文|史心眼
编辑|史心眼
要把经济增长同生态退化脱钩,就必须提高资源利用效率。地球上的资源是有限的,对它们的开采会对环境和气候产生不利影响。这便是为什么资源效率对付天下上更绿色、更循环的经济以及长期的生产和消费习气至关主要。
水、沙子、水泥和粗骨料是制作混凝土的基本材料,纸水泥浆是水泥和废纸(WP)与水化合而成的。一旦纸浆干燥,它就可以成为一种耐用的建筑材料。含有WP的混凝土稠浊物由于其坚固的性子,具有优秀的绝缘性和较长的保质期。
在一系列的建筑规模中,它是一个构造和经济上可行的替代方案,通过实验结果证明。WP的利用减少了建筑中作为紧张建筑材料所需的水泥数量,这也使其更加环保。
本研究通过稽核两种SWP(SCPWP和SCBWP)对混凝土的和易性、抗压、抗折和劈裂抗拉强度、吸水率和风化性的影响,研究了SCPWP和SCBWP对混凝土性能的影响。
此外,本研究还通过研究加入最佳比例的SCPWP和SCBWP作为添加剂时撕碎废纸钢筋混凝土梁(SWPRCB)的荷载-挠度、荷载-应变、极限承载能力和毁坏模式来研究其构造性能。
混凝土合营比本研究共制备了7种稠浊物,包括1种对照稠浊物和6种建议稠浊物。对照稠浊试验中SCPWP和SCBWP的添加量为0%,建议稠浊试验中SCPWP和SCBWP的添加量分别为5%、10%和15%。将掺入0%SWP的对照试件配制为普通混凝土,比拟其他掺SWP混凝土的性能。
根据统一建筑规范(2017)的建议,利用的W/C比为0.5,这是考虑到混凝土表面处于封闭位置,放置在水中且不暴露在阳光下的最佳值,SWP的利用量是基于每个标本的总重量。
同时,采取范例的钢筋混凝土制备工艺制备RCB,根据合营比设计,对所有材料进行称重后,利用混凝土搅拌机进行搅拌。为了确保相同的合营比,除对照(0%SWP)外,所有试件分别以5%、10%和15%的稠浊重量向混凝土中添加SCPWP和SCBWP。
碎末废纸混凝土的制备工艺
为了生产混凝土,进行了几个步骤的准备事情。最初,所有的稠浊身分,如水、粗骨料、水泥、沙子和SWP,都被精确地称重到所需的量。在稠浊之前,网络的SWP废物利用碎纸机粉碎。然后利用清洁且无碎屑的混凝土搅拌机稠浊所有材料,直到得到所示的等效稠浊物。
利用56公斤容量的旋转鼓式搅拌机进行混凝土搅拌,为担保混凝土搅拌均匀,进行了后续步骤。在细骨料、水泥和SWP之前,先将粗骨料加入混凝土搅拌机中,前2分钟将各组分充分稠浊。因此,将75%的稠浊水加入干稠浊物中,再稠浊2分钟,剩余的水逐渐加入稠浊物中。
稠浊完成后,取出稠浊料,倒入模具中,放在振动台上进行压实。压实后用湿麻袋挡住模具,过夜后脱模。末了,对所有标本进行标记和处理,所有试件均采打水固化。
钢筋混凝土梁紧张配筋细部对照SWPRCB(添加0%SWP)、10%SCPWP和10%SCBWP梁由3根SS组成,所有梁均为矩形截面,尺寸相同,分别为150mm、200mm、1500mm(w×h×l),跨度为400mm,混凝土覆盖层(Cnom=30mm)用于所有梁。
由于混凝土用于实际运用,因此有必要确保测试梁的尺寸足够大,以仿照真实的构造元件。梁的尺寸和长度的选择也担保了梁在剪切时的毁坏(剪切跨度与有效频年夜于4.0)。在400mm加载区外设置足够的H6-100、H6-150、h6-200mm剪切环节,避免受弯毁坏。
废纸碎钢筋混凝土梁制备工艺2H16和2H12棒分别放置在RCB的底部和顶部,H6-100、H6-150和H6-200表示三种不同类型的马镫间距。混凝土利用鼓式搅拌机搅拌,倒入0.045m3的模具中。首先,将所有干料稠浊在一起,然后加水,以达到所需的稠浊稠度和良好的混凝土和易性。
末了加入SCPWP和SCBWP,再加水,搅拌韶光由5分钟增加到10分钟,然后将混凝土稠浊物完备添补模板,并利用台式振动器实现完备压实。末了,所有RCB在测试前空气固化28天。
抗压强度7d时,SCPWP添加量为5%时抗压强度提高4.8%,添加量为10%时抗压强度提高12.06%,添加量为15%时抗压强度降落22.25%。掺量为5%和10%时,混凝土抗压强度分别提高10.04%和11.29%;掺量为15%时,混凝土抗压强度降落21.38%。
在28d时,SCPWP和SCBWP添加5%,抗压强度值分别提高3.05%和7%。添加10%后,强度值分别提高9.42%和9.08%。SCPWP和SCBWP添加量为15%时,抗压强度值分别低落16.82%和16.77%。
