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行业新闻 2019-12-09 22:23

  广西大学硕士学位论文海水拌养珊瑚混凝土基本力学性能试验研究姓名:韩超申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:赵艳林20110629海水拌养珊瑚混凝土基本力学性能试验研究摘要随着海岛开发的加速进行,海岛工程建设也越来越多。由于海岛缺少配制混凝土所需的普通碎石和拌养淡水,珊瑚碎屑和海水则成为我国海岛这个特殊环境下混凝土配合料的重要来源。▼▲本文利用珊瑚碎屑和海水代替碎石与淡水,配制结构珊瑚混凝土,并对其基本力学性能进行试验研究,为珊瑚混凝土应用于海岛混凝土工程提供参考依据。本文首先对珊瑚的物理性能进行试验与研究,利用正交试验设计基准配合比,试验表明:利用基准配合比配制的珊瑚混凝土强度和施工性能均较优。其次对立方体抗压强度进行统计分析,结果表明:珊瑚混凝土抗压强度概率分布特征既满足正态分布又满足对数正态分布,而且利用两种分布统计出的抗压强度标准值均满足结构珊瑚混凝土要求。通过对珊瑚混凝土不同龄期(3d、7d、14d、2ld、28d)抗压强度进行研究,研究珊瑚混凝土抗压强度随龄期的发展规律,☆△◆▲■并依据其规律找出相对抗压强度与龄期的关系,然后利用早龄期强度预测珊瑚混凝土后期强度并给出经验公式,预测精度较高。测定珊瑚混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度,并研究它们之间的关系。结果表明:立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系与轻骨料混凝土规范接近,而立方体抗压强度与劈裂抗拉强度之间的关系与普通混凝土以及轻骨料混凝土推荐公式有所差异,即相同立方体抗压强度条件下,珊瑚混凝土劈裂抗拉强度高于普通混凝土和轻骨料混凝土。最后,对混凝土常见本构模型进行综合分析,研究得出欧洲一国际混凝土委员会(CEB/FIP)给出的混凝土本构方程模型较适合珊瑚混凝土。然后以本文试验所得数据为基础拟合出珊瑚混凝土本构方程,并对其弹性模量进行试验研究。研究发现珊瑚混凝土与轻骨料混凝土变形曲线相近,其上升段也更接近直线,而弹性模量则介于相同立方体抗压强度条件下的普通混凝土与轻骨料混凝土之间。关键词:混凝土;珊瑚碎屑;力学性能;统计分析;变形性能EXPERIMENTALRESEARCH0NTHEFUNDAMENTALMECHANICALBEHAVIOROFSEAWATERCORALCONCRETEABSTRACTWitlltlledevelopmentofislandconstnlction,IslaIldenginee血gConStruCtionisalsomore锄dmore.Duet0t11elackofordiIlaDr莎aveland野暑Sh撇吮rtllatpr印aringconcreteneedinisl锄dn删porollsmat嘶alsuch勰coralgravelandseaw£lterareill】岬rtants0111优ofconcreteaggregateinislalldconstuctionundert11especialelwironmentcondition.T1lispaperusescoral笋avel锄dse撇i11Ste乏Idof莎aVel觚d舶Sh、Ⅳaterfortlleresearchon丘uld锄altalmechallicalbehaviorofsealⅣatercoralcollcrete,soastonlal【ethecoralclastic诵delyusediIlislandcons仰ction.Tllispaplerstudiestllephysicalpropertiesofcorala11dgctsVarietiesofmixingmtios丘omomlogonaltest,tcStshowtllatthebenclllnarkmixingproportionmatortllogonalteStdesi盟Ismore跚periortllrou曲mengtlla11dcoIls仰ctionfImction.ThenuSiIlgstatistics砌yzestllecul)ecompressiVestrengtll,tllereSultsshowtllatcoralconcretecompresSiVestrengtllprobabili锣di鲥butionfeaturessatis母botllno肌a1distribution锄dcomemlo罂10肌aldistributio玛aIldtlles伽ardcompressiVestrengthofconcreteIIleetsS臼ⅫmJralrequirements.TheresearchoftIlestI.engtllat谢edage(3d、7d、14d、21d、28d)西Ves恤mlesof恤compressiVesJ吮ngtllaS也eagegoeson.ByStlJdyingt11erelatioIlsllipbe铆eenearl衙agessnIengtllpredictioncoralconcreteposts岭n舀hand西Vee删encefomula,强dtheresuhof也eeS:tj删onisexact.Cu.becompressiVes仃engm、axiscompressiVes包rengtllandsplittingtellsileStrengtllofcomlconcretearemeasured,tllerelatioI玛锄ongthemareresearched.ThereSultsshowt11atmerelatioIlSllipofcdbe锄da)【isconlpressiveSt陀IIgtllisclot0lightweightaggregateconcrcte,w蛐emerclationsllipofcll_bccompfessives仃engtllaIldSplittingtensiles乜engtllisdi伍邑rentf如mordiIla】哕concrete觚dlightweightaggrega把concrete,n锄elyunderconditionofthcs锄eclIbecompressiVestreng_th,o叮alconcretespliniI培tensiles缸.engmislli曲ercommonconcreteaIldlight、ⅣeightaggregatecoIlcrete.1IFinally,acoIIl】【nonconstitutivemodelofconcreteallalysis,researchsuggestst11atEuropeintemationalconCretecoI啪ission(CEB/F口)西veconc叠eteconstitIltiveequatioIlsmodelisSuitableforcoralconcrete,a11dtllenb嬲ed0ntllisteStda_tafittingoutitsconStitutiveequation,Studyfoundtllatdefo珊ationcur、,eofcoralconcreteandissimilart0itoflightweightaggregateconcrete,meirrisingsectionarecloserto1ine盯,锄delaSticmodulusisbc帅eenⅡ1es锄estrengtllconditiorlsofcommonconcrete锄dli翊1tweightaggrcgateconcrete.KEYWORDS:concrete;coral铲aVel;mechanicalbehavior;statisticalaJlalysis;def.o肌ationbehaviorIIl海水拌养珊瑚滑凝土基本力掌性能试验研究第一章绪论1.1课题背景及意义在我国,面积在500平方米以上的岛屿多于6500个,面积小于500平方米的岛屿和岩礁也多达上万个。