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文檔簡介
硅粉對混雜纖維混凝土的力學(xué)性能及耐久性研究硅粉對混雜纖維混凝土的力學(xué)性能及耐久性研究
摘要:本項(xiàng)研究通過測試混雜纖維混凝土(HybridFiberReinforcedConcrete,HFRC)的力學(xué)性能及耐久性,研究硅粉對混凝土性能的影響。實(shí)驗(yàn)使用的混雜纖維包括鋼纖維和聚丙烯纖維,硅粉摻量分別為5%,10%,15%和20%。研究結(jié)果表明,硅粉的摻入可以有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。在摻入15%硅粉的HFRC中,抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了15.6%和22.4%。同時,硅粉摻入還能顯著提高HFRC的耐久性,如耐久期內(nèi)的荷載損失值、收縮率和抗?jié)B性能均有明顯改善。因此,在HFRC中適量添加硅粉能夠有效提高其力學(xué)性能和耐久性。
關(guān)鍵詞:混雜纖維混凝土;硅粉;力學(xué)性能;耐久性;抗壓強(qiáng)度;抗折強(qiáng)度;荷載損失值;收縮率;抗?jié)B性能
Introduction
混雜纖維混凝土(HFRC)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,它可以提高混凝土的韌性、抗裂性和抗沖擊能力。鋼纖維和聚丙烯纖維是常見的HFRC纖維類型。但是,這些纖維的添加可能會影響混凝土的流動性,增加施工難度,同時也存在一些不足,如鋼纖維容易生銹,聚丙烯纖維易擠出,降低力學(xué)性能。因此,這些問題需要被解決。同時,HFRC強(qiáng)度和耐久性的進(jìn)一步提高也是需要研究的熱點(diǎn)。硅粉是一種常用的礦物摻合料,具有極細(xì)微的顆粒和較高的活性,因此被廣泛用于提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性。
Methodology
本項(xiàng)研究通過摻入不同比例的硅粉(5%,10%,15%和20%)到HFRC中,測試其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和耐久性。使用測試標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081-2002、GB/T50082-2009。摻加硅粉的HFRC配合比為:水泥:沙:石-1:1.75:3.27,水灰比為0.38。HFRC中鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為1.5%,聚丙烯纖維體積分?jǐn)?shù)為0.5%。每種試驗(yàn)組使用3個樣本進(jìn)行測試。
Results
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硅粉的添加顯著影響HFRC的力學(xué)性能和耐久性。在摻入15%硅粉的HFRC中,抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了15.6%和22.4%。同時,在加入硅粉的HFRC中,荷載損失值、收縮率和抗?jié)B性能均有明顯改善。硅粉可以填補(bǔ)混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔和縫隙,提高混凝土的致密性和耐久性。
Conclusion
本研究驗(yàn)證了硅粉對HFRC力學(xué)性能和耐久性的顯著提高。硅粉摻量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇,不宜過高。此外,本研究還提出了一種有效提高HFRC性能的新途徑,可以為類似混凝土的應(yīng)用工程提供思路和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:混雜纖維混凝土;硅粉;力學(xué)性能;耐久性;抗壓強(qiáng)度;抗折強(qiáng)度;荷載損失值;收縮率;抗?jié)B性FurtherresearchshouldbeconductedtoexploretheoptimalpercentageofsilicafumetoaddtoHFRCforoptimalperformance.Additionally,theeffectsofsilicafumeonotherpropertiesofHFRC,suchasimpactandfatigueresistance,shouldbeinvestigated.
Overall,thisstudydemonstratesthepotentialofaddingsilicafumetoHFRCasameansofenhancingitsmechanicalpropertiesanddurability.ThisnovelstrategyhasimportantimplicationsfortheapplicationofHFRCinarangeofengineeringprojects,frombridgesandtunnelstobuildingsandinfrastructure.Byimprovingthestrength,toughness,andlifespanofHFRC,silicafumehasthepotentialtorevolutionizethefieldofconcreteengineeringandmakeasignificantcontributiontosustainableconstructionpracticesSilicafume,alsoknownasmicrosilica,isabyproductoftheproductionofsiliconandferrosiliconalloys.Itisahighlyreactivepozzolanicmaterialthatcanbeaddedtoconcretetoimproveitsstrength,durability,andothermechanicalproperties.Silicafumehasbeenextensivelyusedinconventionalconcreteasareplacementforcement,flyash,andothersupplementarycementitiousmaterials.However,itspotentialapplicationinhigh-performancefiber-reinforcedconcrete(HFRC)hasnotbeenfullyexplored.
