Mechanical properties of high-strength concrete incorporating copper slag as coarse aggregate

Copper slag is a by-product obtained during the matte smelting and refining of copper. Current options of management of this slag are recycling, recovering of metal, production of value added products and disposal in slag dumps or stockpiles. This paper presents the results of a study undertaken to investigate the feasibility of using copper slag as coarse aggregates in high-strength concrete. The effects of replacing limestone coarse aggregate by copper slag coarse aggregate on the compressive strength, splitting tensile strength, and rebound hammer values of high-strength concretes are evaluated in this work. Concrete mixtures containing different levels of silica fume were prepared with water to cementitious materials ratios of 0.40, 0.35, and 0.30. The percentages of the cement replacements by silica fume were 0%, 6%, and 10%. The use of copper slag aggregate compared to limestone aggregate resulted in a 28-day compressive strength increase of about 10–15%, and a splitting tensile strength increase of 10–18%. It can be concluded from the results of this study that using copper slag as coarse aggregate in high-strength concrete is technically possible and useful.     

基于2D随机骨料模型的C80混凝土参数分析

利用DIGIMAT和ABAQUS联合建立细观混凝土2D随机骨料模型,模拟了粗骨料的分布、形状、含量以及界面过渡区性能、孔隙率对C80高强度混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度的影响,并将模拟结果与各参数对低强度混凝土的影响进行比较。结果表明:粗骨料的分布模式对混凝土的基本力学性能几乎没有影响,不同分布形式下混凝土立方体抗压强度最大相对误差为4.18%; 不同形状的粗骨料对混凝土力学性能有着不同的影响,圆形和椭圆形状粗骨料的模拟结果与试验值更为接近; 不同骨料含量下混凝土立方体抗压强度呈现出先减小后增大的趋势,轴心抗压强度则是先减小后增加再减小,劈裂抗拉强度在粗骨料含量为33%时达到最大值4.61 MPa,之后便逐渐降低; 随着孔隙率的增加,混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量均逐渐减小,劈裂抗拉强度在孔隙率为1.5%时降低较多,孔隙率为2%时有所上升。     

粗集料强度对混凝土抗折强度的影响

试验研究了4种粗集料(碎石、钢集料、砂浆、页岩陶粒)与3种抗压强度等级水泥砂浆基体组合的混凝土的抗折强度及其发展规律.结果表明,粗集料与水泥砂浆基体的协调性对混凝土抗折强度影响十分显著.当粗集料强度和弹性模量与水泥砂浆基体相匹配时,增加粗集料强度可提高混凝土抗折强度,但粗集料强度和弹性模量过高反而会因较大的应力集中而降低混凝土抗折强度;当粗集料强度比水泥砂浆基体抗压强度低时,单纯通过增大水泥砂浆基体抗压强度来提高混凝土抗折强度的效果不明显;粗集料与水泥砂浆基体在抗压强度和弹性模量上的差异对混凝土抗折强度及其发展规律有很大影响.只有在两者相互协调的基础上,才能充分发挥粗集料和水泥砂浆基体的作用.     

全钢渣集料水泥混凝土基本力学性能的试验研究

对采用钢渣等体积替代混凝土中粗、细集料的钢渣混凝土的力学性能进行了试验研究,并与同强度等级的普通混凝土的力学性能进行对比。试验结果表明:钢渣作为混凝土粗骨料会增强混凝土的抗压、抗折强度;随着钢渣使用量的增大,钢渣混凝土的抗压强度、抗折强度也会随之增强。当用钢渣砂等体积代替混凝土的天然细集料时,也会增强混凝土的抗压强度和抗折强度。     

不同取代率再生粗骨料混凝土的力学性能

系统研究了坍落度相同的情况下再生粗骨料取代率对混凝土基本性能的影响.试验中再生粗骨料的掺入量分别为0,30%,50%,70%和100%,通过调节用水量使各组混凝土达到相同的坍落度.主要研究了达到相同坍落度时混凝土的用水量以及再生粗骨料取代率对混凝土坍落度、立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响.试验结果表明,再生粗骨料取代率对上述各性能指标均有一定影响,但程度不同.同时发现,除劈裂抗拉强度和抗折强度外,普通混凝土各基本力学性能指标间的关系不适用各种再生骨料取代率的混凝土.     

