聚合物技术的进步

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聚合物技术的进步/2020年/文章
特殊的问题

纤维增强聚合物复合材料在土木工程中的应用

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2020年 |文章的ID 6029047 | https://doi.org/10.1155/2020/6029047

曹董,回族,沈Qiangru曰锣,诚招,晓惠燕, 动态特性和耐氯玄武岩和聚丙烯纤维增强再生骨料混凝土”,聚合物技术的进步, 卷。2020年, 文章的ID6029047, 9 页面, 2020年 https://doi.org/10.1155/2020/6029047

动态特性和耐氯玄武岩和聚丙烯纤维增强再生骨料混凝土

客座编辑:Jinjun徐
收到了 2019年10月11日
修改后的 2019年12月30日
接受 2020年1月09
发表 02年6月2020年

文摘

纤维聚合物已被广泛用于提高混凝土的力学性能和耐久性。然而,研究纤维聚合物的动态性能的影响再生骨料混凝土(RAC)仍然是非常有限的。在这项研究中,我们准备了两种类型的RAC配方:RAC钢筋与玄武岩纤维(BFs)和RAC增强聚丙烯纤维(pp),和比较的影响纤维类型和内容上的空隙内容、可加工性(衰退),力学性能(抗压和抗弯强度),动态特性(动态弹性模量和阻尼比)和氯RAC的阻力。实验结果表明,空气空隙度和衰退值替代比例的RCA的增加和减少纤维内容。添加PPs的衰退提供了更多的负面影响比BFs RAC。包含0.2%的混合物PPs和BFs都获得挠曲强度最高。的PPs比BFs更有效改善RAC的阻尼比,和混合物含有0.3% PPs和BFs都获得最高的阻尼比。RAC相比没有添加纤维、标本的电荷传递的PPs大约增长了45%,而添加的标本BFs大约增加了30%,当纤维含量为0.3%。此研究表明,潜在的使用纤维促进RAC的动态属性。

1。介绍

在过去的几十年里,基础设施行业的快速发展,特别是在发展中国家,大量的建筑和建筑垃圾(C&DW)生成的1- - - - - -4),这不仅对环境造成严重污染,还会导致浪费不可再生资源(5,6]。因此,一些研究已经开始调查表明,RCA在RAC的应用是一种有效的方法来重用C&DW [7,8]。先前的报道表明,力学性能和耐久性RAC一般比天然骨料混凝土(NAC) [9,10];这主要归因于微裂纹11),坚持老砂浆中存在的RCA (12,13]。此外,一些研究发现,RAC的性能与替代比例(14)、类型(11,15)、大小(13RCA),属性的界面过渡区(ITZ) [16),掺合料(17)等。这些特征的RCA和RAC阻碍在某些领域中的应用。

为了解决这个问题,提高RAC的性质,几种方法被应用于改善这些天RAC的属性(1,17- - - - - -19),例如,加强或删除RCA的坚持老砂浆15,20.),应用两阶段混合的方法,并介绍一些矿物掺合料(17,20.]。然而,把坚持老砂浆从RCA可能导致微裂隙,坚持旧的增强效果。纤维聚合物超宽高比,可以形成桥行动当添加混凝土,这使得它可以提高RAC的属性(21- - - - - -23]。

这些天,大量的报道已经证实的纤维是一种有效的工具来提高RAC的属性(22,24- - - - - -26]。妞妞et al。21)调查了BFs对混凝土的抗压强度的影响(网C30、C40和)和发现,抗压强度的最大增量为9.18% (C30), 5.06% (C40)和7.13%(网),分别。Caetano et al。25)进行了一项实验:研究高强度钢纤维混凝土的抗弯强度;结果表明,钢纤维的加入改善混凝土的断裂能提高其极限抗弯强度。Grzymski et al。22)发现与再生钢纤维混凝土准备显示低约6倍的效率吸收能量后混凝土基体开裂,相比之下,一个典型的钢fiber-modified混凝土。类似的结论也报道了Akca et al。23]。迄今为止,研究纤维的影响RAC的属性主要包括力学性能和耐久性,而纤维的影响的动态属性和耐氯RAC仍然是有限的。钢纤维,而最常用的纤维加强RAC,容重高,提高混凝土结构的自重25]。此外,钢纤维是容易受到腐蚀。这些缺点限制其应用在一些地区防振和氯耐腐蚀的要求(25]。

