低温养护再生混凝土粉超高韧性水泥基复合材料力学性能研究

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随着我国建筑行业的发展和革新,新型高性能、可持续发展的建筑材料将成为我国当前乃至以后很长一段时间内的发展方向。对于我国华北、东北和西北地区由于冬季时间持续较长,混凝土工程在此严重低温环境下施工,养护条件无法满足会造成工程质量下降和工期延误等问题。近十年来,随着我国供给侧改革的不断深入,城市现代化和城乡一体化步伐加快,老城区的改造产生了大量的废弃混凝土块等建筑垃圾。建筑垃圾不经处理随意堆放,既占用耕地又污染环境,成为我国城市现代化发展中的难题。为减少大量拆迁对环境造成的污染,可采用ECC对老化建筑进行修复。低温养护绿色再生ECC的研究,可有效解决大量建筑垃圾的处理难题,也为我国三北地区混凝土建筑ECC修复的冬季施工提供理论参考依据。本文在低温养护条件下,利用废弃混凝土块破碎、球磨混凝土微粉取代石英砂制备超高韧性水泥基复合材料(即ECC)。确定低温养护条件下(以华北地区冬季平均气温-10℃为准)混凝土粉的最佳取代率,再设计正交试验,研究水胶比、纤维产量、粉煤灰、温度等变量对低温下ECC力学性能的影响,并进行主体间效应检验,以确定影响因素作用效果的大小。再生混凝土粉ECC的研究既响应了国家可持续发展的战略,解决了大量建筑垃圾随处堆放的难题,又拓宽了新型高性能材料的发展思路,为我国华北、东北和西北地区混凝土建筑ECC修复的冬季施工提供理论依据,对以后超高韧性水泥基复合材料的工程实践以及施工规范的制定具有良好的指导意义。本文主要的研究内容和结论如下:(1)在-10℃养护条件下,采用再生混凝土粉取代石英砂,对比混凝土粉在0、25%、50%、75%、100%取代率下的力学性能,在综合考虑各个取代率下试件的各项力学性能指标后,最终选取混凝土粉取代50%石英砂作为最佳取代率。(2)基于正交试验的结果,利用SPSS统计分析软件得到温度、水胶比、纤维掺量和粉煤灰掺量对材料弯曲性能的影响规律。结果表明,材料的极限挠度在-10℃时最大,为53.6mm。极限强度在0℃时最大,为5.326MPa。通过对比主体间效应的F值发现,对挠度的影响大小依次为粉煤灰掺量>温度>水胶比>纤维掺量。(3)基于正交试验的结果,利用SPSS统计分析软件得到温度、水胶比、纤维掺量和粉煤灰掺量对材料抗折强度的影响规律。试验结果表明,抗折强度随养护温度的降低逐渐降低。增大水胶比会减小材料的抗折强度,增加纤维掺量和粉煤灰掺量会提升材料的抗折强度。(4)基于正交试验的结果,利用SPSS统计分析软件得到温度、水胶比、纤维掺量和粉煤灰掺量对材料拉伸性能的影响规律。结果表明,养护温度为0℃的极限拉应力最大,为2.34MPa。极限应变在-10℃最大,达到了5.35%。通过对比主体间效应的F值发现,对材料极限拉应变影响大小依次为温度>纤维掺量>水胶比>粉煤灰掺量。(5)基于正交试验的结果,利用SPSS统计分析软件得到温度、水胶比、纤维掺量和粉煤灰掺量对材料抗压强度的影响规律。试验结果表明,在养护温度0℃时的抗压强度最大,为25.3MPa。抗压强度随着温度的升高、粉煤灰掺量的增加逐渐提升,但增大水胶比会减小材料的抗压强度。
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