这些海岛不仅资源丰富,而且具有特殊的区位,是中国海洋经济和社会发展的重要依托。伴随着经济的快速发展的同时,土地资源出现紧缺,因此,在沿海或远离大陆地区对海岛进行开发利用的建设工程项目会越来越多,并且建设项目的规模也越来越大。但我们在开发利用海岛的同时也遇到了一些问题:大部分海岛远离大陆,交通不便,资源短缺。所以,要想在海岛上建设工程项目,成本会很大。如何降低建设工程项目成本就显得尤为重要。一般建设工程造价中最大项是建筑材料消耗,尤其是混凝土的消耗。★-●△▪️▲□△▽然而,由于岛礁上缺乏碎石、河沙等常规建筑材料,施工所用淡水也非常匮乏,因此,有时不得不用船舶千里迢迢从大陆运输,这样不仅运作艰辛、费用昂贵,而且受台风海浪等自然条件限制,建设工期也难以保证。我国中、西、南沙群岛130余个岛礁,它们大部分为生物礁构成,而各岛屿松散堆积物主要是珊瑚碎块和珊瑚砂,一般占总颗粒数的(60~80)%,◆◁•这在某些方面为岛礁的工程建设提供了可以使用的新型建筑材料珊瑚混凝土。珊瑚是珊瑚虫群体或骨骼化石,珊瑚虫是一种海生圆筒状腔肠动物,它以捕食海洋里细小的浮游生物为食,在生长过程中能吸收海水中的钙和二氧化碳,然后分泌出石灰石,变为自己生存的外壳。因此,在不破坏当地自然生态环境的条件下,在岛礁上就地取材,利用疏浚港池、航道挖掘出的珊瑚礁、砂和被台风、海浪冲刷堆积的珊瑚礁、砂来替代碎石、河沙,配制珊瑚混凝土对于海岛军用和民用工程建设有其重要的实际意义和极高的使用价值。这不仅可以大大降低工程造价,而且可以大大缩短开发和建设工期,造福海岛军民。另外,很多海岛多为我们的国防前线,需要大量的混凝土服务于工程建设。用海水拌养珊瑚混凝土不仅具有实践意义,而且可以在战时急需时发挥重要时效作用。▼▼▽●▽●目前,对于普通碎石、河沙混凝土性能,理论已相对成熟,而轻骨料混凝土性能也在不断的探索中,其理论也在日臻完善。但是,对于珊瑚骨料混凝土,珊瑚虽作为天然轻骨料的一种,但由于其性能与普通混凝土和轻骨料混凝土不尽相同,有其自身的一些特点,目前国内外还没有与之相配套的技术措施。为了工程应用,需要对该种新型混凝土的特性进行研究。广西大学硕士掌位论文海水拌养珊瑚混瑚已匕基本力学性能试验研究本文在研究珊瑚混凝土力学性能时参考了普通混凝土与轻骨料混凝土的理论成果。研究成果可以为珊瑚混凝土在岛礁工程中的应用提供参考依据。图卜1南沙永署礁Figu把l1NanshaeVerl勰tingreef图1.3南沙弹丸礁(马来曲业)Figu托1.3N锄shaprojectilereef(Malaysia)图1.5BMAPA集团的采捞作业Figu佗l一5BMAPAgroupharveSthomework2图卜2曲沙永兴岛乜机场Figurel-2XishayongXingisl锄dajrpon图卜4含有贝壳的珊瑚碎块Figu他l-4CoraJpiecescontajningshells图卜6太平洋比基尼岛的珊瑚混凝土建筑物Figurel-6Pacificbikinicoralconcretebuild吨海水拌养珊瑚混凄已匕基本力学性能试验研究1.2珊瑚混凝土的应用发展概况1.2.1珊瑚混凝土国外发展情况在国外,日本的学者W抽chaiYodsu由“1】在其论文《StudyonS仃eng吐l锄dDurabilit),ofC0ncreteusinglowqual埘coarseAggregate劬mCircumPacificRegion》指出,在环太平洋周围地区,各种混凝土骨料(包括珊瑚在内)在建筑中大量应用,但就其强度和耐久性方面的研究较少。WancllaiYodsu由ai通过研究发现,如果混凝土砂浆的强度大于骨料强度,那么骨料强度将影响混凝土的强度;如果混凝土砂浆的强度小于骨料强度,那么骨料强度将不影响混凝土的强度。在英国,海洋的混凝土骨料在工程中的用量非常大,那里形成一个专门的产业联盟-BMAPA(BritiShMarineAggregateProducersAssociation),据BMAPA统计,在英格兰和威尔士地区,海洋的混凝土骨料的应用就高达18%左右。美国学者Ho、Ⅳdyshell【2】详细调查了美国在SaipaIl岛,G啪m岛,Midway和Kw萄alein岛利用珊瑚骨料配制的混凝土的使用情况,在其后的调查报告《11圮UofCoralasaIlAggregatef.0rPonl锄dCementConcreteStmctures》中他得出3个结论:(1)珊瑚作为混凝土的骨料在工程中使用是成功的;(2)控制珊瑚骨料的含盐量不要太高,并且不要用海水搅拌混凝土,否则易腐蚀钢筋;(3)钢筋的保护层厚度一定要满足要求。由于美国在环太平洋地区布署大量的军事基地,土木工程建设要耗用大量的混凝土,U.S.ARMYCORPSOFENGINEERS(美国陆军工程部队)、NA、厂ALFACILITIESENGINEERINGCOMMAND(海军设施工程司令部)和AIRFORCECⅣILENGINEERSUPPOI江AGENCY(空军土木工程师支持局)联合发文,出版了《UNIFIEDFACILITIESCⅪTEⅪATROPICALENGINEEⅪNG》土木工程标准,标准的3.3.2款指出:如果应用于混凝土中的常规骨料短缺的话,可以使用珊瑚作为混凝土的骨料。为了提高珊瑚混凝土的应用质量,珊瑚骨料应提前冲洗干净,减少含盐量,避免钢筋被腐蚀【3】。美国学者砌ckA.Elllen实地考察了位于太平洋比基尼岛上的3个建筑物,这些建筑物都是用珊瑚混凝土建造的,并且给出了珊瑚混凝土的配合比,水泥用量:517镑,水灰比:O.55~O.6左右,塌落度为3英寸,细骨料占46%~49%,珊瑚粗骨料占51%~54%,28天抗压强度达到3000psi(相当于20.7MPa)。研究结果证明珊瑚混凝土长期强度能够满足结构要求,并且得出影响珊瑚混凝土耐久性的主要因素是盐雾、混凝土保护层的厚度和结构的表面裂缝。淘}水拌养珊瑚混旃E二匕基本力学性能试验研究印度学者R.A.An蛐ug锄对珊瑚混凝土的配合比和力学性能研究发现,珊瑚混凝土早期强度增长较快,后期强度增长缓慢。并且给出珊瑚混凝土不同水灰比对应的强度如图卜7所示:图1-7珊瑚混凝土水灰比与强度的关系Figu把17Therelationshipofcoralconcretewater-cememratio锄dtllestreng:tII1.2.2珊瑚混凝土国内发展情况在我国,海水拌养混凝土并用于工程实际的有连云港东西连岛大坝,而且海水用量较大,配制混凝土的粗骨料为碎石,细骨料为河砂,工程正常使用寿命已达30多年。除此之外,在工程中应用海水较多的则是某些岛屿的码头、消浪块体、防波堤、◇▲=○▼=△▲护岸和灯塔等水工构筑物以及一些海岛上的生活设施和路面工程【4】。这些工程的修建大部分始于1986年以后。◆▼由于海岛上缺少配制混凝土的常规骨料,骨料的来源既有岛礁上就地取材的珊瑚礁、砂【5】,也有千里迢迢从陆地运输的普通碎石与河砂,再与普通硅酸盐水泥并利用海水拌养配制混凝土进行施工。通过实地考察与调研,上述工程中用海水拌养的珊瑚礁砂混凝土也好,▲●还是用海水拌养的碎石河砂混凝土无一出现工程质量问题,使用过程中均表现出良好的性能,甚至有已正常使用二十多年工程项目,即使在台风与海上巨浪的考验下一些水工建筑物也安然无恙,被海水腐蚀破坏迹象并不明显。因此,只要保证良好施工质量,★▽…◇保障海水拌养混凝土的耐久性是没有问题的。在国内,王以到6】在《珊瑚混凝土在港工中应用的可行性》指出:珊瑚碎块表面粗糙,体形不一,不易捣固密实,所以水泥用量大,这样水泥浆多些可起润滑作用,使混凝土便于施工。珊瑚碎块有很多空隙,吸水率高达达10%以上,因此,用水量也较大。另外,珊瑚混凝土早期强度较高,7天即可达到抗压强度设计值,而W二D、W也非纯珊4委芏石i蹙{盆&uIa。广西大掌硕士掌位论文海水拌养珊瑚混凝土基本力学性能试验研究瑚混凝土只能达到设计强度的80%~90%,一般混凝土只有58%,后期强度增长较慢,在水灰比和养护条件相同的条件下,珊瑚混凝土后期强度只增加约9%,•☆■▲而W.D、W也非纯珊瑚混凝土增长约40%~21%,一般混凝土可达到48%。