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机制砂再生混凝土微观结构及二轴应力状态下受压力学性能研究

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目录

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摘要

1.1 研究背景及意义

1.2 机制砂研究现状

1.2.1 机制砂颗粒特性和级配对混凝土性能的影响

1.2.2 石粉对混凝土性能的影响

1.3 再生混凝土研究现状

1.3.1 再生粗骨料物理特性对混凝土工作性能的影响

1.3.2 再生粗骨料对混凝土力学性能的影响

1.4 混凝土双轴受压力学性能研究现状

1.4.1 混凝土多(双)轴力学性能研究概况

1.4.2 混凝土双轴受压破坏准则研究概况

1.5 本文主要研究内容

2.1.1 粗骨料

2.1.2 细骨料

2.1.3 水泥和水

2.2 试验方案的确定

2.3 配合比设计

2.4 试块的制作与养护

2.5 加载方案

3.1 引言

3.2 机制砂再生混凝土劈裂抗拉强度试验

3.2.1 劈裂抗拉强度试验现象及结果

3.2.2 劈裂抗拉强度试验结果分析

3.3 微观结构研究

3.3.1 水化水泥浆体中的固相

3.3.2 再生混凝土微结构

3.3.3 微观试验结果

3.4 本章小结

第四章 不含石粉机制砂再生混凝土二轴应力状态下受压力学性能研究

4.1 引言

4.2 破坏形态分析

4.3 双轴受压状态下的机制砂普通混凝土力学性能

4.3.1 实测MC-0-0与NC-0-0应力应变关系曲线

4.3.2 双轴强度变化规律

4.3.3 双轴变形变化规律

4.4 双轴压状态下的不含石粉机制砂再生混凝土力学性能

4.4.1 实测MRC-100-0与NRC-100-0应力应变关系曲线

4.4.2 双轴强度变化规律

4.4.3 双轴变形变化规律

4.5 本章小结

第五章 含石粉机制砂再生混凝土二轴应力状态下受压力学性能研究

5.1 引言

5.2 破坏形态分析

5.3 试验结果分析

5.3.1 实测MC-0-10与MRC-100-10应力应变关系曲线

5.3.2 双轴强度变化规律

5.3.3 双轴变形变化规律

5.4 石粉含量对机制砂再生混凝土主轴强度影响规律

5.5 机制砂再生混凝土主轴应力-应变本构关系曲线表达

5.6 主应力空间破坏准则

5.7 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

由于天然砂具有短期内不可再生的性质,混凝土用砂寻求可替代资源是不可避免的趋势,机制砂也就成为最佳的选择。另一方面,日益增多的废弃混凝土也将成为城市的一大公害。将机制砂与再生粗骨料有机结合在一起配制成机制砂再生混凝土不仅能解决天然资源的匮乏问题,对环境保护也起到积极的作用,符合可持续发展的科学理念。本文总共制作了190个不同石粉含量(0%、5%、10%、15%)和不同再生粗骨料取代率(0%、33%、66%、100%)的C35标准立方体混凝土试块,分别对其微观结构、劈裂抗拉强度、单轴及二轴受压应力状态下的力学性能进行研究。主要研究工作如下:
  一、对不同石粉含量以及不同再生粗骨料取代率的机制砂再生混凝土进行劈裂抗拉试验。结果表明机制砂再生混凝土最优石粉含量为10%;低石粉含量(0%、5%)的情况下,再生粗骨料取代率为100%时,机制砂混凝土劈裂抗拉强度最低,而高石粉含量(10%、15%)的机制砂再生混凝土及天然砂再生混凝土劈裂抗拉强度在再生粗骨料取代率为66%时最低。
  二、通过扫描电镜对机制砂再生混凝土微观结构进行研究。分析结果表明石粉可以促进水泥水化反应,而且石粉含量的多少影响水化产物的数量以及晶体形态。当石粉含量为10%时,混凝土达到最佳堆积密实状态,水化产物能很好的填充混凝土内部孔洞,骨料砂浆紧密粘结,因此力学性能最好。同时石粉具有填充的作用,使砂浆更加密实。对界面过渡区进行对比分析,机制砂再生混凝土三个界面过渡区强度大小排序为旧骨料与旧砂浆界面过渡区>新旧砂浆界面过渡区>新骨料新砂浆界面过渡区。
  三、对机制砂再生混凝土进行单轴及双轴受压力学性能试验,观测分析了其破坏过程以及破坏形态。单轴压状态下的混凝土破坏形态为柱状破坏,双轴压状态下的破坏形态基本为层片状劈裂破坏,只是由于应变比的不同及采用的骨料不同导致破坏时裂缝的倾斜角度以及层片状破坏的细密程度有所差异。
  四、二轴受压应力状态下的机制砂再生混凝土强度整体上比单轴应力状态下抗压强度高,但是提高倍数略有差别,提高值在1.051~2.142倍之间。二轴压应力状态下最大强度与采用的骨料类型与应变比有关,采用天然砂作为细骨料的混凝土,其最大值均出现在应变比为0.5,而对于机制砂普通混凝土与不含石粉机制砂再生混凝土二轴压应力状态下的最大强度出现在应变比为0.25,含石粉机制砂再生混凝土二轴压应力状态下在应变比1.0时出现最大强度。石粉对机制砂再生混凝土二轴压强度也有提高作用,但是提高效应不是很明显。机制砂再生混凝土主轴峰值应变随着应变比的增大整体呈先增大后减小的趋势,水平轴峰值应变整体上随着应变比的增大而增大。
  五、二轴压应力状态下各混凝土的应力-应变全曲线都包含四部分,分别为:混凝土内部被压实阶段、线性上升段、裂缝开展阶段、下降段。各阶段所占比例以及破坏剧烈程度与石粉含量、骨料类型有关。在最佳石粉含量范围内石粉含量越少,再生粗骨料取代率越多,机制砂再生混凝土呈脆性破坏越严重。
  六、根据实测应力-应变曲线特点建立了机制砂再生混凝土二轴受压应力状态下主轴受压应力-应变全曲线表达,其结果与试验数据吻合良好;同时参考过镇海破坏准则公式,建立了机制砂再生混凝土实用的破坏准则。

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