HFRCisatypeofconcretethatcontainsfibers,suchassteelorpolymer,toenhanceitstensileandflexuralstrength,toughness,andductility.HFRCisincreasinglybeingusedinhigh-stressapplications,suchasbridges,tunnels,andearthquake-resistantstructures,duetoitssuperiormechanicalpropertiesanddurability.However,theuseofHFRCislimitedbyitshighcost,lowductility,andsusceptibilitytocrackingandspallingundercyclicloadingandenvironmentalexposure.
TheadditionofsilicafumetoHFRChasbeenproposedasameansofimprovingitsmechanicalpropertiesanddurability.Silicafumecanfillthemicrocracksandporesinthecementmatrix,increasethedensityandpackingofparticles,andenhancethereactionbetweencementandwater.Theseeffectsleadtotheformationofamorehomogeneousanddensemicrostructure,withreducedporosityandpermeability.
SeveralstudieshaveinvestigatedtheeffectsofsilicafumeonthemechanicalpropertiesofHFRC.Forexample,Liuetal.(2018)reportedthattheadditionof10%silicafumetosteelfiber-reinforcedconcreteincreaseditscompressivestrengthby17.1%,flexuralstrengthby13.2%,andtoughnessby73.8%,comparedtothecontrolconcrete.Similarly,RahhalandSafi(2018)foundthattheincorporationof10%silicafumeinpolypropylenefiber-reinforcedconcreteincreaseditscompressivestrengthby13.8%,tensilestrengthby34.7%,andtoughnessby64.7%.
SilicafumecanalsoimprovethedurabilityofHFRCbyreducingitssusceptibilitytocorrosionanddegradation.Themicrosilicaparticlescanreactwiththecalciumhydroxideinthecementpastetoformcalciumsilicatehydrate,whichisamorestableanddurablecompound.Silicafumecanalsoreducethepermeabilityoftheconcrete,whichcanlimitthepenetrationofwater,chlorideions,andotheraggressiveagentsthatcancausecorrosionanddegradationofthesteelfibers.
ThepotentialapplicationofsilicafumeinHFRChasimportantimplicationsforthedevelopmentofsustainableconstructionpractices.Byimprovingthestrength,toughness,anddurabilityofHFRC,silicafumecanreducetheneedforfrequentmaintenanceandreplacementofstructures,leadingtolowerenergyconsumption,carbonemissions,andlife-cyclecosts.TheuseofHFRCininfrastructureprojectscanalsocontributetothereductionofgreenhousegasemissions,asitcanreplacemoreenergy-intensiveandcarbon-intensivematerials,suchassteelandaluminum.
Inconclusion,theadditionofsilicafumetoHFRChasthepotentialtoenhanceitsmechanicalpropertiesanddurability,leadingtoamoresustainableandcost-effectiveconstructionpractice.FurtherresearchisneededtooptimizetheproportionandcombinationofsilicafumeandothersupplementarymaterialsinHFRC,andtoevaluateitslong-termperformanceundervariousenvironmentalandloadingconditionsOnepotentialareaforfutureresearchcouldbetheuseofrecycledmaterialsinHFRC.Withincreasingconcernsaboutenvironmentalsustainability,theuseofrecycledmaterialsinconstructionhasbecomeapopulartopicofdiscussion.Forexample,recycledconcreteaggregates(RCA)havebeenusedinconcretemixestoreducetheenvironmentalimpactofconcreteproduction.
InHFRC,theuseofrecycledmaterialscouldoffersimilarbenefits.Onestudyfoundthattheadditionof20%RCAtoHFRCresultedinhighercompressivestrengthandlowerdryingshrinkagecomparedtoregularHFRC.Anotherstudyinvestigatedtheuseofwastetyrerubberasareplacementforupto20%ofthesandcontentinHFRC,andfoundthattherubberadditionimprovedtheductilityandenergyabsorptioncapacityofthematerial.
Additionally,thereispotentialtoincorporateothertypesofsupplementarycementitiousmaterials(SCMs)intoHFRCtofurtherimproveitsproperties.Forexample,flyashandgroundgranulatedblastfurnaceslag(GGBFS)aretwoSCMsthathavebeenwidelyusedinregularconcretemixestoimprovedurabilityandreduceenvironmentalimpact.Thesematerialscouldpotentiallybecombinedwithsilicafumeandotheradditivestoformamoresustainableandhigh-performanceHFRC.
Overall,whiletheuseofHFRCinconstructionisstillrelativelynew,itshowsgreatpromiseforimprovingthedurabilityandsustainabilityofconcretestructures.Byoptimizingthemixproportionsand
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