简而言之,两种SWP添加量均为10%时,在水养护7天和28天的抗压强度最佳,由于两种SWP添加量均为15%时抗压强度开始低落。抗压强度常日增加到10%WP,随后随着WP的增加而降落。5%WP在7天和28天分别增加了10%和15%的抗压强度,然后强度逐渐低落。
测得的最高抗压强度在28天时比参考稠浊物(0%WP)高15%,结果表明,SWP的掺量、SWP的种类等成分对其强度均有影响。可以直不雅观地看到每种SWP添加物在7天养护龄期的百分比,试验结果表明,随着养护龄期的延长,混凝土稠浊料的抗压强度随龄期的延长而增大。
在7天和28天的试验龄期,添加5%和10%SCPWP和SCBWP的混凝土稠浊物的抗压强度高于对照稠浊物,由于添加SWP的稠浊物含有大量的铝硅质材料,这些材料与钙发生反应,从而提高了混凝土的抗压强度。
波折强度
SWP掺入对混凝土抗弯强度的影响,分别为混凝土试件7天和28天的均匀抗弯强度。掺入5%和10%的SCPWP和SCBWP后,7天抗弯强度比对照和其他稠浊料分别提高了16.21%和19.14%。然而,15%SCPWP和SCBWP的抗弯强度比对照分别低落了22.69%和20.33%。
在28d时,SCPWP和SCBWP添加量为5%时,混凝土试件的均匀抗弯强度分别提高了4.87%和8.16%,添加量为10%时,抗弯强度分别提高了6.44%和7.4%。然而,SCPWP和SCBWP掺量为15%的混凝土抗弯强度比对照混凝土的强度分别低落18.42%和18.65%。
含废纸屑混凝土的扫描电镜
添加0%、5%、10%和15%SWP的SEM,用扫描电镜不雅观察,水泥浆体与颗粒粘结良好。SWP水化产物在SWP表面清晰可见,实验结果表明,基体中的孔隙减少,SWP添加剂提高了混凝土的性能。
为考虑碳酸盐复合股料的迁移浸染,加入适量碳酸钙(CaCO3)时SWP与水泥浆体的脱粘情形。SWP与水泥浆体之间的粘结区不敷导致微裂痕的发生,这使得混凝土中的孔隙粘合得更加紧密。
氢氧化钙(Ca(OH)2)化合物和水合硅酸钙(C-S-H)键对裂痕起固定浸染,使混凝土强度提高。通过扫描电镜不雅观察到一些水化的水泥颗粒,水化水泥颗粒对混凝土强度的提高比5%SWP的强度有更大的趋势。
当SWP添加量为15%时,由于SWP含量过高而产生空隙,强度低落,空洞取代了Ca(OH)2和C-S-H的键,导致键变得更弱更疏松。这导致混凝土强度降落。5%和10%是SWP的最佳添加比例,超过10%是不适宜的。
吸水率
对照混凝土(添加0%SWP)的吸水率最低,为6.3%。比较之下,5%SCPWP和SCBWP的吸水率分别为7.24%和7.95%,10%SCPWP和SCBWP的吸水率分别为8.46%和9.17%。当添加15%的SCBWP和SCPWP时,吸水率最高,分别为11%和10.28%。
混凝土吸水率随WP含量的增加而增加,但含水率过高会降落混凝土强度。同时,WP含量越高,混凝土的吸水率越高。7d和28d的吸水率分别为13.9~62.3%和10.8~118.4%,研究结果表明,较高的SWP利用率将增加混凝土的吸水率,高吸水率可能是由于混凝土在空气中的高孔隙率。
而附着力是一种分子对另一种分子的吸引力,对付水来说,这种吸引力可能非常强烈。在某些条件下,水方向于粘在自己身上,但水也会被其他形式的分子吸引。
纸化学构造中的微孔由眇小的植物纤维网组成,这些糖分子具有独特的特性,可以迅速接管水分并永劫光保持水分。纸张中的纤维素纤维之间有大量的空隙,看起来像眇小的气泡,这授予了纸张接管性。
当纸与水稠浊时,水方向于被接管并粘在纸纤维素上。除了纸张的高吸水性外,纤维中还含有空隙,这会影响纸张对水的吸水性。当水分子被纤维素吸引时,它们通过相互浸染来限定空隙。
因此,更多的空间许可更多的水被接管。结果表明:SCPWP和SCBWP掺量均小于10%,除15%SCPWP和SCBWP外均为优质混凝土;优质混凝土的吸水率小于10%。
载荷应变
绘制和剖析了荷载-应酿成果,以解释0%C、10%SCPWP和10%SCBWPRCB在荷载浸染下的波折和剪切应变行为。在大多数设计规范中,受弯裂痕宽度是保护钢筋免受堕落的最主要参数。然而,剪切裂痕宽度并没有设定任何特定的限定,由于剪切裂痕是在假设受阻构造发生时发生的。