阻尼是能够将振动能量转化为其他形式的能量在振动过程中(26,27]。先前的调查表明BFs之间的弱键的强度和混凝土中水泥砂浆;这种特性可能会增加能量色散(28]。因此,一些研究调查BF-reinforced RAC的动态特性,指出纤维增强RAC导致阻尼比高于南汽,在添加BFs显著降低RAC的力学性能27]。聚丙烯具有较高的断裂伸长率,大约增加了5 - 6倍比石,有潜在可能性增加混凝土的动态属性(27]。如今,越来越多不同类型的纤维在混凝土中的应用使RAC的动态行为更加复杂。到目前为止,研究PPs的动态属性的影响RAC仍然是有限的,特别是在动态特性的比较研究与PPs和BFs RAC修改。

在这项研究中,第一次,我们比较的影响纤维/类型的空隙内容,内容可加工性(衰退),力学性能(抗压和抗弯强度),动态特性(动态弹性模量和阻尼比)和氯RAC的阻力。两种类型的RAC配方是准备:RAC钢筋和BFs RAC增强pp。实验结果表明使用纤维的潜在促进RAC的阻尼比和灵活的力量。这非常重要,进一步应用纤维在RAC。

2。材料和实验

2.1。材料
2.1.1。胶结材料

硅酸盐水泥(P·O 42.5)和粉煤灰(FA)是用于这项研究。表12现在的水泥和FA的属性,分别。这符合中国国家标准的要求gb175 - 2007 (29日)和GB / T 1596 - 2005 (30.),分别。


化学成分(质量%) 物理性质 抗弯强度(MPa) 抗压强度(MPa)
SiO2 艾尔2O3 FeO说 比重(公斤/米3) 比表面积(m2/公斤) 3 d 28 d 3 d 28 d

18.7 5.9 3.4 61.9 3170.0 360.0 7.5 8.7 44.7 50.1


化学成分(质量%) 物理性质(%) 活动指数(%)
SiO2 艾尔2O3 2O3 细度 损失 7 d 28 d

49.7 31.1 6.0 3.8 25.3 4.5 97.2 101.3

2.1.2。聚合

粉碎石灰石与使用连续级配粗集料(图1在这项研究中。骨料的最大大小19毫米,和表3介绍了粗骨料的性质。所使用的细骨料是河沙。它的吸水率1.14%,细度模数为2.60,分别。胸衣和细骨料的性质符合中国国家标准GB / T 14685 - 2011 (31日和GB / t14684 - 201132),分别。


类型 压碎值指标(%) 表观密度(公斤/米3) 体积密度(公斤/米3) 吸水率(%)

NCA 9.8 2561.0 1380.0 1.1
美国广播公司 15.7 2509.0 1253.0 5.5

2.1.3。纤维聚合物和添加剂

PPs和BFs是用来改善RAC的动态属性。表4介绍了纤维的性质。Polycarboxylate-based强塑剂(SP)在这项研究中,使用固体含量和SP的减率是35%和28%,分别。


标签 直径(μ米) 密度(公斤/米3) 弹性模量(GPa) 延伸率(%) 抗拉强度(MPa)

32.0 920.0 3.8 20.0 450.5
男朋友 17.0 2590.0 89.1 2.9 2670.0

2.2。混合的比例

比较纤维的影响内容/类型和替代比例的RCA空隙内容、和易性、力学性能、动态特性和耐氯RAC。九种不同的混合比例被认为是在这个研究。

56显示参考混凝土和RAC的混合比例,分别。添加纤维聚合物体积含量为0.0 -0.3%,分别。混合物被命名为:比如50 RAC - pp - 0.1, 50 RAC指RAC的替代比例是50.0%,和pp - 0.1指PPs的数量是0.1%。自来水由两部分组成:普通混凝土的用水量设计和额外的水混合。应该注意的是,额外的水不会改变的有效water-to-binder比例混合物。