在水灰比相同的条件下,随材料的不同,•●珊瑚混凝土的龄期强度亦有所不同,▪️•★其28天抗压强度比以河砂为细骨料的W二D非纯珊瑚混凝土强度约低13%,比以碎石为粗骨料的W也非纯珊瑚混凝土强度高约13%。因此,珊瑚混凝土能够应用于中、西、南沙不带钢筋的挡墙、防波堤、消浪、护岸块体以及路面工程等港工构筑物中,这样不但能就地取材,节约成本,还能赢得岛、礁上工程施工时间。▲★-●卢博【7J在《海水一珊瑚砂屑混凝土的研究与实践》指出:用抗硫酸盐水泥制作的珊瑚砂屑混凝土试件质量指标是最好的,硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥制作的试件次之,而火山灰水泥制作的试件较差。赵焕庭【8J在《珊瑚礁工程地质研究的内容与方法》指出:用海水和珊瑚礁砂砾作骨料制成的素混凝土在实际工程中应用上是可行的,只要适当的提高混凝土标号,水泥用:量比一般混凝土多增加一点,降低水灰比,便能够得到足够的强度。此外,在骨料和配合比都不变的条件下,海水拌和养护的混凝土与淡水(或岛水)拌和养护的混凝土相比,前者早期强度增长较快,但后期强度增长较慢。陈兆林19J在《珊瑚礁砂混凝土的应用可行性研究》指出:从珊瑚礁、砂混凝土各种强度试验结果来看,28天的标准抗压强度均超过20MPa,它完全可以替代碎石、河砂。来配制混凝土,应用于海岛的护岸、防波堤等港工建筑物及生活设施的建房基础素混凝土工程等。另外,至于用海水拌养的珊瑚礁砂混凝土的耐久性问题,从目前研究所掌握的资料来看和通过对某岛屿已建数年的建筑物的考察分析,海水拌养的珊瑚礁、砂混凝土在无冻融地区的岛礁上建造素混凝土工程,其耐久性还是有可靠性的。此外,陈兆林【10】在《岛礁工程海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与应用研究》探究出:海水拌养珊瑚礁、砂混凝土28天标准抗压强度与净水灰比的关系和单位水泥用量与砂率的关系,如图1.8、1.9所示。他还拟合出净水灰比与抗压强度的回归方程为.疋=15.51二+2.58,同时需要说。W明的是:当灰水比大于3(或水灰比小于O.3),珊瑚礁、砂混凝土强度大于40MPa后,强度增加率降低,表现有偏离线性的趋势,其主要原因是珊瑚礁、砂骨料强度低引起的【9】。另外,通过对岛礁工程快速抢修与修补的原材料进行测试和对当地海水拌养混凝土性能的试验研究以及某些工程修补、抢修的实践调研,证明用海水拌养珊瑚礁、砂混凝土和海水拌养珊瑚混旃邑二匕羞茹莽力掌性能试验研究用海水拌养快凝快强混凝土应用于岛礁上损坏工程的修补和抢修是完全可以的。该项研究成果不仅能够用来解决岛礁工程施工淡水短缺的难题,而且也能节省施工所用部分建材通过海上运输到岛上的费用,以至于岛礁工程被风浪损坏后能够得到及时修复。这对远离大陆的岛礁工程的安全使用和开发保护岛礁来说有着极其重要的现实意义。60薹40髑30慝翼20lOO4《}444240求38i36螽3432302826Ol234l2003400{j(m60078009l000一净灰水比水泥用置,埏.m图1.8珊瑚礁、砂混凝土抗压强度与图1.9珊瑚礁、砂混凝土单位水泥用量与净水灰比关系砂率关系Figurel一8therelationsofcoralree谯、s觚dconcreteFigurel-9tl他陀latio璐ofcoral陀e矗、s锄dcompreSSiVes仃engm锄dwatercememratiodosageofccreteunitands锄d均tio总之,海水拌养珊瑚混凝土不仅可以用于海岛工程中的路面工程、机场部分跑道、防波堤、护岸、消浪堤、不带钢筋的挡墙、混凝土基础和混凝土砌块等港工素混凝土构筑物,而且可以用于加有阻锈措施的钢筋混凝土结构。1.3本文研究内容通过国内外的研究现状可以看出对珊瑚混凝土的研究已取得一定的进展,但大多研究只是基于是否能在工程中应用、应用过程中应注意的事项、配合比、强度以及强度发展趋势、弹性模量或者是为实际某一工程的需要进行研究,对珊瑚混凝土的基本力学性能之间的关系、机理分析以及与普通混凝土和轻骨料混凝土之间的比较进行系统研究相对较少。因此仍需要大量系统和深入的研究。本文利用北海涠洲岛的珊瑚礁和北海海滨的海水配制强度在20MPa~40MPa的结构珊瑚混凝土,并参照普通混凝土和轻骨料混凝土对其进行力学性能研究,研究内容如下:(1)对珊瑚骨料按规范进行试验,掌握珊瑚的基本性质,利用正交试验设计珊瑚混凝土配合比,并优化配合比:(2)以抗压强度数据为基础,对珊瑚混凝土进行统计分析,然后利用“夏皮罗一威6海水拌养。珊瑚混凝土基本力掌性期喇0验研究尔克(shapirowilk)检验检验珊瑚混凝土抗压强度概率分布特征是否满足正态分布和对数正态分布,最后得出统计参数和结论,为珊瑚混凝土结构可靠度设计提供重要依据;(3)通过试验研究抗压强度与龄期的关系、轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系,并剖析影响强度的因素;(4)对混凝土常见本构模型进行分析,选择较适合珊瑚混凝土的本构模型拟合其本构方程,并对其弹性模量进行试验研究;(5)从机理上对珊瑚混凝土力学性能进行简要分析。7海水拌养珊瑚混李E二匕基本力掌性能试验研究第二章珊瑚混凝土配合比设计2.1原材料性能检验2.1.1珊瑚礁珊瑚礁为北海涠洲岛疏浚港池、航道采掘出的混合级材料。珊瑚礁由于质轻、多孔,根据我国混凝土骨料的分类,属于天然轻骨料【101。本文选用的是普通碎石型珊瑚作为粗骨料,按《轻集料及试验方法》(GB厂r17431一1998)进行试验得到结果如下表所示:图2一l珊瑚骨料Figu21C0raJag伊gate表21珊瑚礁质量检测及评价Table2-1CoraJree尽qual时testing锄devaIuation堆积密度表观密度孔隙率吸水率筒压强度检测项目(kg/m3)(kg/m3)(%)(%)(MPa)检测结果918180649.115.42.Ol质量评定优于国家标准(1.5^lPa)注:表内空白处表示该检测项目没有明确的国家标准2.1.2其它试验材料本文试验水泥采用广西古庙P.042.5普通硅酸盐水泥。试验用砂为天然河砂,测得其堆积密度为1520k咖3,属于中粗砂,试验过程中砂子被晒干。拌养混凝土用海水为人工配制,参数来自广西北部湾海域的北海海滨,取自距北海海滨公园海滩50米处,取样深度为5米。海水的参数如下表所示:表2.2海水的参数Table2.2Thcpa姗etersofmeaw锄er离子Na+K-Ca2+M矿S042+Cr离子浓度9050566.5380.118(mg/L)蜀海水拌养珊瑚混攀E二匕囊茹拳力掌性能试验研究2.2基准配合比优化设计由于珊瑚作为混凝土骨料在工程中并不多见,但其独特的区位优势又有待我们进行研究,而配合比设计又是其在工程中得以应用的研究内容。本文珊瑚混凝土配合比设计参考《轻集料混凝土技术规程》(JGJ512002)中的松散体积法。松散体积法的步骤如下:1、确定试配强甄.D,并以试配强度和水泥强度等级为基础,选取水泥用量;2、依据试验过程中工作性能的要求以及水灰比的大小选取用水量仇;3、根据骨料类型、品种和骨料级配情况选择粗细骨料总体积形;4、根据粗骨料空隙率以及级配情况选择合理砂率S口;5、根据公式(2.1)~(2.4)计算粗细骨料的用量:圪=KSP(2.1)朋,=一几(2.2)圪=K一屹研。=圪成(2.3)(2.4)试中:圪、圪、形:分别为每立方米细骨料、粗骨料和粗细骨料的松散体积(m3);所s、埘。:分别为每立方米细骨料和粗骨料的用量(kg);Sp:砂率(%):店、见:分别为细骨料和粗骨料的堆积密度(kg/所3)。2.2.1正交试验设计2.2.1.1因素水平的选取本文正交试验共选取四种因素:水泥用量、珊瑚用量、砂率和海水用量,每个因素对于三种水平。根据需要配制强度的要求并按照松散体积法的步骤,先通过查表来确定某些因素用量的大致范围,然后参照《轻骨料混凝土技术规程》【111中的要求选取水泥用量、砂率、海水用量所对应的不同水平用量,选取骨料总体积为1.3。选取因素及水平如表23所示,正交试验压缩曲线广西大学硕士掌位论文海水拌养珊瑚混凌缸匕羞漭力掌性能试验研究表23正交设计因素水平Table2-3Onhogo删desi朗伽tofSa11dleVel因素水泥用量(kg,m3)珊瑚用量(k咖3)砂率(%)海水用量(k咖3)水平9242200压缩试验雎缩试验压缩试验互ri王R荔两==凇二jRI一二一rR曩U■亿-■l夕∥j!”