa)模型的一个“F”值为8.2。同样,抗弯强度(MPa)和分离抗拉强度(MPa)是7.5和10.5,分别如表5所示。高焦距比数表示模型的相关性和恰当。这些数据显示,所有模型都是重要的。模型的焦距比数有0.01%的风险受到噪声的影响。模型与值小于0.05被认为是至关重要的。表5说明了结果。确定系数,通常被认为是平方(R2)模型,应该约0.88证明其可靠性。调整R2和预计R2的方差小于0.2。这表明修改后的R2和预计R2是相当一致的。信噪比测量也是一个最低最优(Adeq)精度的必要性。所有模型可以直接设计空间,如表所示6。结果,预测数量将会比预期的更准确,如果所有点法线是平行的。正常剩余块三维表面图和二维等高线图是用来验证模型的有效性和能力来选择提取参数取决于反应的结果。
5.1。优化和实验验证
两个因素的交互作用,聚丙烯和大理石粉末,机械强度,使用响应面建模方法(RSM)。一旦所有的数据从最初的混合物已经成功地收集,14个新RSM混合设计生成和重新进入RSM评估其功效,生成最终的模型,它见表7。比较结果表明,实验和RSM结果略有不同,但这仍然是可以接受的。欲望是0.592,这表明聚丙烯和大理石粉末,抗压强度达到34.6 MPa, 2.85 MPa挠曲强度和2.98 MPa分裂抗拉强度。
6。结论
这个实验的研究结果表明,纤维自密实混凝土与可接受的和易性和较高的机械性能可以用大理石粉和聚丙烯(PP)纤维的低容量:(我)PP纤维含量低(即。,up to 0.30% of concrete volume) to SCC has insignificant effect on its compressive strength.(2)添加聚丙烯纤维(0.30%)的混凝土体积分割相比,抗拉强度显著增加(3)挠曲强度也明显改善通过增加多达0.30%的SSC PP纤维混凝土体积。(iv)氯化聚丙烯纤维提供反对透水性和普及率较低的PP纤维。(v)结果也反映了混凝土性能与抗压强度有关。氯离子渗透PP纤维的0.30%下降了5%。(vi)双向方差分析和显著性水平小于0.001是受雇于人员来确定他们的模型预测的统计意义。整体误差和剩余误差由于穷人都是无关紧要的。预测模型的R2值表明variable-response关系是准确的代表,它可以改善。RSM模型用于计算SCC混凝土抗压,分裂抗拉、抗弯强度是正确的,可以用于生成预测。(七)预测模型的结果与实验数据一致,这表明一个小差异(7,10,11,15- - - - - -18,21,35]。
数据可用性
数据将根据要求提供相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
中国的国家自然科学基金(U1904177)提供金融支持,和河南省青年骨干教师培训策略(2019 ggjs01),中国河南省优秀青年基金(212300410079)和河南省交通科技项目(2018 - 5 - 136、2018 j2和2019 j-2-10)。作者还要感谢郑州大学的总统奖学金资助研究服务的国际学生。