国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

劍麻纖維對廢紅磚建筑垃圾再生磚力學性能影響

2022-01-07 10:30:10陳俊雯
關鍵詞:劍麻吸水率抗折

陳俊雯, 唐 磊,2

(1.桂林理工大學 土木與建筑工程學院, 廣西 桂林 541004; 2.廣西建筑新能源與節(jié)能重點實驗室, 廣西 桂林 541004)

改革開放以來,隨著人口增加和工業(yè)化、城市化進程加快,產生了大量的建筑垃圾。2020年我國年產建筑垃圾高達24億 t,利用率不足10%,廢棄粘土燒結磚在建筑垃圾中占比較大,約為總量的60 %[1]。常見的建筑垃圾處理方式為露天堆放和直接填埋,這使得大量空間被占用并對環(huán)境造成直接或間接的污染。采用廢棄建筑垃圾加工制得而成的再生骨料替代天然砂石骨料進行資源化利用,既滿足建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,又符合環(huán)境保護和生態(tài)文明建設的要求[2]。

對再生骨料制成的再生磚試驗研究表明,再生磚能夠獲得較好的機械性能及熱工性能[3],但再生磚脆性特點明顯,強度較低。植物纖維具有密度低、吸濕性好、耐摩擦、高比強度、高比模量、低熱膨脹系數[4]等優(yōu)點。劍麻纖維質地堅硬耐磨,具有很好的抗拉強度,并且耐鹽酸、耐腐蝕,運用到再生磚中可以有效改善再生磚的抗拉強度、抗彎強度和韌性等力學性能指標[5]。

本文研究了不同摻量劍麻纖維再生磚的力學性能,并結合試樣的SEM圖分析機理,得到最佳配比。

1 試驗概況

1.1 試驗參數與配合比

本試驗以劍麻纖維的摻量為主要試驗參數,設計制作4組共84個240 mm × 115 mm × 53 mm的廢紅磚建筑垃圾再生磚。從每組21個試件中選取7個試件,分別測量在3 d、7 d及28 d的標準養(yǎng)護后試件的抗壓強度、抗折強度、吸水率、飽和系數、體積密度等,研究不同劍麻纖維摻量對建筑垃圾再生磚力學性能的影響;同時,進行SEM觀測,研究劍麻纖維再生磚的微觀結構。以再生骨料取代率為100 %的再生混凝土配合比為基準配合比,劍麻纖維的摻量分別為0 kg/m3、1.5 kg/m3、3 kg/m3、4.5 kg/m3,如表1所示。

表1 材料配合比

1.2 材料來源與制備

水泥采用海螺P·O 32.5,粗骨料為破碎處理的建筑垃圾紅磚,細骨料為破碎處理的建筑垃圾砂漿。先人工用錘進行破碎,分離出其他雜物,再用顎式破碎機進行二次破碎,過篩得到連續(xù)顆粒級配,獲取本次試驗骨料。本次試驗粗骨料和細骨料的比例為6∶4,粒徑分別為4.75~10 mm和0~4.75 mm,依據國家標準GB/T 14684—2001《建筑用砂》[6]和GB/T 14685—2001《建筑用卵石、碎石》[7]測得細骨料的含水率為2.2 %,24 h吸水率為30.2 %,堅固性為18.4 %,堆積密度和表觀密度分別為880 kg/m3和2 143 kg/m3;粗骨料的含水率為0.3 %,24 h吸水率為7.8 %,堅固性為0.6 %,堆積密度和表觀密度分別為1 039 kg/m3和2 344 kg/m3,實物如圖1所示。劍麻纖維是廣西龍州強力麻業(yè)有限公司生產的劍麻成品,為消除植物纖維中半纖維素和木質素受水泥高堿侵蝕溶解的問題,對劍麻纖維進行堿液浸漬,將剪切成10~15 mm的劍麻短纖維在加入拌和物前,使用濃度為1%的NaOH溶液中浸泡1 h,如圖2所示。

(a)細骨料 (b)粗骨料

(a)剪切后的劍麻纖維 (b)NaOH溶液浸漬的劍麻纖維

1.3 試驗概況

本試驗按照國家標準GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗方法》[8]的要求,在3 000 kN電液伺服壓力試驗機上進行抗壓試驗。將同一塊試樣的兩半截磚切斷口相反疊放,疊合部分不得小于100 mm,以0.3 MPa/s加載速率對疊放試件進行加載,直至試件被破壞為止。進行抗折試驗時,將試樣大面平放在下支輥上,支輥的跨距為200 mm,試樣兩端面與下支輥的距離保持相同,當試樣有裂縫或凹陷時使有裂縫或凹陷的大面朝下,以0.03 MPa/s的速度加載,直至試樣斷裂,試驗加載實物如圖3所示。進行體積密度、吸水率及飽和系數試驗時,對試樣依次進行干燥、浸泡、蒸煮等步驟,獲得相關參數。