“F蔓嚣一”““r童嚣”””“,妻器“。快乐时时彩(1)(2)(3)压缩试验压缩试验压缩试赣ll至份.Rm~终_、一一“R曩≯≮RIutjlt}厂弋.、、■Ⅲ7及鼍。t吲■●u谚一矽夕。”“F童嚣”””“r妻器“一”“r童嚣1“。(4)(5)(6)援缩试验压缩试验压缩试验l一主一:l/、/1。1rrⅢH一1一i~t户心///●,夕RM一三蕞雹,u■Ⅲ_-u■●uuU;f么”。r童器”””“r童品1““。。,童嚣“。(7)(8)图2.2正交试验压缩图(第l~9组)Figure2.21kcompressingfigureoflO(9)experiment(舶mtllefirstt0nill_吐lgroup)广西大学硕士学位论文海水拌彝珊瑚混凑匕匕基本力掌性矧缎式验研究图2-3正交试验破坏形态Fi目鹏2-3O吡09011altestd锄agefom2.2.1.2正交试验及结果分析1、试验结果及直观分析表2-4正交设计试验及直观分析结果1able2-4Omlogonaltestandintui_ti_ve锄mysisr懿ults因素及水平(蚝,m3)试验结果试验号水泥用量珊瑚用量砂率用水量(Ⅳ甲a)试验122.9试验023.9试验020.O试验023.3试验028.7试验025.1试验030.2试验026.O试验028.4Kjt22.26725.46724.66726.667Kj225.70026.20025.20026.400Kj,28.20024.50026.30023.100Rj5.9331.7001.6333.567广西大掌司nb掌位论文海水拌养珊瑚混誊匕匕羞长力学性能试验研究表中:K表示第j列因素(k一1,2,3)的三次试验指标之和.颤=如瓦表示第j列因素(k=l,2,3)的三次试验指标的平均值丐={如J扛lR表示极差,马硇a)【{蝎k}一IIlin{蝎k),lk3为了更好利用正交试验所得出的数据来反映珊瑚混凝土强度的变化趋势,把表2.5中的试验结果绘制成图2_4。3230垒28驰222032旧30垒28驰04805520水泥用量/kg.m_33230生28驰22203230蠢薹2220韶0740750珊瑚用量/kg.m-337船0180200220砂率/%用水量/kg.m一3图2-4各因素对应强度的关系Figu他2-411坞陀latio眦hipofdifrerentfactors锄d舳gtlI与普通混凝土和轻骨料混凝土一样,珊瑚混凝土随着水泥用量的增加,强度不断增加,从图中可以看出,增加的趋势较大,已经成为影响珊瑚混凝土强度的首要因素。其次是海水用量,随着海水用量的减小,强度不断降低,这也与普通混凝土、轻骨料混凝土相同。而砂率和珊瑚用量对其强度的影响并不明显,只是略有变动。上述图形虽能直观显现出各种因素对珊瑚混凝土强度的影响,但试验过程中仍存在一定的偶然误差和条件误差,本文在对正交试验结果进行直观分析的同时利用方差分析来较好的解决这一问题。12广西大学司nb掌位葭吁≮海水拌荞珊瑚混凄L匕羞矗缸力学性能试验研究2、方差分析方差分析结果如表2.5,由方差结果分析可以看出:表2.5方差分析计算结果Table2-5V撕锄cc锄alysis陀su飚方差平方和自由度均方方差之比F显著性来源Qi弓杉Fj水泥用量52.62226.31107.39显著珊瑚用量4.3822.198.94砂率4.0222.Ol8.20Fo.05(2,2户19.0用水量23.94211.9748.86显著总和84.968表中,g=乃[(_写一而2+(写一而2+(巧一而2】】,为强度指标的平均值;乃为自由度,乃=勺一1,实验中均为2;巧为因素列方差,巧=譬;圪为误差列方差,圪=鲁,其中,姥是试验误差,绕=绋一g;Q为总离差平方和,Q=(一而2:c为方差之比,乃=軎:F查表得到,当C磊可以认为因素影响显著。水泥用量对珊瑚混凝土强度的影响最显著。出现这一现象的主要原因是由于珊瑚颗粒不规则,有些颗粒过于细长,若水泥用量过少,水泥浆不能很好的包裹珊瑚骨料,受压过程中水泥浆很容易脱落进而破坏。因此水泥用量为主要影响因素。但由于混凝土强度受制于珊瑚骨料的筒压强度,因此水泥用量也有一定的限值,结合轻骨料混凝土水泥用量的要求,本文试验所用水泥用量为500k鲈n3。为了充分利用岛礁资源,节约珊瑚用量并结合正交试验直观分析与方差计算结果分析,选取珊瑚用量为716k咖3。有本海水拌养珊瑚混萄E二匕基本力掌性能试验研究次试验结果分析可知,珊瑚混凝土拌和所用海水用量过高强度降低,不能完全满足工程实际需要,同时混凝土拌合物的性能较差,加之珊瑚骨料具有的特性,混凝土拌和过程中会出现泌水离析现象。如果海水用量较低,则混凝土的工作性能较差,又由于珊瑚骨料表面过于粗糙并且孔隙较多,与水泥浆的粘结大,故坍落度较低,综合上述因素,海水用量取180蚵。至于砂率,根据直观图所反映的砂率对强度的影响以及方差分析的显著与否,砂子用量取830k鲈n3。综合分析后各因素水平选取为:水泥:500k咖3;珊瑚:716k咖3;砂子:830k耐;海水:180k咖3。2.3配合比优化通过正交试验得到了基准配合比,为了能够得到一个更好反映珊瑚混凝土力学及其它性能的配合比,本文利用强度、旌工性能进行检验,更进一步优化正交试验得出的珊瑚混凝土配合比。另外,强度检验时主要是就两个显著影响因素进行检验。2.3.1强度检验2.3.1.1水泥用量与强度的关系珊瑚混凝土中的粗骨料既不同于普通混凝土中的粗骨料,也完全不同于轻骨料混凝土中的陶粒、浮石等骨料,由于多孔以至于具有较高的吸水率,表面粗糙使得与水泥石之间的摩擦力较大,另外,其特殊的形状要求更多的水泥石包裹珊瑚骨料以便得到较好的施工性能。又有前述的分析可知,水泥用量的影响非常大,因此有必要先找出水泥用量与强度之间的关系,进一步优化水泥用量。1、试验设计方案与结果在正交实验所得的因素水平的基础上选取三种不同的水泥用量,为保证单因素研究水泥用量与抗压强度的关系,保持其它材料用量不变,不同配合比设计方案如表2.6:表2-6水泥用量不同时对应的配合比1.able2_6Mixproponionsco玎cspondingdi位rentdosageofcemem配合比(kg/m3)序号水泥珊瑚砂子海水A0B0C0注:海水是净用水量,附加用水量是珊瑚1h吸水量。14海水拌荞珊瑚混凝土基本力r掌性冀芝试验研究根据表2.6的配合比,对每种编号的配合比进行3组实验。然后以养护28天的立方体抗压强度为准,得到试验结果如表2.7所示。表2-7试验结果Table2.7Testresults序号强度(脚a)序号强度(Ⅷa)序号强度(Ⅷa)A120.4B125.5C131.2A219.3B227.9C232.4A320.1B326.1C333.72、试验结果分析从表2.7中直接可以看出,随着水泥用量的增加,珊瑚混凝土立方体抗压强度逐渐提高。对水泥用量与强度的关系进行线水泥用量/kg.m一3图25水泥用量与抗压强度的关系Figu他2-511le陀lationShipofdosageofcement锄dthecompressiVesh.engm从图中的数据我们不难发现,水泥用量与立方体抗压强度之间具有一定的线的线性拟合,得到如下公式(2.5)厶=O.1329泥一34.971(2.5)回归系数高达0.98,相关性极高,公式(2.5)是否能够适用于实际工程,因此有必要进行检验,选取水泥用量为480k咖3,其它材料用量不变,测得28天的强度为29.5MPa,实际值与理论值对比如表2.8。海水拌爿喝升瑚混劣巴二匕羞长力掌性能试验研究表2.8理论值与实际值比较1able28neo他tical鲫dpracticalVal鹏comp撕son珊瑚混凝土强度(MPa)相对误差绝对值(%)实际值公式(2.5)计算的理论值29.528.82.4%通过比较的结果可以看出,实际值与理论值误差2.4%,相对误差较小,因此上述公式能较好的反映二者的关系。当水泥用量提高到550k一时,测得的抗压强度为38.5MPa,证明了正交试验中随着水泥用量的增加,强度有增加的趋势。若用公式(2.5)进行预测,其实际值与理论值对比如表2.9。