再生骨料高性能混凝土收缩徐变对比试验研究

用不同粗骨料(石灰石碎石、再生粗骨料)、细骨料(河砂、人工砂、再生细骨料)两两相组合,共配制6组高性能混凝土进行对比试验,测试抗压强度、弹性模量、收缩和徐变4个性能指标并进行显著性分析。结果表明,骨料类型对高性能混凝土抗压强度的影响不明显,但对弹性模量、收缩和徐变性能都有显著影响。粗骨料对弹性模量和收缩性能的影响较为显著,细骨料对徐变的影响较为显著。再生粗骨料混凝土收缩、徐变早期发展较慢,而中后期的发展速度明显快于普通混凝土;再生细骨料混凝土收缩、徐变的发展速度始终远快于普通混凝土。在此基础上,提出了考虑粗、细骨料类型和骨料种类的高性能混凝土收缩和徐变的预测模型。     

再生粗骨料取代率对混凝土基本性能的影响

系统研究了相同水灰比情况下再生粗骨料取代率对混凝土基本性能的影响。试验中再生粗骨料取代率分别为0，30％，50％，70％和100％，保持混凝土的水灰比不变。主要研究了再生粗骨料取代率对混凝土立方体坍落度、抗压强度、棱柱体抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响。试验结果表明，再生粗骨料取代率对上述各性能指标均有一定影响，但程度不同。同时发现，除抗折强度外，普通混凝土各基本力学性能指标问的关系均不适用各种再生骨料取代率混凝土。     

钢纤维增强地聚物再生混凝土单轴受压全曲线试验

为增强再生混凝土的抗压强度及延性,并进一步减少水泥制备造成的碳排放,采用粉煤灰/矿渣基地聚物100%取代再生混凝土中的普通硅酸盐水泥,并掺入钢纤维制备出钢纤维增强地聚物再生混凝土(SFGRC)。为研究其抗压性能,配制得到再生粗骨料取代率分别为0%、30%、50%、70%和100%,及钢纤维体积掺量分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%的14组钢纤维增强地聚物再生混凝土试件,并进行单轴受压全曲线试验。结果表明：随着钢纤维的掺入,SFGRC的破坏模式由脆性向延性转变;立方体抗压强度、峰值应力对应应变、受压韧性及延性随钢纤维掺量的增加而增加;立方体抗压强度、弹性模量及受压韧性随再生粗骨料取代率的增加而降低,但峰值应力对应应变增加。引入钢纤维体积掺量和再生粗骨料取代率,对Carreira-Chu混凝土单轴受压本构模型的下降段进行修正,提出了适用于SFGRC的单轴受压本构模型,其计算结果与相应试验结果均吻合良好。     

Experiments on stress-strain curve of steel fiber reinforced geopolymer recycled concrete under uniaxial compression

为增强再生混凝土的抗压强度及延性，并进一步减少水泥制备造成的碳排放，采用粉煤灰/矿渣基地聚物100％取代再生混凝土中的普通硅酸盐水泥，并掺入钢纤维制备出钢纤维增强地聚物再生混凝土(SFGRC)。为研究其抗压性能，配制得到再生粗骨料取代率分别为0%、30%、50%、70%和100%，及钢纤维体积掺量分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%的14组钢纤维增强地聚物再生混凝土试件，并进行单轴受压全曲线试验。结果表明：随着钢纤维的掺入，SFGRC的破坏模式由脆性向延性转变；立方体抗压强度、峰值应力对应应变、受压韧性及延性随钢纤维掺量的增加而增加；立方体抗压强度、弹性模量及受压韧性随再生粗骨料取代率的增加而降低，但峰值应力对应应变增加。引入钢纤维体积掺量和再生粗骨料取代率，对Carreira-Chu混凝土单轴受压本构模型的下降段进行修正，提出了适用于SFGRC的单轴受压本构模型，其计算结果与相应试验结果均吻合良好。     

