• <optgroup id="useuw"></optgroup>
  • 纖維增強鐵尾礦混凝土力學性能試驗思考

    論文價格:150元/篇 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis 編輯:碩博論文網 點擊次數:
    論文字數:46256 論文編號:sb2022041811215246329 日期:2022-04-25 來源:碩博論文網

    本文是一篇工程碩士論文,本論文通過試驗分析了不同鐵尾礦砂取代率下的力學性能,發現隨著鐵尾礦砂取代率的增加,力學性能指標基本變化規律為先增大后減小。IOT 組中,IOT40 增強效果較好,抗壓強度較 IOT0 提高了 7.6%,IOT-P1.5 組中,IOT40-P1.5 增強效果較好,較 IOT0-P1.5 抗壓強度提高 5.0%;劈裂抗拉強度結果表明 IOT40 較 IOT0 提高 4.55%,IOT40-P1.5 較 IOT0-P1.5 提高 3.93%;

    第一章  緒論

    1.1 研究背景
    近年來,隨著國家大力推行基礎設施建設以及不斷推進工業化、城鎮化建設進程,混凝土作為基礎設施建設的原料之一,其用量和需求是巨大的?;炷林猩笆牟杉饕獮樘烊缓由?,它作為一種不可再生資源,由于大量開采導致很多天然河沙需求量供不應求。在這種急需砂石量的情況下,天然河沙的開采存在兩方面的問題,一方面,砂石量供不應求導致價格迅猛上漲;另一方面,在利益的驅使下,部分人在一些河道進行無序和無節制的開掘,造成河流挖沙的混亂局面[1]。過度開發河沙,不僅破壞了河道、河堤以及河勢的原有形貌,還增加排洪防汛方面等不安全因素,運輸過程中也會存在污染環境和資源浪費的不良結果[2]。我國目前對砂石的使用現狀是消耗量巨大,資源浪費嚴重,對生態環境也造成嚴重影響,因此尋找可替代混凝土生產中的天然砂石已成為一個研究熱點。
    1.1.1 鐵尾礦砂
    鐵尾礦砂是一種泥漿狀礦物廢料[3],鐵尾礦砂的主要化學成分含量從高到低依次是:SiO2、Al2O、Fe2O3、CaO、Mg2O 等,與此同時還存在一些少量的 K2O、Na2O、以及 S、P 等元素[1]。由于鐵尾礦砂的組成成分主要為二氧化硅、三氧化二鋁、鎂、鐵、鈣等元素,與天然骨料成分相似,用鐵尾礦砂取代部分天然細骨料是相對可行的。
    據調查顯示,我國礦產資源豐富,現擁有礦山 27 萬多座,大量的礦產資源為各行各業提供了能源和原材料[4],同時,礦山的大量開采造成了廢棄礦物的大量堆放。其中僅金屬類的廢棄礦物每年排放量就超過 3 億噸,需要占用 20km2的土地資源。這些廢棄資源一小部分用作礦山填充,極少部分被綜合利用,大部分被長期堆存[5]。因此鐵尾礦砂成為我國長期堆放的最大工業固體廢料之一,帶來諸多影響,主要體現為:
    第一,大面積土地被占用無法得到解決。據 2019 年統計,我國累計堆存鐵尾礦砂量達 600 億噸以上,預計每年還會額外產生 16 億噸[6]。隨著堆積量的增加,現有的鐵尾礦砂庫已不能滿足如此大量的鐵尾礦砂堆放,因此不得不建立新的鐵尾礦砂庫,這樣必定會使得更多的土地被占用。
    第二,在開采鐵尾礦砂的過程中由于鐵尾礦砂被磨碎,產生大量細致粉末,造成的主要危害是:粉塵、重金屬、有害物質等進入自然循環系統,污染空氣、水資源、土壤和植被等,還會形成長期難以消除的毒害,最終影響到人們的日常生活[7]。
    第三,我國經濟飛速發展,資源短缺成為了越來越明顯的問題,此外,環境壓力也隨之而來。由于我國現有的各種原因,鐵尾礦砂庫的開發存在設計不足,離人口居住地較近,建造工藝相對粗糙等諸多安全問題難以解決。
    ......................