表2.9理论值与实际值比较Table29111e0硎cal锄d呻ticalValmc唧撕son珊瑚混凝土强度(MPa)相对误差绝对值(%)实际值公式(2.5)计算的理论值38.538.11.03%通过比较的结果可以看出,实际值与理论值误差1.03%,相对误差较小,因此上述公式能在一定范围内(因为当水泥用量达到一定值时,强度受骨料强度的影响)较好的反映二者的关系。2.3.1.2用水量与抗压强度的关系1、试验设计方案与结果正交试验的研究已经得出海水的用量是继水泥用量后影响珊瑚混凝土的强度的又一重要因素,同时也是影响混凝土和易性的重要因素。本次试验在水泥用量、珊瑚用量、砂子的用量都不变的情况下选取的海水用量分别为150k咖3、180kg/m3、200k卧n3,配制珊瑚混凝土进行抗压强度研究。每一种配合比各进行3组试验,配合比和所得的试验结果如表2一lO和表2一11所示。表2.10不同海水用量对应的配合比1able2-10Mi】【proponioIlSco盯espondingdi仃e陀ntWaterdosage配合比(kg,m3)编号水泥珊瑚砂子海水D0E0F0注:海水是净用水量,附加用水量是珊瑚lh吸水量。16海水拌养珊瑚混萄E二乞基本力掌性能试验研究表2.11试验结果汇总Ta【ble211Testresultss啪呲la巧编号强度(MPa)编号强度(脚a)编号强度(Ⅷa)D137.6E135.0Fl32.9D238.3E235.4F228.8D337.OE333.7F333.32、试验结果分析对表211中的数据进行线.514015U16Ul。7U18U19UZUUZlU海水用量(kg.m3)图26不同海水用量与抗压强度的关系Figure2-6The他lationShipofdifre砌1twlterdosage锄dcompressiveS仃ength由表211我们不难看出,随着海水用量的增加,珊瑚混凝土与普通混凝土和其它轻骨料混凝土一样,其抗压强度不断减小,再通过图26可以得出,不同海水用量与抗压强度关系满足公式(2.6)。厶=-0.0934水一51.67l(2.6)相关系数可以达到0.99.试验过程中发现,当海水用量为150k卧n3时,珊瑚混凝土的工作性能较差,而当海水用量为200kg/m3时,珊瑚混凝土又显现出轻微的泌水离析现象,但由于珊瑚骨料本身比较粗糙,与水泥浆之间的摩擦力较大,使得3种不同海水用量所对应的珊瑚混凝土的坍落度相差不大。2.3.1.3机理分析一般对于珊瑚混凝土来讲,珊瑚骨料本身强度并不高,随着水泥石强度的增加,混凝土强度逐渐增大。强度增大的同时弹性模量也增大,混凝土各组成材料中的应力也随之增大,当水泥石强度相对高于珊瑚骨料时,混凝土强度增加受珊瑚骨料强度的制约,但在一定范围内随着水泥用量的增加,只要混凝土内部没有出现裂缝,承载力提高较多,海水拌养珊瑚混劣邑二t羞0拳力学性能试验研究因此强度也会有较大的提高。从试验结果可以看出,水泥用量的提高不仅反映了混凝土强度的增加,也可以更好的包裹珊瑚骨料,混凝土在拌合的过程中也较均匀,同时也便于水泥石强度的发展。珊瑚混凝土与普通混凝土、轻骨料混凝土一样,其水泥石用来起支撑骨料的“骨架”的作用。因此,更多的水泥用量拌和而成的水泥浆能够充分包裹珊瑚骨料,使混凝土强度有所提高。试验过程中,水泥用量较少的粗骨料中的空隙较大,说明水泥浆没有充分包裹珊瑚骨料,试验过程中由于混凝土内部缺陷较多而使得其强度不高。如果要使骨料与水泥石拌合均匀,那么就要提高水泥用量。而就珊瑚本身来说,其强度并不高,加之一些细长的珊瑚骨料更低,在受力过程中,珊瑚骨料强度会制约混凝土强度。当水泥用量达到一定值时,混凝土强度不但不在提高,而且还会出现混凝土收缩、徐变加大导致混凝土过早开裂。如果在海水用量不变的情况下增加水泥用量,此时混凝土的和易性将变差,从而影响其施工性能。因此水泥用量也应在一定的限值内。而海水用量也同样要控制在合理的范围内,因为其同样影响珊瑚混凝土的工作性能。当海水用量过高时,珊瑚混凝土保水性能变得较差,振捣过程中会出泌水分层离析现象;当海水用量较低时,由于珊瑚吸水率大以及骨料本身比较粗糙并且空隙大,与水泥浆之间的摩擦力与咬合力均较大,此时珊瑚混凝土的坍落度较小而影响其施工性能。2.3.1.4强度检验结果利用正交试验得出的配合比进行试验检验,得到检验结果如表2.12所示。表2.12配合比检验结果Talble2-12Mixproponio璐inSpectionr鹪ult配合比实验结果水泥(kg,m3)珊瑚(1喝,m3)砂子(kg/m3)海水(k,m3)强度(脚a)032.42.3.2施工性能检验混凝土主要是由流动性、匀质性和稳定性等来评价其施工性能的,而珊瑚混凝土的工作性能借鉴普通混凝土采用以上三种性能进行评价。组成珊瑚混凝土的珊瑚骨料由于其自身特性有别于普通碎石、轻骨料陶粒、浮石等,因此其施工性能也不完全等同于普通混凝土和轻骨料混凝土,但又由于其与它们有共同之处可以加以参考。由于珊瑚本身多孔、吸水率很大,拌合过程中会吸收大量的拌合用水,若参考普通广西大学蟠炙士掌位论文海水拌爿唾珊瑚混凑已乞基本力学性能试验研究混凝土拌合用水的计算方法,混凝土的施工性能会大大降低。本文利用表2.12的的配合比进行试验时,参照轻骨料混凝土的方法,珊瑚骨料提前预湿1h,或把珊瑚骨料lh所吸入水份量作为附加用水量加入拌合物中,以减少对珊瑚混凝土施工性能的影响。两种不同加水方式的试验结果如表2.13所示。表2.13珊瑚预湿与否对混凝土的影响Table2-13Coralp陀wettingorf10tt0theconcreteiIlnuence编号抗压强度(御a)坍落度(mm)1(骨料预湿吸水l小时)32.4102(未预湿)34.310由表2.13可以看出,珊瑚预湿与否对混凝土强度影响较明显。采用未预湿而在拌合过程中引入附加用水的抗压强度大于采用提前预湿1小时的,而对其工作性能中的混凝土和易性几乎没有影响。试验过程中发现,珊瑚混凝土无论预湿与否,其坍落度都不大,约10lIlIn左右,保水性能较普通混凝土和轻骨料混凝土稍差。出现这种现象主要是由于珊瑚表面多孔而且表面较为粗糙,骨料与水泥石之间的摩擦力较大,另外,珊瑚骨料几何形状不一,部分细长珊瑚骨料不容易被水泥浆包裹充分。就试验中出现的未预湿珊瑚骨料的混凝土强度大于提前预湿的情况,这主要是因为珊瑚虽吸水很快,但短时间内并不能达到1小时吸水状态,而提前预湿的珊瑚骨料中的孔隙基本被水份填充。拌合过程中,未预湿的珊瑚骨料中没能被水份完全填充的孔隙会被水泥浆填充,进一步增大了骨料与水泥浆的粘结力。两种方法珊瑚内部都储存有水分,都具有“自养护作用,吸水返水特性对其强度的影响并不大。因此,本文采用净用水量和附加珊瑚lh的吸水量进行配制。2.3.3基准配合比正交试验设计出的配合比在经由强度、施工性能检验后均能体现较优的性能,因此基准配合比如表2.14所示。表2.14珊瑚混凝土基准配合比Table2一14Co豫lconcretebenchmarkmixproportio舾水泥(kg/m3)珊瑚(kg,m3)干砂(蝇/m3)海水(kg,m3)0注:海水是净用水量,附加用水量是珊瑚lh吸水量。19海水拌养珊瑚混凑邑二匕羞矗力掌性能试验研究2.4珊瑚混凝土拌制、成型与养护2.4.1搅拌工序珊瑚混凝土是采用一种多孔、吸水率高、表面粗糙、外部几何特征不一的珊瑚碎屑为粗骨料,河砂为细骨料。本文所采用的天然碎石型珊瑚碎屑本身具有轻骨料的特性使得珊瑚混凝土不能采用普通混凝土的搅拌工序。另外,珊瑚骨料由于具有较高的堆积密度以及其不同与其它轻骨料的独特性质使其也不同与轻骨料混凝土。经研究发现,珊瑚混凝土与普通混凝土和轻骨料混凝土的不同之处之一就是其施工性能的不同。若采用普通混凝土的拌合方式,珊瑚骨料与水泥浆之间出现分层离析,因此,珊瑚混凝土由于珊瑚骨料具有轻骨料的特性而采用轻骨料混凝土的拌合工序。由之前一些学者的研究再综合本文的研究可知,珊瑚骨料的堆积密度在1000kg/m3左右,而轻骨料陶粒或浮石等骨料都远低于珊瑚骨料的,因此珊瑚混凝土在施工性能上会有所不同。轻骨料混凝土大多会由于其骨料较轻在搅拌过程中出现骨料上浮而影响混凝土的施工性能,珊瑚骨料由于其堆积密度较其它轻骨料大不会出现上浮现象,但由于珊瑚表面过于粗糙、吸水率较高、几何形状不一等特点会使混凝土出现泌水分层离析,而且混凝土和易性也较普通混凝土和轻骨料混凝土差。