基于力学性能的吸附砂浆界限含量分析

基于再生粗骨料吸附砂浆定量分析及文献数据,研究吸附砂浆含量变化与再生粗骨料物理性能之间的关系,以及再生粗骨料取代率为100％的再生混凝土在不同吸附砂浆含量下的力学性能演化规律;以吸附砂浆含量为自变量、力学性能为因变量、目标强度为限值,利用数学方法确定吸附砂浆界限含量.研究发现:随着吸附砂浆含量的增加,再生粗骨料的物理性...     

钢渣微珠替代细骨料对不同等级混凝土力学性能的影响

钢渣微珠是将液态钢渣直接气淬而成的钢渣副产品,粒度均匀,稳定性好。将钢渣微珠作为混凝土细骨料替代品,研究了不同钢渣微珠细骨料替代率(0、20%、35%、50%)对C30和C50混凝土力学性能的影响。结果表明:钢渣微珠替代细骨料后,对C30混凝土抗压强度和抗折强度的提高有促进作用,但对C50混凝土抗压强度和抗折强度有反作用;随着钢渣微珠替代率的增大,混凝土抗拉强度呈现先增大后降低趋势,C30、C50抗拉强度分别在钢渣微珠替代率为35%、25%时达到最大值3.25、3.44 MPa;钢渣微珠适宜应用在较低等级混凝土中,在C30混凝土中替代率为20%~35%较佳。     

钢纤维增强自燃煤矸石轻集料混凝土试验研究

针对煤矸石占用大量耕地并对矿区生态环境造成的污染问题,参照国标,对辽宁省阜新市高德矿排放的自燃煤矸石进行了化学组成、耐久性及有害物质含量、物理力学性能的检测,发现其各项指标均满足国家对轻集料标准的要求.为此,将自燃煤矸石破碎作轻粗集料、钢纤维作增强材料,设计了5组钢纤维掺量的混凝土试件,进行了拌和物工作性及均质性,硬化后抗压强度、劈拉强度和抗折强度的试验,并且以试验结果为样本,建立了钢纤维掺量与混凝土强度之间的定量关系式.研究结果表明,当钢纤维掺量小于2%(体积分数)时,随钢纤维掺量增加,自燃煤矸石轻集料混凝土的抗压?劈拉和抗折强度都有不同程度的提高,其中以抗折强度的增长最为显著.另外,对上述现象进行了机理分析.     

不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度分布特征

通过劈裂抗拉强度和抗压强度试验,研究了水灰比分别为0.74,0.55和0.43的不同再生粗集料混凝土的劈裂破坏状况、劈裂抗拉强度及其分布特征,得到了不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度之间的换算关系.不同再生粗集料混凝土的劈裂破坏不仅表现为再生粗集料和新水泥浆体之间界面的破坏,还表现为再生粗集料本身的断裂破坏;在相同水灰比条件下,不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度的均值比单一再生粗集料混凝土小,但标准差和变异系数变化规律不明显;不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度的分布可以用正态分布模型描述.     