而普通混凝土的最大应变值为3000με,可以反响构造裂痕宽度。所有RCB试样的应变值均未超过3000με。结果表明:当SS=200mm时,RCB的应变值高于SS=150和100mm。
此外,10%SCBWP和10%SCPWP的RCB在所有类型的增强材料中都比0%C具有更高的应变值。减小应变值的结果是由SCPWP和SCBWP的纤维含量引起的,纤维裂痕桥接机制通过通报拉应力,防止纤维通过裂痕表面产生斜向剪切裂痕。
此外,10%SCPWP和10%SCBWP的RCB在恒定的利用载荷下达到了极限应变能力。因此,从结果来看,由纤维组成的材料可以防止斜向拉伸开裂。混凝土稠浊估中掺入纤维可以减小RCB的裂痕宽度。大概,做事负载也可以减少。
SWP中的纤维含量通过裂痕桥接机制阻碍了裂痕的扩展,同时减小了裂痕的宽度,增加了裂痕的数量。
极限承载能力随着荷载的进一步增大,裂痕向加载点方向扩展,形成直线裂痕和斜裂痕。当斜裂痕扩展到达荷载和支撑点时,荷载可持续性达到最高。
当拉伸载荷增加时,如果产生许多裂痕并且P1强度低于混凝土的极限强度,则RCB将表现出伪应变硬化或伪延性行为,这表明纤维不敷以避免剪切毁坏并提高RCB的抗剪强度。如果在RCB中利用足够的纤维量,无论是充分的还是减少的抗剪钢筋,都将减少剪切的毁坏。
RCB底部裂痕增加,裂痕宽度减小,纤维拉出机构起到了裂痕阻挡器的浸染。因此,斜裂痕的有限伸开和张力的增加受到RCB中纤维夹杂的影响。随后,纤维掌握剪切裂痕和骨料互锁机制,改进RCB的销钉运动。
在本研究中,裂痕最初在RCB的前后表面扩展,随后随着载荷的进一步增加而发生波折毁坏。由于10%SCPWP和10%SCBWP稠浊料的纤维特性,裂痕的数量和宽度都有所减少。在全体拉拔机制中,纤维的存在通过防止裂纹扩展和提高拉伸性能来改进RCB的构造性能。
因此,在10%SCPWP和10%SCBWP中加入足够的纤维量可以增强抗剪钢筋,使剪切应变转变为波折毁坏模式,防止斜裂痕。纤维的掺入对掌握RCB的裂痕分布和提高开裂后的承载能力有很好的协同浸染。
随着载荷的增加,RCB表面裂纹增多。比较之下,0%C在剪切压缩毁坏中因抗剪强度能力不敷而毁坏。相反,与SS=150和200mm的RCB比较,10%SCPWP和10%SCBWPRCB在SS=100mm时表现出不同的开裂行为。
P1检测到靠近中跨的RCB表面的裂纹形成,并用永久赤色暗号笔进行标记,表示裂纹形成。RCB的波折毁坏导致RCB表面形成垂直裂纹,随后,随着纤维量的增加,裂纹数增加,裂纹毁坏次数增加。
P1的形成紧张受SWP纤维加入量的影响,同时增加了P1载荷,减小了裂痕宽度。随后创造,适当的纤维量增加了RCB强度,特殊是Py和Pmax。
结论本研究证明了SCPWP和SCBWP作为添加剂在改进混凝土性能和RCB构造性能方面的潜在用场。试验结果揭示了混凝土在水养护条件下的新鲜、机器和耐久性的清晰认识。此外,通过添加SCPWP和SCBWP得到了RCB的显著构造行为。
根据坍落度数据集,SCPWP和SCBWP分别以5%和10%的添加量作为添加剂,可提高坍落度值。添加10%的SCPWP可供应最高的坍落度值,而利用15%的SCPWP可记录最低的坍落度值。
SCBWP记录的坍落度值高于SCPWP,结果表明,SWP的最佳掺量为5%和10%,而掺量为15%的SWP会降落混凝土的和易性。因此,SWP含量显著影响混凝土的和易性。
在水养护7天和28天后,混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度等力学性能均有所提高。5%和10%的SCPWP和SCBWP掺入量与0%的对照混凝土强度比较,SCPWP和SCBWP掺入量为15%时混凝土强度最低。
除此之外,利用10%的SCPWP和SCBWP进行水固化,与其他额外的百分比比较,可以得到最高的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度。在第7和28天,10%的SCPWP添加量记录了最高的抗压、波折和劈裂抗拉强度值,而15%的SCPWP添加量记录了最低的强度值。
一样平常情形下,SCPWP和SCBWP的添加量分别为5%和10%,SCBWP的添加量为10%为最佳。因此,SCPWP和SCBWP有潜力作为新型混凝土的添加材料。
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