(a) 抗壓試驗 (b)抗折試驗

2 試驗結果

2.1 試件破壞形態(tài)

再生磚的骨料來源決定了骨料自身的強度低于天然石材,破碎的過程加劇了內部裂縫的發(fā)展和損傷程度,試件破壞時,試件斷面貫穿其中,骨料發(fā)生劈裂破壞。劍麻纖維摻量的變化對再生磚的破壞形態(tài)并未產生影響,本文劍麻纖維的長度較小(10~15 mm),在破壞斷面可以觀察到均勻分布的紅磚粗骨料,如圖4所示。

圖4 骨料破壞模式

2.2 劍麻纖維在砂漿中的微觀形態(tài)

從微觀結構可以發(fā)現(xiàn),劍麻纖維與砂漿在接觸界面能夠較好地相互黏結,如圖5所示。劍麻纖維與砂漿接觸面的SEM分析圖如圖5(a)所示,中間為劍麻纖維,四周為水泥砂漿。由圖5(a)可知,劍麻纖維被砂漿緊密包裹,整體性較好。主要原因是劍麻纖維屬于親水性材料[9],較高的吸水率使包裹在附近的砂漿基體水分被吸收,導致這一區(qū)域水與水泥的質量比減小,固體顆粒之間的距離縮短,更易于水化產物C-S-H凝膠對該部分孔隙的填充,促進劍麻纖維與漿體的黏結;同時在水泥水化過程中,劍麻纖維內部存貯的水分隨水泥基材料內部相對濕度的變化而釋放出來,對水泥基材料起到內養(yǎng)護的作用[10]。劍麻纖維與水泥基體緊密結合時,荷載在纖維與水泥基體之間傳遞,部分應力由高強度、高模量的纖維分擔。隨著荷載的增加,劍麻與水泥漿體受力發(fā)生不同程度變形。當纖維與水泥基體的承載能力達到極限或二者結合界面處粘結力不足時使得纖維脫離水泥,即基體構成破壞。再生磚破壞斷面中劍麻端部被砂漿包裹,結合緊密,而沿劍麻纖維自身纖維束方向的劍麻纖維-漿體界面存在間隙,呈脫離狀如圖5(b)所示。

(a)劍麻纖維砂漿結合界面 (b)摻劍麻纖維試件破壞界面

3 劍麻纖維再生磚的物理性能

為研究再生磚物理性能,依據國家標準GB/T 2542-2012《砌墻磚試驗方法》要求獲得相關參數,采用公式(1)~公式(4)分別計算試件的體積密度ρ、常溫水浸泡24 h吸水率W24、沸煮3 h吸水率W3及飽和系數K。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中:ρ為體積密度,kg/m3;m0為試樣干質量,kg;ν為試樣體積,m3;w24為常溫水浸泡24 h試樣吸水率,%;m24為試樣浸水24 h的濕質量,kg;W3為常溫水浸泡3 h試樣吸水率,%;m3為試樣浸水3 h的濕質量,kg;K為試樣飽和系數;m24為常溫水浸泡24 h試樣濕質量,kg;m5為試樣煮沸5 h的濕質量,kg。

測試結果取平均值如表2所示。從表2中可以看出,再生磚的體積密度基本穩(wěn)定,未發(fā)生較大幅度變化。吸水率隨著劍麻纖維摻量的增加有所增長,但增長幅度較小。以28 d常溫24 h吸水率為例,當摻入纖維量為1.5 kg/m3、3 kg/m3及4.5 kg/m3時,吸水率增長幅度分別為15.4 %、28.1 %及21.5 %。風化作用會使再生磚產生裂紋、剝蝕、破碎、脫落等現(xiàn)象。飽和系數為磚的抗風化性能合格數值,良好的抗風化性能保證磚材料不會因裸露在大氣之中而影響壽命。表2中數據顯示,建筑垃圾廢紅磚再生磚的飽和系數未能滿足規(guī)范中對抗風化的要求,均大于0.85,這說明試件內部連通孔隙數量較多,而摻加劍麻纖維對其改善效果欠佳,需要進一步改進。