高钛重矿渣不同掺量对混凝土强度与保温性能的影响研究

攀钢高钛重矿渣是一种强度高、化学稳定性好和多孔形貌的石质材料。为了研究其作为混凝土粗骨料对混凝土强度与保温性能的影响,分别配置了高钛重矿渣替代率为50％、60％、70％、80％、90％、100％的强度等级为C30的混凝土,以此对矿渣混凝土力学性能、保温性能进行试验,并跟同条件普通碎石混凝土进行对比分析。研究结果表明,矿渣混凝土立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度都略高于普通混凝土,并随着粗骨料替代率提高而增强,向导热系数则低于普通混凝土。     

钢纤维高强轻骨料混凝土力学性能的试验研究

轻骨料混凝土强度的提高导致了其脆性性能的增加,掺入钢纤维能对轻骨料混凝土起到增强、增韧效果。通过试验系统研究了LC50高强轻骨料混凝土在钢纤维体积率为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时的基本力学性能,包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折初裂强度、抗折强度、静力受压弹性模量、泊松比和弯曲韧性等,并与国内外一些相关试验的结果进行了比较。试验结果表明:掺入钢纤维提高了轻骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量,显著提高了轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度和弯曲韧性。掺入钢纤维与否,以及采用轻骨料还是普通碎石骨料对混凝土的泊松比无明显影响。     

Comparison of properties of steel slag and crushed limestone aggregate concretes

Steel slag is produced as a by-product during the oxidation of steel pellets in an electric arc furnace. This by-product that mainly consists of calcium carbonate is broken down to smaller sizes to be used as aggregates in asphalt and concrete. They are particularly useful in areas where good-quality aggregate is scarce. This research study was conducted to evaluate the mechanical properties and durability characteristics of steel slag aggregate concrete in comparison with the crushed limestone stone aggregate concrete. The durability performance of both steel slag and crushed limestone aggregate concretes was evaluated by assessing water permeability, pulse velocity, dimensional stability and reinforcement corrosion. The results indicated that the durability characteristics of steel slag cement concretes were better than those of crushed limestone aggregate concrete. Similarly, some of the physical properties of steel slag aggregate concrete were better than those of crushed limestone aggregate concrete, though the unit weight of the former was more than that of the latter.     

粗骨料粒径和硅灰对混凝土断裂性能影响的试验研究

应用双参数模型确定混凝土在不同粗骨料粒径和不同硅灰掺量时的临界应力强度子(K1c^s)和临界裂缝尖端张开位移(CTPDc)，同时利用特征长度l^ch研究粗骨料粒径和硅灰掺量对混凝土脆性的影响。文章也给出了相应的弹性模量、抗压强度以及抗拉强度。试验龄期为28天。试验结果表明，对于高强混凝土最大粗骨料粒径增大，弹性模量和抗压强度减小，而抗拉强度和临界应力强度因子以及材料的脆性增大；对于中等强度混凝土(MSC)，硅灰掺量为10％(硅灰／[硅灰 水泥])的混凝土(MSC-SF)的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、临界应力强厦因子和脆性都大干不掺硅灰的MSC。     

影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究

采用RILEM推荐的双参数：临界应力强度因子(KIC^S)和临界裂缝尖端张开位移(CTODC),同时还采用了特征长度lch研究了不同粗骨料粒径、不同硅灰掺量以及不同养护条件下这3个因素对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,粗骨料粒径增大,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子增大,脆性减小;标准养护时间越长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度以及临界应力强度因子的值越大,混凝土的脆性越小;掺加硅灰提高了混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子,但却增大了混凝土的脆性。     

粗骨料对高强高性能混凝土的影响

该文研究了石灰石碎石、破碎卵石、玄武岩碎石三种不同粗骨料及粗骨料的体积含量对高强高性能混凝土工作性和强度的影响。结果表明:粗骨料为玄武岩的混凝土工作性最好。粗骨料的体积含量越小,新拌混凝土的工作性越好。混凝土中粗骨料体积含量对混凝土后期强度无影响。混凝土的弹性模量在粗骨料体积含量为45%时最大。     

再生粗骨料级配的分形特征

应用分形理论测定并分析了最大粒径不同时,不同分形维数的粗骨料级配对再生混凝土坍落度以及3,28 d抗压、抗折、劈拉强度的影响.结果表明:最大粒径不同时,同一级配分形维数对应的再生混凝土其工作性能及强度性能不同,因此,再生粗骨料的分形维数必须用最大粒径来限定.