陶粒上浮、珊瑚离析如图27、图28所示。图27陶粒上浮Figu鹏2-7Tli丛senlblh塔图28珊瑚离析Figure2-8C删segregation珊瑚虽然多孔、吸水率大,但很难在混凝土施工过程中充分吸水,以至于其只能在后期过程中不断的从水泥石中吸收水分,这就容易导致施工过程中水份过多出现分层离析现象,从而影响其工作性能。珊瑚吸水很快,虽然在搅拌过程中不能完全达到预湿1h的吸水率,但考虑在水泥加入之前先加入水,待珊瑚骨料有一定的吸水预湿后再加入水海水拌荞珊瑚混咨已毛基本力掌性能试验研究泥,既可以避免混凝土在搅拌过程中出现分层离析现象,也能提高混凝土的工作性能。因此本文试验中,珊瑚混凝土采用轻骨料混凝土的搅拌顺序,但振捣时间有所不同。如图2.9所示。图29珊瑚混凝土的拌合工序Figure2-9Coralconcreteregardingmix-proponionproce嚣2.4.2成型养护珊瑚混凝土在搅拌机中搅拌完后加入预先准备好的试模中,接着放在振动台上振捣,但综合其本身的特性,珊瑚混凝土装模采用二次装模的方式,否则采用一次装模会出现振动时间过短,混凝土下部振捣不密实,时间过长,珊瑚混凝土会出现分层离析现象,因此试验分两次装模,进行机器振动。第二次装模后及其振动时间不宜过长,否则离析会较明显。之后进行人工抹面,保持试件匀质、平整。图210试件振捣后抹压成型图2.11试件养护Figm2lOO缸0nVibratingwipedaRerfomlingspecimensFigu陀2-1lSpecimenmaintenallce把混凝土装入装模分两次进行,首次装至2/3处,在振动台上振捣直至密实,然后装至高出试模,振捣时间约为10~15s,并用抹子捣实并反复抹平。静置24h后拆模,2l海水拌养珊瑚混喾已匕基本力掌性冀巨试验研究然后搬置到标准养护室中并施以海水养护。该成型工序对试件的制作起到了重要作用,既保证了珊瑚混凝土的匀质性,又可避免出现缺陷和离析现象。2.5本章小结1、通过试验得出珊瑚骨料的一些物理性能均能满足试验要求;2、由正交试验设计辅以强度、施工性能检验找出较优的基准配合比,利用基准配合比配置的珊瑚混凝土坍落度达到半干硬混凝土的要求,各方面综合性能可以较好的满足工程要求;3、找出影响珊瑚混凝土强度的两个显著因素水泥用量和海水用量与抗压强度间存在的线性关系,并且相关性都较高;4、通过与普通混凝土和轻骨料混凝土的搅拌工序对比,珊瑚混凝土搅拌顺序采用轻骨料混凝土的拌合顺序,但对该过程的振捣时间稍做调整。海水拌养珊瑚混凄已匕基本力掌性冀皂试验研究第三章珊瑚混凝土抗压强度试验研究正交设计试验结果已经表明珊瑚骨料的筒压强度虽然很低,但仍能配制出强度比其高很多倍的珊瑚混凝土。然而用基准配合比配制的珊瑚混凝土是否能够用于结构承重部位,采用什么样的概率分布特征来表征其强度标准值,抗压强度随龄期如何变化以及它与轴心抗压强度的关系都表明对珊瑚混凝土进行抗压强度试验研究是非常有必要的。3.1立方体抗压强度试验研究3.1.1ImT-201岩石与混凝土力学试验系统图31为RMT一20l岩石与混凝土力学试验系统,它是由计算机控制的专门为混凝土与岩石类材料的力学性能而设计的电伺服试验机。该系统配备了1500kN的大力传感器和100kN的小力传感器,对各种力学试验都具有伺服控制,加载过程可以选择力控制,行程控制,位移控制加载方式。加载波形有斜坡、正弦波、三角波、方波,试验过程中可以人为控制,以改变多种试验参数,同时也可以将试验分为若干步骤,通过计算机控制自动完成。#7Ⅳ嘲图3一l脚T一201岩石与混凝土力学试验机Figure3-lltMT一20lrock锄dconcretemech锄icaItcstSystem3.1.2试验方法与结果试验在正交试验得出的配合比的基础上共浇筑26组,每组3块立方体抗压强度试,;。。。黪褥釜曩≯毒蒺灌蠡灌藤獠海水拌养珊瑚混凑已t羞济力掌性能试验研究验,试件均采用标准立方体试块。参照标准养护条件并喷洒海水养护28天后在RMT一201岩石与混凝土力学试验机上试验。电脑自动采集数据,数据采集系统如图32所示。图32米集数据箱Figure32Dacacollectionb(x试验步骤:1、把图31所示的试验机表面清理干净,打开试验机主机箱,开机,待开机一定时间后将立方体试块放在试验机的加载台上,上部加以垫板并施以钢链条连接,以保证试验过程安全无误;2、在操作乔面上输入相关信息,然后进入预加载状态,待上表面紧密接触后再点击加载运行;3、在试验过程中应连续均匀地加载,当混凝土强度等级C30时,加荷速度取0.3~O.5MPa/s:当混凝土强度等级C30且C60时,加荷速度取0.5~0.8MPa/s:当混凝土强度等级C60时,加荷速度取O.8~1.0MPa/s:试验装置中的数据采集系统不仅能自动记录破坏荷载、强度、变形值等,而且可以看到其应力应变曲线的大至图形。试件在养护室养护到期后,取出并在上述试验机上试验,26组抗压强度结果如表31所示。表3126组试件试验结果汇总Table3l26specimeIlstestresults立方体抗压强度(MPa)34.337.736.936.234.633.434.736.336.435.837.437.837.534.932.332.63337.132.136.134.936.929.638.633.634.424海水拌养珊瑚混毒邑二匕基本力学性期弦《鬻}句F究3.1.3立方体受压破坏形态与普通混凝土和轻骨料混凝土相比,珊瑚混凝土破坏形态有与它们相似的地方,也有自身特点。普通混凝土破坏大都是骨料与水泥石之间的粘结破坏,而珊瑚混凝土大部分是骨料破坏,一定强度范围内也出现粘结破坏。当珊瑚混凝土所配置的强度较低时(约20MPa以下)主要为粘结破坏,如图3.3,当所配强度较高时(大约25MPa以上)主要是骨料破坏,如图34。图3.3珊瑚混凝土粘结破坏Figu佗3-3C0mlconcretebiIlding(1eStroy图3.4珊瑚混凝土骨料破坏FigIure3_4C0飓lc伽creteaggregated锄age图3.5试块破坏形态图Figure35Te妣omponentsde咖oyfom珊瑚的筒压强度和弹性模量都较低,受压时,其能量不断被积聚,试件无太多明显特征。随着荷载的增加,内部珊瑚开始破坏,珊瑚混凝土将在其中部出现竖向裂纹,然后裂纹随荷载加大不断增多,最后积聚的能量大量释放,导致试件破坏。另外珊瑚混凝海水拌剖哂丹瑚混凝土差每力掌性能试验研究土的破坏又表现出具有一定的延性破坏和具有明显脆性破坏两种形式。当为具有一定延性破坏时,混凝土破坏与普通混凝土破坏部分相似,就是周围混凝土会隆起,但隆起的混凝土并没有普通混凝土明显,当为脆性破坏时,混凝土除了出现明显的竖向裂纹,还伴有部分横向裂纹。破坏形态如图3.5所示。3.1.4统计分析研究珊瑚混凝土抗压强度均值、标准差和变异系数等统计参数、概率分布特征满足哪种分布规律以及如何确定抗压强度标准值不仅可以有效分析混凝土构件和结构的可靠性,而且也是其设计及安全性评价的基础。一般来讲,混凝土的匀质性一定程度上是通过混凝土抗压强度的变异性来反映的【151。3.1.4.1统计参数珊瑚混凝土采用与普通混凝土和轻骨料混凝土相同的统计参数,包括平均值倪、标准差吒、中位数正、最大值无.一、最小值允.岫、以及变异屯系数等,可按公式(3.1)~(3.5)进行计算。仡2寺善厶-(3.1)(3.2)厶=厂卅l、n为奇数时(3.3)翻^_J瓦=圭(乞.。争+乞.。争。,)n为偶数时(3.4)屯2寿一o5式中:Ir组数;厶.,一第i个试块的试验强度结果。利用卜诛公式讲行计笪.统计结集加轰3.2所呆.表3-2试验强度统计结果汇总1able3.2Tests№ngtllstatisticreSults弘f。o。厂厂厂.6Fal.,C翟.,a.m越.,删.mm35.22.1335.438.629.66.1%海水拌养珊瑚混誊邑二匕羞墨力学性能试验研究3.1.4.2强度概率分布与普通混凝土和轻骨料混凝土相同,珊瑚混凝土的可靠度也由抗压强度概率分布来表征。本文把26组试验数据分别按相应的步长绘制直方图,如图36所示。