聚丙烯纤维人工砂再生混凝土力学性能试验研究

摘要

随着社会的高速发展和城镇化建设的提速，各类工程的拆建速度加快，导致废弃混凝土越积越多，易对人类生活环境造成污染，合理处理和利用废弃混凝土势在必行。立足于废弃混凝土的再利用以及解决天然砂资源日益匮乏和保护生态环境的目的，结合广西多山盛产人工砂的特点，将人工砂与再生粗骨料有机结合在一起研发生态型的人工砂再生混凝土，不仅能够缓解天然砂日益短缺形成的环境污染和环境压力等问题，而且还能够变废为宝产生一定的经济效益，符合了我国节约资源和保护环境的基本国策及生态型社会发展的重大战略需求。本文在同课题组成员对人工砂的物理、力学性能研究成果的基础上，将100％的再生粗骨料与100％的人工砂组合在一起，并加入聚丙烯纤维形成新型纤维人工砂再生混凝土，对该混凝土的力学性能展开研究。
　　试验采用了3个混凝土强度等级(C25、C35、C45)分别对应5个聚丙烯纤维掺量(0％、0.6％、0.9％、1.2％、1.5％)为变化因素，设计制作了45个标准立方体试块、90个标准棱柱体试块，通过立方体、棱柱体抗压强度试验和弹性模量试验，研究不同水灰比与不同纤维掺量对混凝土基本力学性能的影响，分别揭示了纤维人工砂再生混凝土立方体抗压强度、棱柱体抗压强度受纤维掺量、水灰比影响的二元关系规律，分析了抗压强度与轴心抗压强度之间的换算关系，以及基于立方体抗压强度的弹性模量经验计算式，研究了纤维人工砂再生混凝土棱柱体试件单轴受压时的应力—应变本构关系。
　　主要的研究结论如下:
　　1、随着纤维掺量的增加，纤维人工砂再生混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度均呈现先增后减再增的变化趋势，聚丙烯纤维对提高低强度等级混凝土强度的影响要大于对高强度等级混凝土。但总体而言，对提高棱柱体轴心抗压强度的程度是有限的。
　　综合分析对三个混凝土强度等级试件均取得强度提高的情况，过高聚丙烯纤维掺量对提高混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度不是最有利的，0.6％的聚丙烯纤维掺量是对立方体抗压强度、轴心抗压强度均取得强度提高的最适宜掺量。
　　基于最小二乘法，拟合建立了纤维人工砂再生混凝土立方体抗压强度与纤维掺量、水灰比的二元关系模型。
　　2、拟合得到的纤维人工砂再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的换算比值为0.75，即fc=0.75fcu。
　　3、纤维人工砂再生混凝土的峰值应变随着混凝土强度等级的升高而升高，随着纤维掺入量的增加而增加。纤维对增加混凝土峰值应变的作用较明显，尤其是在低强度等级混凝土中。对于纤维人工砂再生混凝土的极限应变，则随着混凝土强度等级的升高而降低，随着纤维掺量的增加而增大。纤维可以较好的提高人工砂再生混凝土的变形性能、延性。
　　4、纤维人工砂再生混凝土的弹性模量均低于规范规定的同强度等级普通混凝土弹性模量值。各个强度等级混凝土的弹性模量均随着纤维掺量的增加而减小，并且在高纤维掺入量区间(0.9％～1.5％)，高强度等级混凝土弹模的损失要比低强度等级混凝土的大。经拟合，建立了基于立方体抗压强度的弹性模量经验计算式。
　　5、基于最小二乘法，拟合建立了纤维人工砂再生混凝土棱柱体单轴受压的应力—应变关系曲线的本构模型，为纤维人工砂再生混凝土结构和构件的分析计算提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内国外研究发展现状

1．2．1 再生混凝土概念及研究发展现状

1．2．2 人工砂混凝土概念及研究现状

1．2．3 纤维混凝土概念及研究现状

1．3 研究的内容与意义

1．3．1 研究的内容

1．3．2 研究的意义

第二章 试验概况

2．1 试验材料与设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 试验方案

2．2．1 确定试验研究的变量因子

2．2．2 确定试件数量

2．2．3 纤维人工砂再生混凝土配合比设计

2．2．4 纤维人工砂再生混凝土试块的制作和养护

2．2．5 加载设备和加载方案

2．2．6 试验方法与步骤

2．3 纤维人工砂再生混凝土和易性分析

2．3．1 和易性试验结果

2．3．2 流动性分析

2．3．3 保水性、粘聚性分析

2．4 本章小结

第三章 纤维人工砂再生混凝土立方体抗压强度的试验分析

3．1 立方体试件受力过程

3．2 立方体试件抗压强度试验成果分析

3．3 纤维人工砂再生混凝土立方体抗压强度关系模型

3．4 本章小结

第四章 纤维人工砂再生混凝土轴心抗压强度试验分析

4．1 棱柱体试件受力过程

4．2 轴心抗压强度试验成果分析

4．3 立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系分析

4．4 纤维人工砂再生混凝土应力—应变的本构关系

4．4．1 实测纤维人工砂再生混凝土σ—ε曲线图形

4．4．2 纤维人工砂再生混凝土σ—ε曲线参数分析

4．4．3 纤维人工砂再生混凝土σ—ε全曲线本构模型

4．4 本章小结

第五章 纤维人工砂再生混凝土弹性模量试验分析

5．1 纤维人工砂再生混凝土弹性模量试验

5．2 纤维人工砂再生混凝土弹性模量测试结果分析

5．2．1 强度对纤维人工砂再生混凝土弹性模量的影响

5．2．2 纤维掺量对纤维人工砂再生混凝土弹性模量的影响

5．3 棱柱体弹性模量与立方体抗压强度的关系

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况