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        粉煤灰、鋼渣、橡膠顆粒材料的三軸壓縮試驗研究

        2020-10-09 11:25:29王小龍黃偉王坤
        建筑與裝飾 2020年26期

        王小龍 黃偉 王坤

        摘 要 通過對工業(yè)廢料的研究,將其作為抗震地基或者建筑材料的摻和料,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展以及對環(huán)境的保護。利用TSZ-6A型應變控制式三軸儀,對四種圓柱試件進行無側(cè)限的三軸壓縮試驗,得出其無側(cè)限抗壓強度,并比較四種試件破壞形式的差異。試驗結(jié)果表明,在三軸壓縮條件下,試件1與試件2的抗壓強度較高,仍需要進行進一步試驗來研究試件4三種材料的最佳配合比以及最佳水灰比。

        關鍵詞 三軸壓縮試驗;無側(cè)限強度;破壞形式;材料性能。

        1研究背景

        粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕 下來的細灰,即燃煤電廠排出的主要固體廢物。大量的粉煤灰若不加處理,就會產(chǎn)生揚塵,污染大氣;若排入水系會造成河流淤塞,而其中的有毒化學物質(zhì)還會對人體和生物造成危害[1]。

        鋼渣是一種工業(yè)固體廢物,是煉鋼排出的渣,依爐型分為轉(zhuǎn)爐渣、 平爐渣、 電爐渣。主要由鈣、 鐵、 硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。

        橡膠顆粒主要是通過各種廢舊橡膠包括廢橡膠、旅游鞋底、邊角料、電纜皮、橡膠邊角料、汽車墊帶、汽車輪胎等廢舊橡膠原料加工生產(chǎn)而來。

        這三種材料作為工業(yè)廢料,如果處理不當便會污染環(huán)境。研究表明這三種材料可用于綠色混凝土的摻和料或者建筑材料,在使用之前,研究這三種材料的性能變得極為重要[2]。

        2三軸壓縮試驗

        2.1 試驗設備

        本試驗采用TSZ-6A型應變控制式三軸儀,可以進行不固結(jié)不排水剪(UU)固結(jié)不排水剪(CU)和固結(jié)排水剪(CD)的三軸試驗。其工作原理是:主要部分為電液伺服系統(tǒng),以伺服元件(伺服閥或伺服泵)為控制核心,由指令裝置、控制器、放大器、液壓源、伺服元件、執(zhí)行元件、反饋傳感器及負載組成,通過反饋信號與輸入信號相比較得出偏差信號,利用該偏差信號控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量,使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化,直至偏差等于零或足夠小,從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符,顯著優(yōu)點為能夠進行遠程控制,精確控制系統(tǒng)壓力。

        三軸壓縮試驗采用圓柱體試件,將試件放在壓力室后,對試件表面施加液壓,用橡膠套將試件與油隔開,施加軸向壓力后,直至試件破壞,期間可以通過監(jiān)測系統(tǒng)記錄各種試驗參數(shù)[3]。

        2.2 試驗原理

        根據(jù)最大荷載和截面面積計算試件的軸向強度:

        在式中:

        ——試件無側(cè)限抗壓強度;

        ——軸向破壞載荷;

        ——試件的橫截面積。

        此次試驗為無側(cè)限固結(jié)不排水三軸壓縮試驗,即圍壓,只對試件施加垂直的軸向壓力,由此測出無側(cè)向壓力的情況下,抵抗軸向壓力的極限強度,即為無側(cè)限抗壓強度[4]。

        2.3 試件材料參數(shù)及制作過程

        材料參數(shù):

        粉煤灰簡介:主要氧化物組成為:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。為水泥色粉狀,細度43微米,密度為2.4克/立方厘米,含水量在0.5%。

        鋼渣簡介:一級鋼渣粉,含有鈣、鐵、硅、鎂等元素,為熟料。

        橡膠顆粒簡介:黑色橡膠顆粒,顆粒大小在2-4mm。

        試件編號:

        試件1:粉煤灰試件,水灰比為0.325,水泥添加量為3%。

        試件2:橡膠顆粒試件,水灰比為0.2,水泥添加量為20%。

        試件3:鋼渣試件,水灰比為0.35,水泥添加量為5%。

        試件4:粉煤灰-橡膠顆粒-鋼渣試件,水灰比為0.27,水泥添加量為0。

        備注:4個試件尺寸皆為φ39.1mm*80mm,養(yǎng)護時間為7天。在粉煤灰試件制作過程中,0.6水灰比時,試件無法成型,過于黏稠,流動性高;0.4水灰比時,時間在養(yǎng)護兩天后水化[5]。

        3試驗結(jié)果分析

        3.1 試件三軸抗壓強度

        根據(jù)記錄的破壞荷載可以得出試件的無側(cè)限抗壓強度,見表1。

        從表1可以看出:試件1的抗壓強度為最高,而試件3抗壓強度最低,從理論上說,試件4由于三種材料的配合比不同也會出現(xiàn)不同的強度。

        3.2 試件破壞形態(tài)

        試件1與試件2有明顯的剪切面,剪切面平整,破壞后試件較為完整;而試件3與試件4在破壞取出后呈破碎狀,剪切面不明顯[6]。

        4結(jié)束語

        (1)粉煤灰,鋼渣,橡膠顆粒作為工業(yè)廢料,如果能夠?qū)⑵淅闷饋恚鳛榻ㄖ牧系膿胶土?,對于可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境的保護具有重要意義。

        (2)從實驗可以看出,粉煤灰與水泥的組合強度最高,而橡膠顆粒的強度很大一部分得益于接觸面的粗糙。而通過繼續(xù)進行大量實驗,可以得出粉煤灰-橡膠顆粒-鋼渣試件的三種材料的最佳配合比以及最佳水灰比。

        (3)此試驗對于粉煤灰,橡膠顆粒,鋼渣這三種材料的性能具有一定的參考意義,但仍存在局限性,仍需進行進一步實驗,來得出各種試件的莫爾應力圓及其他各種參數(shù)。

        參考文獻

        [1] 王鷹鵬,汪令輝.兩種不同巖石在三軸壓縮條件下的變形實驗[J].中國礦山工程,2013,42(5):8-11.

        [2] 吉佳豪.頁巖在CO_2作用下的三軸壓縮實驗研究[D].成都:西南石油大學,2018.

        [3] 李曉娟,倪驍慧,孫斌祥,等.粉砂巖三軸壓縮條件下細觀損傷特征的定量研究[J].煤炭學報,2012(4):590-595.

        [4] 黃英華,唐海燕.大理巖常規(guī)三軸壓縮試驗的相關性分析[J].采礦技術,2011(6):32-33.

        [5] 李孔,葛修潤,李春光.基于三軸壓縮試驗確定巖石的Hoek-Brown軟化參數(shù)的方法[J].中國農(nóng)村水利水電,2011(8):117-120.

        [6] 李芙蓉,趙劉群,牛飛.不同凍結(jié)條件對膨脹土三軸剪切強度的影響[J].港工技術,2019,56(6):115-119.

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