【摘 要】
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本文针对当下能源节约及环境恶化等问题,将农业废弃物稻壳和工业报废轮胎加工成稻壳灰和橡胶颗粒,经改性后分别作为混凝土的部分胶凝材料和骨料,并掺入适量粉煤灰,研究出一种全新的绿色环保混凝土。依据正交试验法,以不同橡胶组合、聚丙烯纤维掺量、稻壳灰掺量及水灰比为因素,每个因素各取4个水平,研究了四个因素对改性稻壳灰-橡胶-纤维混凝土(Modified Rice-husk-ash Rubber Fiber
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本文针对当下能源节约及环境恶化等问题,将农业废弃物稻壳和工业报废轮胎加工成稻壳灰和橡胶颗粒,经改性后分别作为混凝土的部分胶凝材料和骨料,并掺入适量粉煤灰,研究出一种全新的绿色环保混凝土。依据正交试验法,以不同橡胶组合、聚丙烯纤维掺量、稻壳灰掺量及水灰比为因素,每个因素各取4个水平,研究了四个因素对改性稻壳灰-橡胶-纤维混凝土(Modified Rice-husk-ash Rubber Fiber Concrete,简称MRRFC)力学性能的影响,以静态力学性能试验为切入点优选出4组优因素水平组合,再以动态力学性能试验和微观形貌及机理分析为着力点进一步研究优选组的力学性能。主要研究结果如下:(1)静态力学性能试验表明:稻壳灰对MRRFC强度影响最大,且掺量在15%~20%之间可以有效地提高MRRFC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度;其次是橡胶组合和水灰比,总体上MRRFC强度随着橡胶组合和水灰比的改变先增加后减小;聚丙烯纤维掺量对MRRFC强度的影响最小。(2)通过正交试验分析表明:MRRFC的最佳因素水平组合为第9组(A2B4C3D2——2号橡胶组合,0.20%聚丙烯,20%稻壳灰,0.48水灰比),次佳因素水平组合为第10组(A3B1C3D4——3号橡胶组合,0.05%聚丙烯,20%稻壳灰,0.52水灰比)、第4组(A1B3C3D3——1号橡胶组合,0.15%聚丙烯,20%稻壳灰,0.50水灰比)和第15组(A4B2C3D1——4号橡胶组合,0.10%聚丙烯,20%稻壳灰,0.46水灰比)。(3)通过分级循环加卸载试验表明:轴向峰值应变随循环次数的增加而增大,轴向残余应变随循环次数的增加而增大,弹性模量整体上呈现上升趋势,且聚丙烯纤维掺量越小,抗变形性能越好。(4)通过Hopkinson压杆动态压缩试验表明:破坏程度随冲击气压的增加而越来越大。当冲击气压为0.45MPa时,仅一角开始破坏,第9组的剥落量最小,第15组的剥落量最大;当冲击气压为0.50MPa时,第15组出现大面积破坏;当冲击气压为0.55MPa时,MRRFC出现了大面积的破坏,第15组试件完全破坏。(5)SEM电镜微观试验及橡胶混凝土机理分析表明:MRRFC断裂面整体表现较为平整,基间粘结紧密,橡胶与胶凝材料之间随机排布少量柱状晶体,不同粒径的橡胶以不同组合掺入的方式可以弥补橡胶颗粒对混凝土密实度的影响,聚丙烯纤维构成的三维网状结构有效缓解了橡胶上浮现象,掺有稻壳灰的胶凝材(6)料水化产物主要呈絮状物质,另有部分板状物质。(7)XRD衍射试验及水化机理分析表明:改性后的稻壳灰具有超高的火山灰活性和比表面积,细小的颗粒不断填充到材料见的空隙中,在火山灰活性和填充效应的双重作用下,不断与水泥熟料水化后生成的Ca(OH)2进行反应,使得Ca2+的浓度降低,Si4+浓度不断提高,生成额外的C-S-H并用以填充早期遗留空隙,进而加快了水泥熟料的水化反应,如此循环往复的“反应-填充-反应”使得最后的MRRFC具有较高的致密性和强度。
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