    1.2 研究目的和意義
    在經濟快速發展的時代,城市的擴張與土地供給矛盾日益嚴重,迫使建筑物向高度更高、跨距更大的方向發展[13]。與此同時,混凝土在大量廣泛應用的背景下,許多學者在滿足當代低碳、綠色環保的理念下研究更高性能的混凝土應用。利用鐵尾礦砂替代天然細骨料,同時生產出具有高強高性能的混凝土,實現混凝土工業化同環境的協同、可持續化發展路徑,將其成為綠色高性能混凝土。高強高性能混凝土在實現建筑結構跨度更大,承載力更強、質量更輕,強度更高等方面作為建筑物的首選材料,更能發揮出優異力學性能和經濟效益[13]。
    其次,建筑材料的環保性能也是十分重要的。ECC 這種新型環保建筑材料受到較多學者的廣泛關注和研究。研究結果表明:與普通混凝土相比,ECC 結構主要體現在延長混凝土構件的使用壽命,降低建筑物生產帶來的污染,相應的減少了能源消耗,大大降低了結構對環境造成的危害,有利于社會的可持續發展[14]。對于 ECC而言也普遍存在著強度偏低(沒有添加粗骨料)、水泥用量較高等缺陷。研究人員嘗試在 ECC 的基礎上添加偏高嶺土、粉煤灰等存儲量較大的活性材料以及鐵尾礦砂等固體廢棄物,在減少水泥用量的同時,由于其活性較高,具有很高的火山灰效應,能夠促進水化反應的進行;還可以優化孔隙結構,降低有害離子(氯離子)的流動,進而有利于后期抗壓強度以及耐久性的提高。已有文獻多針對于 ECC 的抗壓、單軸受拉、彎曲韌性等方面的研究,但基于 ECC 的摻加鐵尾礦、偏高嶺土、粉煤灰的綠色混凝土的力學性能相關文獻還相對較少,因此,本論文將鐵尾礦砂按照一定的取代率充當細骨料,解決因鐵尾礦砂大量堆積造成的環境問題,同時添加粉煤灰和偏高嶺土從 ECC 的綠色環保角度提供了新的研究方向。
    .............................

    第二章  纖維增強鐵尾礦混凝土試驗設計

    2.1 試驗材料
    2.1.1 膠凝材料
    (1)水泥:試驗所用的水泥為 P.O.42.5R 秦嶺牌普通硅酸鹽水泥,該水泥的主要性能指標見表 2.1 和表 2.2。

    工程碩士論文怎么寫
    工程碩士論文怎么寫

    本試驗所選用的纖維是高強高模聚乙烯醇(PVA)纖維,PVA 纖維具有較好的親水性,能很好的被水泥中的膠凝材料包裹,屬于環境友好型水泥增強纖維,耐堿和耐氣候性良好,同時 PVA 纖維還具有一定良好的經濟性。
    PVA 纖維的作用是控制因混凝土產生收縮應力和溫度應力的微裂縫開展,能夠有效提高混凝土的抗壓、抗彎、抗沖擊及抗裂強度,還能改善混凝土的抗滲、抗震性能。其主要特點有:
    (1) 綠色、安全可靠、無害于環境和人; (2) 與水泥親和性好,握裹力強; (3) 分散性好,無粘連,易分散。
    .....................................

    2.2 試驗儀器與設備
    本次試驗中試塊的制備使用的主要儀器如圖 2.3 所示。其中圖 2.3(a)為雙臥軸混凝土試驗室攪拌機,型號為 HJS-60,特別注意的是,在混凝土攪拌時加入 PVA 纖維要少量緩慢且分散的加入,并應邊攪拌邊加入。圖 2.3(b)為試件在室溫下的自然養護,采用塑料膜布及毛氈包裹進行為期 28 天的自然養護。圖 2.3(c)為混凝土振動臺,為了使試件更加緊密內部無孔隙,使用混凝土振動臺進行振搗。 

    工程碩士論文怎么寫
    工程碩士論文怎么寫

    試件制作完畢后養護 28 天需進行力學性能及微觀結構檢測試驗時需要用到的主要設備儀器如下圖 2.4 所示。圖 2.4(a)為 1000kN 微機控制電液伺服萬能試驗機,最大試驗力為 1000kN,最大拉伸試驗空間是 750mm,壓縮空間是 400mm。圖 2.4(b)是 X 射線衍射儀,設備型號為 AXS D8 ADVANCE,設備參數為 Theta/theta 立式測角儀,2Theta 角度的范圍在-110°~168°。圖 2.4(c)為核磁共振微結構分析與成像系統,磁體類型是永久磁體,磁場強度為 0.3T,采樣的速率為 50MHz。圖 2.4(d)為掃描電子顯微鏡,設備型號為 Hitachi S-4800。
    ........................

    第三章  纖維增強鐵尾礦混凝土力學性能研究與分析 ................... 17
    3.1 引言 ........................................ 17
    3.2 試驗加載方案 ........................... 17
    3.3 立方體抗壓強度試驗結果與分析 ..................... 18
    第四章  纖維增強鐵尾礦混凝土損傷本構模型的研究 ......................... 49
    4.1 引言 .................................... 49
    4.2 混凝土損傷本構模型研究 .............................. 49
    4.3 PVA 鐵尾礦混凝土損傷本構模型的建立 ........................ 50
    第五章  PVA 纖維鐵尾礦混凝土微觀機理研究 .......................... 57
    5.1 X 射線衍射(XRD)物相分析 ........................ 57
    5.1.1 XRD 分析原理 ...................................... 57
    5.1.2 XRD 試驗結果分析................................. 58