水泥 粉煤灰 河沙 天然骨料 添加剂

425.0 75.0 700.0 1050.0 165.0 5.0


具体的ID 纤维体积含量(%) 粗骨料(%) 水(公斤)
男朋友 NA 类风湿性关节炎

R 0.0 0.0 0.0 0.0 165 (0)
50 rac 0.0 0.0 50.0 50.0 165 (23.2)
100年rac 0.0 0.0 100.0 100.0 165 (46.4)
50个rac - pp - 0.1 0.1 0.0 50.0 50.0 165 (23.2)
50个rac - pp - 0.2 0.2 0.0 50.0 50.0 165 (23.2)
50个rac - pp - 0.3 0.3 0.0 50.0 50.0 165 (23.2)
50个rac - bf - 0.1 0.0 0.1 50.0 50.0 165 (23.2)
50个rac - bf - 0.2 0.0 0.2 50.0 50.0 165 (23.2)
50个rac - bf - 0.3 0.0 0.3 50.0 50.0 165 (23.2)

2.3。测试方法
2.3.1。孔隙率的内容

混凝土空隙含量测量仪(LC 61 - 7 - l)是用来测试新浇混凝土的空隙内容根据中国国家标准GB / T 50080 - 2016 (33]。

2.3.2。和易性

衰退的值应用于测量可加工性的新鲜RAC根据中国国家标准GB / T 50080 - 2016 (33]。

2.3.3。力学性能

抗压和抗弯强度测试,立方标本的维度 和移动标本的维度 分别使用。24小时后从最初的铸造、样本demolded然后保存7 28天养护室( ,≥95% RH),直到一天的测试,按照中国国家标准GB / T 50081 - 2002 (34]。

2.3.4。动态属性

动态弹性模量测试,样品的尺寸 使用经过28天的治疗根据中国国家标准GB / T 50082 - 2009 (35),通过横向谐振法频繁,结果得到的平均三个单独的测试结果,计算了 在哪里 混凝土的动态弹性模量,MPa; 样品的重量,公斤; 测试样本的长度,毫米; 的横向频率标本,赫兹; 边长的正方形横截面样本,毫米。

阻尼比是用于定义混凝土的阻尼能力。一个两端自由梁的振动和脉冲硬件/软件(Bruel & Kjær)被用来测试混凝土的阻尼比根据田et al。26]。数据23显示加速度历史RAC的自由振动和共振曲线,分别。所有标本的阻尼比测试养护28天之后,和样品的尺寸 混凝土的阻尼比计算的半功率带宽法,计算了 在哪里 代表RAC的阻尼比,%; 表示频率对应的振幅f0/√2赫兹;f0代表RAC的共振频率,赫兹。

2.3.5。耐氯

快速氯离子迁移方法(RCM)用于评价混凝土的抗氯养护28天后根据中国国家标准GB / T 50082 - 2009 (35]。图4介绍了混凝土抗氯的测试过程。

2.3.6。微观结构特征

混凝土的微观结构的特点是s - 4800环境扫描电子显微镜(整体)。养护28天后,标本破碎成小块,选择样品制备。应该注意,标本的表面涂了黄金在测试之前。

3所示。结果与讨论

3.1。孔隙率的内容

5显示新浇混凝土的空隙内容价值。它可以观察到,添加纤维孔隙率有显著影响RAC的内容。RAC的空隙含量略有下降了15.8% (50 RAC - pp - 0.1)、21.1% (50 RAC - pp - 0.2)、5.3% (50 RAC - bf - 0.1)、15.8% (50 RAC - bf - 0.2)和21.1% (50 RAC - bf - 0.3)在每种情况下,与50 RAC。只有50 rac - pp - 0.3混合物含有0.3% PPs显著降低了31.6%。

的RCA空隙含量没有显著影响当替换RCA的比例小于50%,而大幅减少空隙的内容可以发现在100% RCA混合物(100 rac)。参考混凝土相比,新鲜的RAC的空隙内容价值下降了17.4% (50 RAC)和26.1% (100 RAC),分别。可以获得的RAC减少RAC的空隙含量明显高于添加的纤维。

3.2。和易性

从图6,它可以观察到经济衰退(50 rac)值下降了16.7%和41.7% (100 rac),分别与参考混凝土。此外,混合物的PPs (50 rac - pp - 0.1, 50 rac - pp - 0.2,和50 rac - pp - 0.3)获得了相对较低的价值下滑。此外,经济衰退RAC的价值与PP的增加或减少高炉的内容。没有重大影响人民党或男朋友含量小于0.2%时,同时显著减少的衰退可以观察到在混合纤维的0.3%。混合物的衰退价值50 rac - pp - 0.3和50 rac - bf - 0.3下降了43.3%和26.7%,分别比50 rac。这主要归因于高表面积的纤维具有高吸水率(36,37),增加新浇混凝土的粘度。因此,纤维低于0.2%的推荐剂量获得相对较好的和易性的混合物。此外,结果表明,添加PPs对RAC的衰退提供了更多的负面影响比石。