表2 再生磚物理性能

續(xù)表2 再生磚物理性能

4 劍麻纖維對再生磚力學性能影響

4.1 抗壓性能

劍麻纖維對再生磚抗壓強度的影響如圖6所示。隨著養(yǎng)護齡期的延長,各組再生磚的抗壓強度在前期增長幅度較小, 7 d后,再生磚的抗壓強度增長幅度變大。隨著劍麻纖維摻量的增加,再生磚抗壓強度總體呈下降趨勢,當摻量為3 kg/m3,強度降低幅度較小。劍麻纖維摻量為3 kg/m3時,3 d抗壓強度增長率為正值,其余組增長率均為負值,表現(xiàn)出強度損失。當劍麻纖維摻量為1.5 kg/m3時,劍麻纖維再生磚3 d、7 d和28 d抗壓強度平均值比無劍麻纖維摻量的再生磚分別降低8 %、19 %和16 %;劍麻纖維摻量為3 kg/m3時,劍麻纖維再生磚3 d抗壓強度平均值比無劍麻纖維摻量的再生磚提高11 %,7 d和28 d抗壓強度平均值分別降低1 %和8 %;劍麻纖維摻量為4.5 kg/m3時,再生磚3 d、7 d和28 d抗壓強度平均值比無劍麻纖維摻量的再生磚分別降低3 %、15 %和21 %;其中, 3 d、7 d和28 d的抗壓強度增長率均在摻量為3 kg/m3時,劍麻纖維再生磚與無劍麻纖維摻量再生磚的抗壓強度差異最小,強度并未隨摻量的增長呈線性變化。這種非線性影響一方面是摻入的劍麻纖維與水泥基體緊密結合,抑制再生磚內微裂縫發(fā)展對抗壓強度產生增強作用;另一方面是,劍麻纖維在水泥水化過程中因其親水性和吸水性,減弱了水泥泌水現(xiàn)象,多余的水分在水泥體內增加了孔洞的數量,使得再生磚體內原生裂縫增多,從而降低了抗壓強度。

(a)抗壓強度變化 (b)抗壓強度增長率變化

4.2 抗折性能

廢紅磚建筑垃圾再生磚抗折強度在養(yǎng)護周期內的變化如圖7(a)所示。各組再生磚的抗折強度在前期增長幅度較大,而超過7 d,再生磚的抗折強度增長幅度變?。浑S著劍麻纖維的摻入,再生磚的抗折強度得到提升,其中當劍麻纖維摻量為3 kg/m3時,出現(xiàn)抗折強度最大值,為3.29 MPa。與無劍麻纖維摻量的再生磚相比,劍麻纖維摻量為1.5 kg/m3時,劍麻纖維再生磚抗折強度在3 d、7 d及28 d的增長率分別為14 %、3 %和6 %;劍麻纖維摻量為3 kg/m3時,3 d、7 d及28 d的增長率分別為28 %、22 %和15%;繼續(xù)增加摻量為4.5 kg/m3時,劍麻纖維再生磚抗折強度在3 d、7 d及28 d的增長率依次為9 %、1 %和13 %;可以發(fā)現(xiàn)增長率隨齡期增長而降低,但始終在劍麻摻量為3 kg/m3時擁有最大值。這說明,劍麻纖維對再生磚的抗折強度有增強作用,且在摻量為3 kg/m3時效果最為明顯。其原因主要與劍麻纖維抑制試件內裂縫的擴展有關,劍麻纖維與水泥基體緊密結合時能夠分擔基體所受的部分拉力,在產生裂縫時有效地連接分裂界面,抑制了裂縫的形成和發(fā)展,從而增強了基體的抗折性能。而隨著養(yǎng)護齡期的增長,試件彈性模量變大,達到變形破壞的所需荷載增大,此時,劍麻纖維的阻裂作用不再明顯[11]。

劍麻纖維對力學性能的影響并不是單向的,劍麻纖維的吸水性、親水性可以在水泥水化過程中促進基體材料間的致密性和整體性,并對細微裂縫的發(fā)展有抑制作用;但同時劍麻纖維的摻加,其不均勻分布及吸水收縮后的體積會構成機體內薄弱界面,增加內部孔隙與缺陷,因而劍麻纖維對強度的增強與減強存在一個平衡。綜合本文試驗結果,可以得出當劍麻纖維長度為10~15 mm時,對低強度的廢紅磚建筑垃圾再生磚產生優(yōu)化作用的最佳摻量為3 kg/m3,在此基礎上繼續(xù)增大摻量,將會使得纖維間距增大,砂漿的孔隙率逐漸增大,對強度的增強效果降低。

