工程科学与技术，国际期刊20（2017）536完整文章活性粉和废惰性粉配制高性能混凝土放大图片作者：Msheer Hasan Ali，Youkhanna Zayia Dinkha，James H.海都县伊拉克库尔德斯坦地区杜胡克大学工程学院阿提奇莱因福奥文章历史记录：2016年8月31日收到2016年11月30日修订2016年12月1日接受2016年12月21日在线发布保留字：混凝土耐火高强混凝土硅灰废玻璃粉A B S T R A C T本文研究了废玻璃粉对提高混凝土高温力学性能的作用。化学组成表明，该粉体作为一种有效的惰性超细材料，对混凝土强度有很好的提高作用。本研究还使用了传统的活性硅灰火山灰粉末，以显示与用废玻璃粉制成的混凝土相比，在烧制条件下混凝土强度的退化程度。本文对高强混凝土的耐火性能和烧后力学性能进行了试验研究。制作了56个混凝土圆柱体和棱柱体，测定了它们的抗压强度、抗折强度、弹性模量和高温应力-应变特性。失效模式也被认为是火灾暴露后的结果表明，废玻璃粉对保持高温残余强度有很大的作用。由此证明，用废玻璃粉配制的高强混凝土的高温强度高于用硅灰配制的混凝土。©2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍近年来，通过使用先进的建筑材料，基础设施的功能特性得到了改善。因此，抗压强度高达120 MPa或更高的高强度混凝土被广泛用于混凝土结构[1]。大多数类型的HSC可以由硅灰超细粉制成，以获得优异的强度和耐久性[2]。高性能混凝土通常采用高掺量的水泥、硅灰、高效减水剂、细骨料[3]和钢纤维作为任选组分[4]。这种性能优越的材料已广泛应用于土木工程，如预应力混凝土构件、核储存结构、海洋建筑、石油工程、桥梁等[5，6]。玻璃粉可代替硅灰生产HSC[7近年来，利用废弃玻璃粉等废弃材料作为一种生态技术来保护环境，引起了土木工程界的广泛关注。玻璃粉的极细级配对使其成为良好的填料起着很大的作用，从而导致混凝土的高性能。值得一提的是，废玻璃粉与*通讯作者。电子邮件地址：james. uod.ac（J.H. Haido）。由Karabuk大学负责进行同行审查100μ m或更小的颗粒尺寸在混凝土中显示火山灰反应性[7]。火灾被认为是混凝土结构的主要风险之一。暴露于高温会导致混凝土结构出现一些缺陷，即水泥浆脱水、孔隙率增加、膨胀和蠕变、高孔隙压力和剥落【12，13】。混凝土防火安全性的测量是根据结构的燃烧持续时间及其抵抗力来表示的，这取决于热传递、结构稳定性和完整性[14，15]。一般来说，与其他建筑材料相比，混凝土在火灾下提供了合理的强度[16]，混凝土惰性成分（骨料）的轻微导热性。混凝土构件在火灾下的性能部分取决于所用混凝土的力学和热学特性。这些特性随着相关的火灾温度而改变。换句话说，混凝土在高温下的行为取决于混凝土组分的特性。因此，证明了由于HSC的低孔隙率和高密度在加热过程中引起高孔隙压力，因此在烧制后HSC强度的劣化比普通混凝土更快[17-在以前的研究中已经研究了高温下HSC的压缩和拉伸强度以及其他性能[23然而，关于加热http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.12.0042215-0986/©2016 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchM.H. Ali等/工程科学与技术，国际期刊20（2017）536537表1所用水泥的特性。表5高强混凝土配合比财产初凝时间终凝时间比重细度组成硅灰HSC废玻璃粉测试结果151分钟2.25小时3.2306m2/kg水泥（公斤/立方米）934934硅灰（kg/m3）234–玻璃粉（kg/m3）–234细砂（kg/m3）10301030高效减水剂（kg/m3）4747钢纤维（kg/m3）4040表2水（kg/m3）210210硅灰的性质。W/C（比率）0.2250.225测试结果45l m筛2体积密度（kg/m3）1002火山灰活性指数128105 °C时的含水量%0.06750°C0.38%二氧化硅（SiO2）92.4Fig. 1. 废旧玻璃粉。表3所用废玻璃粉的化学成分图二. 高温炉。组合物质量%的sio267.78了al2o33.00Fe2 O30.68曹24.32MgO2.60所以31.00Na2 O1.99K2O0.36图三.本研究中使用的炉温函数。的tio20.10P2 O50.11MNO0.03SRO0.76表6对照HSC样品在25 °C下的强度。