3.3。机械性能

从图7,就可以获得样品的抗压强度下降了9.6% (50 rac)和31.2% (100 rac),分别经过28天的治疗,而具体的引用。这可能是由于坚持老砂浆RCA大量孔隙和微裂隙(13),导致可怜的RCA的属性比NCA(见表3)。它需要强调,RCA的替代比例的增加可能因此增加孔隙和裂缝的数量;因此,RAC的抗压强度下降RCA的替代比例的增加(16]。类似的结论已经被Wijayasundara报道et al。3]。

RAC的抗压强度显著下降了12.9% (50 RAC - pp - 0.1)、16.2% (50 RAC - pp - 0.2)、5.3% (50 RAC - pp - 0.3)、19.4% (50 RAC - bf - 0.2)和15.9% (50 RAC - bf - 0.3)相比,在每种情况下的50个RAC。混合物的抗压强度50 rac - bf - 0.1稍微经过28天的治疗增加了1.5%。的结果与先前的报道一致36]。减少压缩可以总结如下:(1)纤维的加入带来了很多缺陷,如气泡、空洞、松散的矩阵(13]。这些缺陷之间形成弱ITZ纤维灰浆和高孔隙度和大量微裂隙13,36];(2)纤维的加入可以凝聚似乎不均匀分散,然后,它可以形成一个缺陷和减少RAC的抗压强度13];(3)纤维的加入可以形成空间网络结构;它可以释放压力和克服粒子之间的相对滑动13];和(4)的纤维桥行动中发挥作用,它可以防止微裂隙的传播(36]。基于上述,RAC钢筋的抗压强度与纤维表现出轻微的减少或增加,相对于参考混凝土。纤维和砂浆之间的弱ITZ,泡沫,空洞,和宽松的矩阵由于纤维的加入有可能增加RAC的阻尼比的纤维;这将是讨论的部分3.4

增加纤维的影响或RCA的挠曲强度RAC是显而易见的。相对于参考混凝土养护28天之后,混合物的挠曲强度50 rac和100年rac下降了12.4%和30.1%,分别见图8。它还可以观察到RAC的抗弯强度增加了11.9% (50 RAC - pp - 0.1), 16.1% (50 RAC - pp - 0.2)和12.2% (50 RAC - pp - 0.3)相比,在每种情况下的50个RAC。混合物含0.1%,0.2%,和0.3%的石,混凝土的抗弯强度增加了15.1%,16.4%,和11.7%,分别。也就是说,包含0.2%的混合物PPs和BFs获得挠曲强度最高。这个结果是与先前的报道一致36]。这可能是由于纤维的桥作用[36]。因此,纤维是0.2%的推荐剂量获得挠曲强度最高。

3.4。动态特性
3.4.1。动态弹性模量

9显示具体的动态弹性模量;它可以被观察到的动态弹性模量的标本50 rac和100年rac下降了6.6%和19.1%,分别比参考混凝土养护28天后。

RAC钢筋与PPs的动态弹性模量下降了5.1% (50 RAC - pp - 0.1)、9.3% (50 RAC - pp - 0.2),和9.9% (50 RAC - pp - 0.3)相比,在每种情况下的50 RAC,见图9,而BF-reinforced RAC的动态弹性模量下降了2.2% (50 RAC - bf - 0.1), 7.3% (50 RAC - bf - 0.2)和9.1% (50 RAC - bf - 0.3),分别。纤维的影响在RAC的动态弹性模量相似的抗压强度。它可以得出的结论是,添加BFs是更有效的比PPs增加混凝土的动态弹性模量。

3.4.2。阻尼比

从图10,它可以观察到,阻尼比的混合物(50 rac和100 rac)养护28天后增加到1.6%和2.0%,分别。即RAC的阻尼比增加了109.3% (50 RAC)和164.0% (100 RAC),分别比较的参考混凝土。结果表明,阻尼比的英国皇家飞行俱乐部(RAC 50和100 RAC)大约增加1.5比基准混凝土的-2.0倍。