(a)抗折強度變化 (b)抗折強度增長率變化

5 再生磚力學性能與劍麻纖維摻量的相關性

試驗對力學性能與劍麻纖維摻量的相關性進行了初步擬合,其結果圖8和如表3所示。以28 d抗壓強度、抗折強度的擬合表達式進行修正,分別得到式(5)、式(6);并與相關試驗數據進行對比,如圖9所示(1-28 d、2-28 d、3-28 d分別為引用文獻[12]、文獻[13]、文獻[9]數據,1-28 d*、2-28 d*、3-28 d*為對應擬合數值結果)。本文提出的抗壓強度與劍麻纖維摻量關系的擬合結果與試驗數據對比吻合較好,能夠較好地描述劍麻纖維摻量對水泥材料抗壓強度的關系,抗折強度擬合結果與實際值仍存在一定偏差。有關劍麻纖維復合材料性能的影響因素較多,擬合公式還有待試驗進一步完善。

(a)抗壓強度擬合曲線 (b)抗折強度擬合曲線

力學性能養(yǎng)護周期 /d擬合表達式(0≤x≤4.5)R2抗壓強度3y=7.943-2.127 2x+1.478 5x2-0.223 7x317y=9.212-3.816 1x+2.259 1x2-0.330 7x3128y=13.487-3.922 8x+2.093 7x2-0.302 5x31抗折強度3y=1.842 8+0.022 3x+0.142 2x2-0.030 8x317y=2.496 3-0.420 9x+0.417 1x2-0.071 6x3128y=2.862 8+0.007 6x+0.100 2x2-0.018 6x31

y=2.862 8+0.007 6x+0.100 2x2-0.018 6x3+z(0≤x≤4.5)

(5)

y=13.487-3.922 8x+2.093 7x2-0.302 5x3+z(0≤x≤4.5)

(6)

z=y*-y0

(7)

式中:z為修正參數;y*為x=0時,擬合公式所得結果;y0為x=0時,試驗數據所得結果。

(a)抗壓強度擬合對比 (b)抗折強度擬合對比

6 結 語

(1)廢紅磚建筑垃圾再生磚破壞時,骨料強度低,在加載破壞斷面中,發(fā)生劈裂破壞,在微觀形態(tài)中,劍麻纖維與砂漿在結合界面處能夠良好地黏結,進行荷載的傳遞。

(2)廢紅磚建筑垃圾再生磚物理性能欠佳,劍麻纖維的摻入未能對其進行有效改善,對于骨料的取材和處理需要進一步改善。

(3)摻入了劍麻纖維的廢紅磚建筑垃圾再生磚,其抗壓強度降低、抗折強度提升,廢紅磚建筑垃圾再生磚進行優(yōu)化的最佳劍麻摻量為3 kg/m3,其28 d抗壓強度降低8 %、抗折強度提升14.9 %。

(4)劍麻纖維摻量對水泥材料抗壓強度的關系擬合公式與試驗數據對比吻合較好,為劍麻纖維復合水泥材料的應用提供參考。

猜你喜歡
劍麻吸水率抗折
劍麻原纖生物脫膠工藝研究
熱固復合聚苯板吸水率快速測試方法及其影響因素分析
劍麻葉片的加工方法及其設備研制
淺談外加劑和配合比對泡沫混凝土降低吸水率的影響
熟料中礦物含量與抗折強度相關性分析
江西建材(2018年2期)2018-04-14 08:00:08
Vortex Rossby Waves in Asymmetric Basic Flow of Typhoons
讓劍麻回到劍麻,讓花回到花
賀蘭口砂巖吸水率的研究
根管治療術后不同修復方式對牙根抗折性能的影響
養(yǎng)護條件對礦物摻和料混凝土吸水率和電通量的影響
鲁山县| 郯城县| 横峰县| 错那县| 绥棱县| 肇东市| 托克托县| 辽阳市| 西丰县| 吉林市| 新平| 平利县| 罗田县| 鹿泉市| 黄冈市| 岳普湖县| 怀宁县| 临洮县| 云霄县| 龙江县| 桂林市| 白水县| 友谊县| 平武县| 景泰县| 辉南县| 吴川市| 宜昌市| 太康县| 濮阳市| 洮南市| 铜陵市| 翁源县| 龙游县| 唐海县| 合作市| 浠水县| 凌源市| 合阳县| 神池县| 团风县|