表4所用废玻璃粉的物理性质比重2.60密度1.3 gm/cm3细度通过850lm 95%aRPC是用硅灰制成的HSC，C是圆柱体，SF是硅灰，最后一个数字是以°C表示的温度。bMRPC是用废玻璃粉制成的HSC，GP是玻璃粉。P是Prism。样品名称抗压强度（MPa）弯曲（拉伸）强度（MPa）初始弹性模量（GPa）RPC-C-SF25a142–52.8MRPC-C-GP25b81–40.4RPC-P-SF 25c–6.7–MRPC-P-GP25–5.9–538M.H. Ali等/工程科学与技术，国际期刊20（2017）536见图4。 HSC在击发时的失效模式。表7高温下混凝土试件的破坏模式样品名称剥落描述RPC-C-SF25RPC-C-SF 200无剥落RPC-C-SF 300无剥落RPC-C-SF 400局部剥落成大块RPC-C-SF 500完全剥落成小块RPC-C-SF600完全剥落成小块RPC-C-SF 800完全剥落成小块MRPC-C-GP25MRPC-C-GP 200无剥落MRPC-C-GP 300无剥落MRPC-C-GP 400无剥落MRPC-C-GP 500局部剥落MRPC-C-GP 600部分剥落成大块MRPC-C-GP 800完全剥落成小块RPC-P-SF25RPC-P-SF 200无剥落RPC-P-SF 300无剥落RPC-P-SF 400局部剥落成大块RPC-P-SF 500完全剥落成小块RPC-P-SF600完全剥落成小块RPC-P-SF 800完全剥落成小块MRPC-P-GP25MRPC-P-GP 200无剥落MRPC-P-GP 300无剥落MRPC-P-GP 400无剥落MRPC-P-GP 500部分剥落成大块MRPC-P-GP 600部分剥落成大块MRPC-P-GP 800完全剥落成小块对用废玻璃粉制造的HSC的影响有限。因此，进一步的实验工作被认为是必不可少的，在这个主题。本文阐述了高温高强混凝土的抗压和抗弯强度、弹性模量、轴向和侧向应变以及破坏模式。此外，还研究了废玻璃粉对高强混凝土烧结后力学性能的改善效果。图五. 圆筒相对抗压强度随温度的变化。见图6。棱柱体相对抗拉强度随温度的变化。M.H. Ali等/工程科学与技术，国际期刊20（2017）536539××××见图7。 圆柱体相对弹性模量随温度的变化。2. 实验方法目前的实验室计划包括混凝土内容的准备，混凝土配合比设计，混凝土样品的制作及其养护和测试。2.1. HSC中使用的材料在当前测试中使用具有表1中给出的性能的普通波特兰水泥（OPC）来生产HSC。将具有表2中给出的特性的致密硅灰（SF）用作混凝土批料中的火山灰物质，其比率为水泥重量的25%。废玻璃粉（图 1）颜色灰白，PH值为10.3在一些样品中以25%的比率用作水泥的替代物该组分的物理和化学性质在表3和4中给出。就表3和表4中的粉末化学成分和粒度而言，目前的废玻璃粉末被认为是HSC中非常细的惰性材料。值得一提的是，所使用的废玻璃粉末的粒度大于100μ m，因此其不具有火山灰反应性，这符合Ankur和Randheer的结果[7]。河砂用作细骨料，其级配符合ASTM规范，并通过了第4号[45]。超塑化剂的浓度为水泥重量的5%，以改善混合和易性。在混凝土生产和养护过程中，使用了不含有害物质的自来水。最好在HSC中使用钢纤维，以通过抑制混凝土裂缝的扩展来提高其延展性[46，47]。因此，在本HSC制造中采用长径比和长度分别为50和10 mm的2.2. 混凝土配合比设计几个混凝土配合比被认为是找到HSC的最佳配合比。采用硅灰或废玻璃粉制成的混凝土所采用的混合物列于表5中。2.3. 混凝土样品制备和养护上述混凝土混合料用于HSC试样制备，以研究其力学性能。因此，铸造了28个直径为100 mm，高为200 mm的标准圆柱体，以检查暴露于高温之前和之后的这种强度是根据抗压强度、弹性模量和应力-应变响应来测量的此外，28个标准棱镜的大小为100毫米100毫米330毫米与HSC测量其弯曲或拉伸强度。所有样本均按照ASTM标准制造[45]。在铸造两天后取出样品模具此后，使用90 ± 5°C的热水浴对这些样品进行快速固化四天。然后，使用25 ± 3°C的温度的水保持固化过程22天。最后，将HSC样品从水浴中取出并在实验室中放置另外七天以在耐火性测试之前干燥在本测试中考虑了以°C计的七个加热温度，即25、200、300、400、500、600和800。每个温度使用两个混凝土2.4. 耐火试验一系列的火灾试验进行了这两种类型的混凝土在35天的年龄。这些实验是使用尺寸为300 mm、250 mm和400 mm的高温炉（图2）进行的。