含石粉机制砂再生混凝土受压性能研究及水化机理分析

摘要

机制砂再生混凝土作为一种新型环保绿色建筑材料，在实际投入生产前仍需对其材料性能进行大量的理论和试验研究。本文以试验为主，结合理论方法，针对含石粉机制砂再生混凝土的拉压强度、单轴受压应力-应变本构关系和水泥水化微观机理进行研究。在普通混凝土配合比公式的基础上，采取附加用水量的方法进行调整再生混凝土的配合比，试验配制相同水灰比(0.4)设计强度为35MPa，不同石粉含量(0％、5％、10％、15％)、不同再生粗骨料取代率(0％、33.3％、66.6％、100％)的机制砂再生混凝土。主要完成了以下工作:
　　首先，本文对120个立方体试块进行混凝土立方体抗压和劈裂抗拉强度试验，分析石粉含量、再生粗骨料取代率对机制砂再生混凝土拉、压性能的影响，并建立立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的换算关系。试验结果表明，机制砂再生混凝土中含有一定量的石粉对混凝土强度的提高起促进作用，建议的合理石粉含量为10％。机制砂再生混凝土的抗压和抗拉强度随着再生粗骨料取代率的增加先降低后提高，在再生粗骨料取代率为66.6％时达到最小值;随着再生粗骨料取代率继续增大至100％，其强度有所提高。根据试验建立的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的换算关系为:ft=0.175fcu075;较普通混凝土，在相同立方体抗压强度下，换算得到劈裂抗拉强度值较小。
　　其次，完成了60个棱柱体轴心受压试验，得到不同石粉含量、不同再生粗骨料取代率下的机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线。结果表明，机制砂再生混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的换算公式为:fc=0.818fcu;较普通混凝土，在相同立方体抗压强度下，换算得到轴心抗压强度值较大。机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线与普通混凝土大致相同，根据曲线特点采用损伤力学理论分析机制砂再生混凝土的单轴受压破坏过程，建立机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变损伤本构方程。
　　最后，通过对混凝土各水化龄期试验样品进行X射线衍射物相分析(XRD)和扫描电镜观测(SEM)，分析机制砂再生混凝土水化产物的种类及其微观形貌特征，揭示石粉对机制砂再生混凝土力学性能的影响机理，从微观的角度分析石粉对混凝土强度的影响。试验结果表明，石灰石粉微细骨料起填充、反应和晶核效应等作用，其中反应效应主要发生在水化过程的中后期;掺入石灰石粉微细骨料还对水化产物的形貌产生了影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 机制砂再生混凝土的概念

1．2．2 机制砂的特性

1．2．3 再生粗骨料对混凝土影响的研究现状

1．2．4 石粉对机制砂普通混凝土影响的研究现状

1．2．5 再生混凝土本构关系的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

2．1 试验设备

2．2 试验材料

2．2．1 粗骨料的制备及其性能

2．2．2 细骨料的制备及其性能

2．2．3 水泥和水

2．3 配合比设计

2．3．1 配合比的确定

2．3．2 施工工艺

2．4 立方体强度试验方案

2．4．1 试验目的

2．4．2 立方体试块的制作

2．4．3 试验加载过程

2．5 混凝土本构关系试验方案

2．5．1 试验目的

2．5．2 棱柱体试块的制作

2．5．3 加载过程

2．6 混凝土XRD、SEM试验方案

2．6．1 试验目的

2．6．2 试样的制作

2．6．3 试验过程

2．7 本章小结

第三章 含石粉机制砂再生混凝土的拉压性能研究

3．1 立方体抗压强度试验

3．1．1 试验现象及破坏形态

3．1．2 试验数据结果记录

3．2 立方体抗压强度试验结果分析

3．2．1 石粉含量对抗压性能的影响

3．2．2 再生粗骨料取代率对抗压性能的影响

3．2．3 石粉含量与再生粗骨料取代率对立方体抗压的双掺交互作用

3．3 立方体劈裂抗拉强度试验

3．3．1 试验现象及破坏形态

3．3．2 试验数据结果记录

3．4 立方体劈裂抗拉强度试验结果分析

3．4．1 石粉含量对劈裂抗拉性能的影响

3．4．2 再生粗骨料取代率对劈裂抗拉性能的影响

3．4．3 石粉含量与再生粗骨料取代率对劈裂抗拉的双掺交互作用

3．5 立方体抗压强度与劈裂抗拉强度关系分析

3．6 本章小结

第四章 含石粉机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线及本构关系研究

4．1 棱柱体轴心抗压强度试验

4．1．1 试验现象及破坏形态

4．1．2 试验数据结果记录

4．2 轴心抗压强度试验结果分析

4．2．1 峰值应力和峰值应变

4．2．2 立方体抗压强度与棱柱体抗压强度关系分析

4．2．3 石粉含量与再生粗骨料取代率对轴心抗压的双掺交互作用

4．3 应力-应变本构关系研究

4．3．1 单轴受压应力-应变全曲线

4．3．2 单轴受压应力-应变本构关系

4．4 本章小结

第五章 石灰石粉在水泥水化产物中的作用机理分析

5．1 水化机理理论

5．1．1 水泥熟料水化机理

5．1．2 石粉作用机理

5．2 石粉对水泥水化产物组成的影响

5．2．1 试样制备

5．2．2 XRD测试结果与分析

5．3 石粉对水泥水化产物微观形貌的影响

5．3．1 试样制备

5．3．2 SEM测试结果及分析

5．4 混凝土微观结构对强度的影响

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录