29.531.532.533.534.535.536.537.538.539-5强度0舻a)L471.501.5l1.53I.541.551.561.571.的1.对数强度(肝a)图3.6抗压强度频率分布图图3.7抗压强度对数频率分布图Figurl咚36CompressiVes仃engtll舭quencyFigu赡37C咖prI既siVelo鲥tllInicst陀ngtIldi矧buti蚰ljrequencydi嘶buti直观图36类似正态分布,为了更准确的判定珊瑚混凝土的抗压强度分布规律,将抗压强度数据分别取对数,然后也按相应的步长绘制直方图,如图37所示。通过图37,我们可以直观看出珊瑚混凝土也符合对数正态分布规律。利用“夏皮罗一威尔克(shapirowilk)检验简称矿法检验抗压强度概率分布特征是否符合正态分布和对数正态分布规律。方法如下:假设:H广理论、样本的总体分布无区别,H一理论、样本总体分布有区别。确定样本显著水平口=p后,p的分位数由查表得到,当矿却,则拒绝Ho假设,反之接受Ho。形统计按下式计算:∥:』:叠坚型』㈦6,,,一、z啦喜(五一叉)将n个样本按非降序排列后,计算kⅢ一X;。X一均值;海水拌养珊瑚混凄ik匕羞。参力学性冀跏0验研究a。一权重因子;由规范GB/T48822001查得。上述26组数据按保证率为95%的要求,显著水平O.05时p的分位数为O.92,综合前述统计参数,正态分布shapiro呷ilk法拟合优度计算表如表33所示。表33抗压强度w法拟合优度计算Table33C鲫p陀ssiVeStren舀hWmetllod900dness吣f:fItcalculation序号aiki+lXIXn.i+lXiai(Xn-i+广Xi)l0.440738.629.69.03.9663020.304337.832.15.71.7345130.253337.732.35.41.3678240.215137.532.64.91.053995O.183637.433.04.4O.807846O.156337.133.43.70.5783170.131636.933.63.3O.4342880.108936.934.32.60.2831490.087636.434.42.0O.1752010O.067236.334.61.7O.1142411O.047636.234.71.50.07140120.028436.134.91.20.0340813O.009435.834.9O.90.00846通过已得到的平均值可以进行计算得Iq(以讲。一五)I=112.9878,,,打、2\J暑l/羔(置一叉):117.960l,因此最后得到w等于o.9578,w大于p,因此接受Ho,认为该试验数据符合正态分布。3.1.4.3抗压强度分布参数与密度函数及标准值由于抗压强度符合正态分布,所以厶一Ⅳ(吮,吒2),厶一Ⅳ(菘,i2),其中荭=吉喜m厶。,i2=寺喜ch厶厂菘,2采用正态分布模型分析的概率密度函数为:(,一)2m卜面暑e2。(3.7)采用对数正态分布模型分析的概率密度函数为:(In,一互:)2m)=赤f虿(3.8)广西大掌硕士学位戗汶海水拌爿q升瑚混旃邑二匕基本力学性瑚城文验研究当保证率为95%时,采用正态分布模型时混凝土抗压强度标准值采用下式计算:厶j=魄一1.645吒(3.9)采用对数正态分布模型时,根据《建筑结构可靠度设计统一标准》【171,采用公式(3.10)进行近似计算。厶.七=纸P乩645(3.10)由上述分析计算可以得到表34所示各种数据汇总。表3-4珊瑚混凝土分布参数、概率密度、标准值汇总Table3_4Comlconcretedistributionpar锄ete鸺、probabil时dellsiti髓、蛐dardvalu懿pfal35.2Nu。00、ok2.13,,、.,、2pt,1.55Ⅳ(倪,吒)o{,0.0274正态分布模型胁仫P一留概率密度函数对数正态分布模型m)=协靠74P一搿正态分布模型31.7抗压强度标准值对数正态分布模型31.8由标准值的计算结果可以看出,无论采用正态分布还是对数正态分布模型,得出的抗压强度都能满足配制结构珊瑚混凝土的要求。3.2抗压龄期强度的试验研究对混凝土而言,基本是以28天为标准养护期,标准期前则称之为早期强度。之前大部分是基于28天后的强度进行研究的,虽然一些国内外学者对混凝土早龄期力学性能进行过很多研究【151,而对珊瑚凝土随龄期抗压强度的变化规律进行系统研究则很少。但随着海岛工程需要,尤其在特殊时期实际海岛建设工程中,利用已有的早期强度研究资料来预测混凝土后期强度显得尤为重要。研究珊瑚混凝土抗压龄期强度可以借鉴普通混凝土和轻骨料混凝土,找到合适的强度与龄期关系,便于对珊瑚混凝土强度的控制,以至于和平时期能够满足海岛民用工程需要,战时可以服务于军事战略需要。同时也可以作为日后珊瑚混凝土早期力学性能的29海水拌养珊瑚混凑缸匕基本力掌性能试验研究研究基础。3.2.1试验方案用基准配合比配制新拌混凝土,考虑盘问偏差,分5次浇筑,每次浇筑10组试件,共150个试块,装入尺寸为150舳150咖150咖标准立方体试模中。试验选择3d、7d、14d、21d和28d为龄期。然后将成型的珊瑚混凝土试块搬入标准养护室中并施以海水养护。3.2.2试验结果与分析将养护到对应各龄期的珊瑚混凝土从标准养护室取出,在RMT一201试验测试机上测定其抗压强度,其试验结果如表35所示。表3.5各龄期珊瑚混凝土抗压强度I.able35Co豫lconcIIetec伽pressives吮ngmofeachages成型各龄期抗压强度值(肝a)批次3714212826.129.933.634.O34.3l24.229.533.034.635.123.230.734.O34.937.7223.029.933.434.536.921.927.729.932.335.2323.227.730.933.434.622.O26.731.332.833.4422.327.229.634.234.723.826.932.334。l36.3524.528.134.435.136.4通过表35中的数据可以看出,随龄期的增加,强度不断提高,这表明珊瑚混凝土与普通混凝土和其它轻骨料混凝土一样。将上述5批共10组混凝土取平均值,以保证数据的均匀性,平均后数据如表36。表3-6平均后的抗压龄期强度T曲le3_61kaveragec伽pressiveages眈ngtll成型抗压强度平均值(MPa)批次.229.733.334.334.7223.130.333.734.737.3322.627.730.432.934.9422.227.030.533.534.1524.227.533.434.636.4铀}水拌养珊瑚混嵩已匕囊0本力掌性能试验研究将表36中数据以横坐标为龄期,纵坐标为抗压龄期强度绘制点一线龄期(d)O龄期(d)图3.7珊瑚混凝土抗压强度随龄期变化图图3.8O.28天珊瑚混凝土抗压强度发展趋势Figure3-7Comlconcr酏ec锄p咒ssives晚ngtllFigu托38o-28dayscomlconcretecomp陀ssiVewithag略variati0I坞st犯ng:Illde、,elopm饥t订end从图3.7可以看出,珊瑚混凝土早期强度发展较快,7d强度达到8096左右,后期强度增长缓慢。为更方便而且较好的观察随龄期的增长立方体抗压强度的增长趋势,将表36中的数据分别处以每一批中28d所对应的抗压强度值,利用相对抗压强度能够更好的反应其随龄期增长的趋势,并拟合出它与龄期的关系,如表3.7所示。表3.7相对抗压强度与龄期关系数据Table37111erelationshipsofrelativecompllessiVes恤ngIll锄dageS成型相对抗压强度平均值(MPa)批次37142l2810.730.86O.96O.991.OO20.620.8l0.900.931.0030.650.790.87O.941.0040.650.79O.89O.981.OO5O.660.760.92O.951.00总体平均O.660.80O.910.961.00从表3.7中可以看出,各龄期的总体平均值都接近每一批各龄期所对应的值,为了分析明确,把表3.7中的数据绘制成图3.8所示的图形。