采用炉温曲线模板（图3）进行火灾试验，以模拟建筑物中的实际燃烧条件。在耐火试验期间，将试样在炉内保持30分钟，以确保混凝土内的稳态温度。然后，在压缩和弯曲作用下进行测试之前，将试样在实验室温度下冷却。3. 实验测量用本发明的试验混合物制成的对照HSC圆柱体和棱柱体在烧制前的强度在表6中给出。研究了所用混凝土在200-800 °C高温下的剩余力学性能（即抗压强度、抗拉强度、杨氏模量、应力-应变关系）和失效模式。 这些特性以强度比表示如下：见图8。测量轴向和横向应变。540M.H. Ali等/工程科学与技术，国际期刊20（2017）536图9.第九条。硅灰高强混凝土的应力-应变关系见图10。废玻璃粉高强混凝土的应力-应变关系。机械性能比相对性能高温性能对照试样的1/4特性（未焙烧）高强混凝土试件在高温下进行耐火试验时，出现了混凝土块的剥落或破碎现象。这种高温失效可分为三种情况，即无剥落状态、部分剥落和完全剥落（图4）。剥落程度是高温下混凝土试件强度的指标。表7示出了加热后混凝土样品的失效。实验结果表明，硅灰制备的HSC在较低的温度下开始剥落，表明硅灰制备的HSC具有较高的反应活性硅灰。此外，与含有废玻璃粉的HSC相比，用硅灰制成的烧制HSC在较低的温度下达到强度的完全损失。高温下混凝土的抗压强度比如图5所示。很明显，用玻璃粉制成的HSC不受温度升高至200 °C的范围。另一方面，当温度升高超过25 °C时，硅灰制备的高强混凝土的强度急剧下降。强度的降低是由于火山灰硅灰的活性和混凝土的抗渗性导致微裂缝的形成。弯曲强度的劣化率如图所示测定。 六、由于抗拉强度对混凝土开裂的显著影响，从耐火角度来看，该参数被认为是一个重要的性能。可以观察到，用废玻璃粉制成的HSC的强度受高于200 °C的温度的影响。在达到200 °C极限后，每升高100 °C，高强混凝土的强度平均下降16.15%。对于用硅灰制造的HSC，拉伸强度损失高达52%，见图6。在400 °C下，与分别用硅灰和玻璃粉制成的HSC的对照试样强度相比，拉伸强度降低65%和25%。这一事实说明了硅灰在高温下抗拉强度退化中的负面作用。M.H. Ali等/工程科学与技术，国际期刊20（2017）536541关于HSC在高温下的杨氏模量，观察到该性质随着温度升高而降低（图7）。此外，与硅灰相比，硅灰制备的高强混凝土的高温模量迅速下降由废玻璃粉制造的。在试验过程中，还使用连接到圆柱体上的两个垂直和水平应变计以轴向和横向应变的形式记录了混凝土圆柱体的应变（图8）。图图9和图10示出了HSC的应力-应变图;其中，随着温度的升高，可以注意到这些关系中的松弛。相应地，高强混凝土在高温下的最大应变在破坏前减小.用废玻璃粉配制的高强混凝土的高温残余应力-应变性能优于掺硅灰的高强混凝土4. 结论基于上述实验结果，可以给出以下结论：1. 硅灰制备的高强混凝土的高温力学性能劣化程度大于废玻璃粉制备的高强混凝土。2. 在升温作用下，硅灰制备的HSC比含废玻璃粉的HSC更早剥落。3. 粒径范围为100-850 l m的废玻璃粉在高温下烧成的高强混凝土中作为一种合适而有效的惰性粉末。确认非常感谢工程学院研究中心为这项工作提供的提交人还感谢Songool Sadiq 、 Dilheen Salah 、 Haveen Idrees、Negar Abdul-Majeed和Musmed Abdul-Malak的协助。引用[1] V.K.R. Kodur，高温下混凝土的性能，ISRN Civ. Eng. 2014（2014）1[2] P. Richard，M. Cheyrezy，活性粉末混凝土的组成，Cem。Concr.Res.25（7）（1995）1501[3] K. Habel ，M. Viviani，E. Denarié，E. Brühwiler，超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）力学性能的发展，Cem. 混凝土Res. 36（7）（2006）1362-1370。[4] K.F. Sarsam，M.H.陈晓，活性粉末混凝土与普通混凝土混合梁的荷载-挠度特性，北京：机械工程与技术研究院。18（3）（2014）118-147。[5] M.陈文忠，混凝土结构的应用，土木工程学报，2000（1）：20-23.[6] 联合高性能混凝土的耐火性，载于：RILEM国际研讨会论文集，1994年，第 100页。237-242 奥地利、维也纳。[7] M. Ankur，S. 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