阻尼比的改善纤维增强的RAC可以概括如下:(1)坚持老砂浆RCA和ITZs(新旧ITZ)存在大量的孔隙(13,38),如图11膨胀或收缩,孔隙有利于空气的能量耗散在RAC [13];(2)分散能源微裂隙存在于ITZs的摩擦;此外,多孔ITZs有大量的水化产品(CH晶体和尾),导致高孔隙度和宽松的组织,它提供了一个积极的影响在混凝土的能量耗散16,39];(3)老砂浆(图的存在11)有利于能量耗散由于新老砂浆(之间的滑动摩擦13];(4)纤维和砂浆之间的滑动摩擦。因此,RAC的阻尼比增加而增加的RCA的替代率。相应地,削弱ITZ的特点有负面影响RAC的机械性能,如部分3.3

混凝土的阻尼比增加了152.04% (50 rac - pp - 0.1)、154.7% (50 rac - pp - 0.2)和206.7% (50 rac - pp - 0.3),分别增加了122.7% (50 rac - bf - 0.1)、146.7% (50 rac - bf - 0.2)和162.7% (50 rac - bf - 0.3),分别比50 rac,见图10。结果表明,纤维的加入积极的影响RAC的阻尼比,尤其是PPs的增加;这可能是由于纤维之间的弱ITZ和迫击炮(图12)。因此,纤维获得0.3%的推荐剂量最高的阻尼比。此外,结果表明,添加PPs是更有效的比BFs改善RAC的阻尼比。

3.5。耐氯

从图13,可以看出电荷增加通过RCA的替换率的增加;的电荷通过混凝土2443.0度和3230.3 C,分别。混合物的最大电荷传递属于标本含有100% RCA (100 rac)。

相比50 RAC养护28天之后,电荷传递的RAC的PPs与0.1 - -0.3%内容大约增加8.9 - -47.2%,而添加BFs 0.1 - -0.3%内容增加了2.3 - -31.4%。观察是约定的先前的研究[23,25,36]。负责通过增量的RAC增强PPs和BFs可以归因于混凝土缺陷(ITZ fiber-mortar和空洞)40]。此外,电荷传递的标本的PPs大于添加BFs的标本。

4所示。结论

在本文中,我们准备了两种类型的RAC配方:RAC钢筋和BFs RAC钢筋与PPs和比较的影响纤维类型和内容上的空隙内容、可加工性(衰退),力学性能(抗压和抗弯强度),动态特性(动态弹性模量和阻尼比)和氯RAC的阻力。与试验结果提出了在这项研究中,可以得出以下结论:(1)添加纤维导致减少空隙RAC的内容和衰退。空隙含量下降了15.8% (50 rac - pp - 0.1)、21.1% (50 rac - pp - 0.2)、5.3% (50 rac - bf - 0.1)、15.8% (50 rac - bf - 0.2)和21.1% (50 rac - bf - 0.3)在每种情况下,与50 rac。的PPs对经济衰退提供了更多的负面影响比石;混合物的衰退50 rac - pp - 0.3和50 rac - bf - 0.3下降了43.3%和26.7%,分别(2)这里的内容和类型的纤维有边际影响混凝土的抗压强度,而RAC的挠曲强度显著影响。RAC的抗弯强度增加了11.9% (50 RAC - pp - 0.1)、16.1% (50 RAC - pp - 0.2)和12.2% (50 RAC - pp - 0.3)相比,在每种情况下的50个RAC。混合物含0.1%,0.2%,和0.3%的石,混凝土的抗弯强度增加了15.1%,16.4%,和11.7%,分别。纤维是0.2%的推荐剂量获得挠曲强度最高(3)混凝土的阻尼比(rac 50和100 rac)大约增加1.5比基准混凝土的-2.0倍。PPs的加法是更有效的比BFs改善RAC的阻尼比,和包含0.3%的标本纤维获得最高的阻尼系数值;混凝土的阻尼比增加了206.7% (50 rac - pp - 0.3)和162.7% (50 rac - bf - 0.3),分别比50 rac(4)的电荷通过标本的PPs大于的标本的石。相比50 rac养护28天之后,标本的电荷传递的PPs大约增长了45%,而样品添加BFs大约增加了30%,当纤维含量为0.3%

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

这项研究受到了2018年南通基础科学研究项目(JC2018096)和江苏省高校自然科学基金(17 kjb580009)。

补充材料

表1空隙内容和滑坡具体的价值。表2混凝土的力学性能。表3混凝土的动态属性。表4通过具体的收费。(补充材料)

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