从图3.8可以直观的看出3天龄期就达到了65%左右,甚至7天强度就达到28天强度的8096左右,但后期强度发展缓慢。由此可见珊瑚混凝土抗压龄期强度中的早期强度要高于轻骨料混凝土并且远高于普通混凝土,为了更好的解释这一现象,本文就海水和珊瑚骨料本身出发研究其对混凝土龄期强度的影响。加g:加llOOOO00越嘿露}莨罂OOOOO0如弘弛勰孔一日弓掣露}趟骥瞪鞲刊菇赠罱辞海水拌养珊瑚混凑已匕羞蕾力掌性能试验研究1、海水拌养对硅酸盐水泥胶砂强度的影响海水拌养还是淡水拌养混凝土之间的差异之处还有就是海水中存在一些盐类化学物质,从而对混凝土的性质产生一定的影响。已有的大量工程应用调查与试验研究【19】发现,用海水拌养的素混凝土,海水中的化学物质对其早期强度有影响,利用海水拌养相当于在混凝土中加入了无机盐尤其是氯盐类的外加剂,使其早期强度有所提高。同时又由于海水中的这些盐类离子数目相对较少,因此对后期强度影响不大。2、珊瑚骨料对抗压龄期强度的影响珊瑚本身空隙较大,在拌合初期能够吸收水泥浆中的拌合用水,使得珊瑚骨料周围局部处于低水灰比状态,从而减少水份在珊瑚骨料与水泥浆界面富集或者避免由于珊瑚骨料下部出现分层作用而形成的“水囊,Ca(OH)2晶体就不能在界面过渡区富集和定向排列。养护过程中,珊瑚骨料中的部分水份不断地释放出来,对混凝土起到自养护的作用。另外,珊瑚表面较其它轻骨料粗糙,与水泥石之间的摩擦力较大,加之部分水泥浆体可以渗入到珊瑚骨料的孔隙内部,使珊瑚骨料与水泥石“嵌套成一个整体结构,进一步加大珊瑚骨料与水泥浆之间的粘结力。这也使得珊瑚混凝土早期强度较高。3.2.3相对抗压强度预测珊瑚混凝土抗压强度对表37给出的各批数据在Excel中进行回归拟合,1~5批和总体拟合图形如图39所示。图39分别对应的的回归拟合公式分别为(n为龄期,正/石。为相对强度)。厶/厶=o.1226lIl(拧)+o.6007(R2=0.97)(3.10)五/厶=o.1609坂砂+o.4649(R2=0.97)(3.11)正/厶=O.1523lIl(力)+0.4836(R2=O.99)(3.12)五/厶=o.1606lIl(刀)+o.4766(R2=o.99)(3.13)石/厶=0.1556lll(刀)+0.4824(R2=0.98)(3.14)无/厶=0.1523h1(刀)+0.4836(R2=O.99)(3.15)公式(3.10)~(3.15)分别是每批数据平均和总体数据回归得到的,相关指数R2都在O.98左右。32广西大掌硕士学位说-:≮盆O.90三o.80鬟0.70靛霉O.60O.50O.401.101.oo.Co.舯蜊强o.70捉霹0.0.翮0.401.101.oooO.90l:O.80嚣o.70靛罂O.60O.500.400OO海水拌养珊瑚混咨色二匕基本力掌性能试验研究1.101.00口0.q=O.80釜0.70靛耳罩O.60O.50O.40lO152025300龄期(d)(第l批)10152025龄期(d)(第5批)O.50O.40O5图3.9相对强度与龄期关系图lO15赞期(d)(第4批)lO15龄期(d)(总体)Figure3-9111e他latiomh惦ofrelativecomp心ssives吨ngIll锄dages33mll西)坫趴批龄2m滞mIlOOOO一-J/.J)毯袋茛霉峙舯批龄3m睇m蚰l1OOOOOO一0\一赵嘿茛巽海水拌爿屿丹瑚混墨k匕基本力掌性能试验研究研究表明【211,普通混凝土采用常用对数公式厶蕊:厶.。孥垄来反应强度与龄期发lg,l展关系,通过某一龄期的强度就能得到28d强度。在珊瑚混凝土中该经验方程通过3d和7d预测28d强度的结果如表3.8所示。表3.8用3d和7d强度通过对数方程推定28d强度结果Table383d锄d7ds№ngchpredict28ds雠I咖reSultswimⅡ坨logarittlmicequation成型经验28d强度平如推定(n=3)相对误差如推定(n=7)相对误差批次方程均值(MPa)(MPa)(%)(lPa)(%)l34.776.4120.350.946.62厶勰=厶鼻37.370.187.851.939.13192834.968.596.447.435.9V4k刀34.167.397.546.235.6536.473.4101.647.129.4通过表3.8可以看出用对数经验公式推定的结果误差较大,最小相对误差也高达29.4%,明显不能满足用于推定珊瑚混凝土28d强度的实际需要。说明普通混凝土龄期增长经验公式不能用于珊瑚混凝土的抗压强度随龄期的发展推定上,因此有必要进一步研究珊瑚混凝土早龄期强度推定28天强度。3.2.4早龄期预测珊瑚混凝土抗压强度对于20MPa~40MPa珊瑚混凝土,利用早期3天和7天的强度来预测珊瑚混凝土28d抗压强度。依据《早期推定混凝土抗压强度试验方法》(JGJl583),按照正交试验设计出的基准配合比浇筑30组试件,3天、7天、28天分别10组,然后进行标准养护。试件养护到相应龄期时取出并在RMT一201型岩石与混凝土试验机试压得出抗压强度如表39珊瑚混凝土部分抗压龄期强度Table3.9Apanofcoralconcretec伽pre豁ives舵ngIh3天强度(肝a)7天强度(肝a)28天强度(MPa)21.926.733.422.026.934.322.327.234.623.O27.734.723.227.735.123.228.135.223.829.536.324.229.936.424.529.936.926.130.737.7海水拌养珊瑚混萄E二匕基本力学性能试验研究表35所示。分别将表35中3d、7d、28d按抗压强度按大小顺序排列,如表39所示。对表39中的数据分3d与28d、7d与28d强度进行线d抗压强度关系拟合图FigⅢ旧3-10廿leIa【ionof3d枷1d28dcompresSiVes呦gtll39船芒37量毯疆幽霸品3534332627鹤四303l7d抗压强度(呼a)图3.1l7d与28d抗压强度关系拟合图Figure3-lltllerelationof7d锄d28dcompressiVegn.en舀h图3.10、3.11得出的回归公式分别为(n为龄期,fn为3d和7d所对应的龄期强度,如为28d抗压强度,R为相关系数,SD为剩余标准偏差):五8=o.990l厶+12.272(R20.93,sD=o.36,n_3)(3.16)厶=o.9003厶+9.8652(R20.96,sD=0.32,n=7)(3.17)对表3.6中各批珊瑚混凝土3d和7d抗压强度的平均值分别代入式(3.16)和(3.17),得到的结果如表3.10所示。从表3.10可以看出,用3d和7d这另个龄期预测28d强度和实际强度偏差较小,而且龄期也不长,符合工程实际应用的需要。表3.10用3d、7(1--28d关系预测珊瑚混凝土强度结果1able3一lOw油3d、7d-28drelationspredictresultsofcomlconcretes吮ngtll成型3d平均强7d平均强28d平均强f。推定的如(MPa)相对误差(%)批次度(肝a)度(MPa)度(MPa)n=3n=7n=3n=7125.229.734.737.236.6+7.3+5.5223.130.337.335.137.1.5.8.O.4322.627.734.934.634.8.0.7.0.3422.227.O34.134.334.2+0.4+0.2524.227.536.436.234.6_0.5-4.9广西大学硕士掌位论文海水拌荞珊瑚混考邑二匕基本力掌性鼻皂试验研究由表3一lO可以得到3天预测的相对误差绝对值平均值为:夏:Z:兰!:苎旦:Z壁:兰Q:!:2.94(3.18)六=一=Z.y斗Lj.1葛J)由表310可以得到7天预测的相对误差绝对值平均值为:石=!:!Q:兰Q:!Q:型:竺:2.26(3.19),).=~=Z,nL.IVJ5把式(3.16)和式(3.17)的回归的相关系数R进行对比可知,7d回归的相关程度偏高

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