    第五章  PVA 纖維鐵尾礦混凝土微觀機理研究

    5.1 X 射線衍射(XRD)物相分析
    5.1.1 XRD 分析原理
    X 射線衍射(X-ray  diffraction)簡稱 XRD,波長較短的電磁波(約為 20~0.06埃),利用 XRD 技術對材料進行衍射行為時,綜合布拉格方程、運動學衍射理論和動力學衍射理論,需要將材料研磨成滿足要求的厚度,通過 X 射線與材料晶體發生穿透動作,即發生衍射行為。通過分析衍射花樣來確定晶體的結構。
    從確定角度對材料使用已知 X 射線連續照射,發生衍射行為后,滿足式(5-1)的反射面都會得到反射,由上述公式計算結晶面間距和晶胞大小,一次為依據推斷晶體類型,根據衍射強度分析材料原子排布狀態[57]。
    5.1.2 XRD 試驗結果分析

    工程碩士論文參考
    工程碩士論文參考

    混凝土中的復合材料經過一系列水化反應后會形成新的物質決定混凝土強度的產生與大小,鐵尾礦混凝土作為一種綠色混凝土必要對其水化產物進行研究。試驗樣品為鐵尾礦砂取代率為 0%、20%、40%、60%的鐵尾礦混凝土,進行 28d 養護后,對其進行 XRD 試驗分析,試驗結果用專業軟件對其衍射峰值進行標注。
    從圖中可以看出通過 XRD 試驗方法,鐵尾礦混凝土樣品檢測出了氫氧化鈣(Portlandite)、石英(Quartz)、水泥中的礦物成分(Alite、Belite)以及水化硅酸鈣(C-S-H)晶體五種物相。
    .............................

    第六章  結論與展望

    6.1 結論
    本論文在課題組已有研究成果的基礎上,在不同鐵尾礦砂取代率(0%、20%、40%、60%)與 PVA 纖維摻量為 1.5%,粉煤灰摻量為 30%,偏高嶺土摻量為 15%的情況下,研究了纖維增強鐵尾礦混凝土的力學性能、損傷本構模型及微觀分析。力學方面主要進行了立方體抗壓、劈裂抗拉、四點受彎及軸心受壓強度試驗,對其破壞形態和試驗結果進行分析,建立鐵尾礦砂取代率與強度的關系式,對板材進行彎曲韌性評價,通過軸心受壓試驗,得到了應力-應變全曲線,建立本構方程。微觀結構層面利用 XRD、NMR 及 SEM 試驗方法分析混凝土基體內部結構的化學組成、孔隙率、孔徑數量及大小、內部結構情況,從微觀角度為宏觀力學性能研究提供了依據。本論文的主要研究結果如下:
    (1)通過試驗分析了不同鐵尾礦砂取代率下的力學性能,發現隨著鐵尾礦砂取代率的增加,力學性能指標基本變化規律為先增大后減小。IOT 組中,IOT40 增強效果較好,抗壓強度較 IOT0 提高了 7.6%,IOT-P1.5 組中,IOT40-P1.5 增強效果較好,較 IOT0-P1.5 抗壓強度提高 5.0%;劈裂抗拉強度結果表明 IOT40 較 IOT0 提高 4.55%,IOT40-P1.5 較 IOT0-P1.5 提高 3.93%;四點受彎試驗結果表明 IOT40 較 IOT0 提高4.10%,IOT40-P1.5 較 IOT0-P1.5 提高 10.60%;軸心受壓強度結果表明 IOT40 較IOT0 提高 5.9%,IOT40-P1.5 較 IOTO-P1.5 提高了 18.4%;IOT-P1.5 組的各強度試驗結果比 IOT 組強度值高,試驗結果表明 PVA 纖維的加入能夠有效提高鐵尾礦混凝土的力學性能。
    (2)由本構模型全曲線對比普通混凝土應力-應變全曲線,上升段趨同較高,模型曲線下降段與普通混凝土差異明顯各組試塊的應力-應變曲線在下降段會出現一個斜率變化的轉折點,IOT 組中 IOT0 的曲線表現為斜率突然變化,表明試塊突然被破壞而失去承載力,其余組因有鐵尾礦砂起到了部分骨料的作用使得試塊有一定的承載力。而 IOT-P1.5 組曲線在轉折點之后趨于平緩,表明試塊有殘余承載力,由未拔出或拉斷的纖維、截面處摩擦力所提供。
    參考文獻(略)


    如果您有論文代寫需求,可以通過下面的方式聯系我們
    點擊聯系客服
    QQ 1429724474 電話 18964107217
    俄罗斯h级毛片,牛鞭擦进女人下身视频,久久精品国产亚洲AV高清不卡
  • <optgroup id="useuw"></optgroup>