基本力学性能

关键词： 粉煤灰砖 粉煤灰 蒸压 养护

基本力学性能（精选十篇）

基本力学性能 篇1

1 试验材料与设备

本次试验用蒸压粉煤灰砖由辽宁省辽阳砖瓦厂提供,规格为240 mm×115 mm×53 mm,强度等级MU10,符合JC 239-2001《粉煤灰砖》标准规定的一等品要求。试验设备主要有400 kN万能压力机,传感器,游标卡尺等。

2 试验结果与分析

2.1 蒸压粉煤灰砖含水率、吸水率和体积密度

按照《砌墙砖试验方法》GB/T 2542-2003[2]中标准方法进行测试。首先对砖表面进行清理,注写编号,称其自然质量G,然后将砖置于105℃～110℃鼓风干燥箱中干燥至恒重,除去粉尘后,称其干质量G0,再将干燥的砖浸入温度为10℃～30℃中,24 h后取出砖并用湿毛巾拭去表面水分,立即称重,所得质量为浸泡24 h的湿质量G24。

含水率和吸水率按下式计算

式中W—试样含水率,%;

G—试样自然质量,g;

G0—试样干质量,g;

W24—常温水浸泡24 h试样吸水率,%;

G24—试样浸水24 h的湿质量,g。

体积密度按下式计算

式中ρ—体积密度,kg/m3;

L—试件长度,mm;

B—试件宽度,mm;

H—试件高度,mm。

按照以上公式计算得到蒸压粉煤灰砖含水率、吸水率和体积密度见表1。

2.2 蒸压粉煤灰砖抗折试验

2.2.1 试验方法

为了较准确地确定出蒸压粉煤灰砖的强度值,进行单砖抗压强度试验根据国家标准《砌墙砖试验方法》(GB/T 2542-2003)[2],对蒸压粉煤灰砖进行单砖力学性能试验,从全部试验用砖中随机选取十块砖,将每块砖从中间截断,每个断砖的长度尺寸不小于100 mm,然后以断口相反方向叠放。试验步骤:测量每个试件连接面的长、宽尺寸各两个,分别取其平均值,精确至1 mm;将试件平放在加压板的中间,垂直于受压面加荷,应均匀平稳,不得发生冲击或振动。加荷速度以4 kN/s,直至试件破坏为止(图2),记录最大破坏荷载;每块砖的抗压强度按下式计算:

式中f—抗压强度,MPa;

P—最大破坏荷载,kN;

L—受压面的长度,mm;

B—受压面的宽度,mm。

最终蒸压粉煤灰砖测定的单砖抗压强度如表2所示,由此可以得出蒸压粉煤灰砖的抗压强度为11.46 MPa,满足规范要求。

2.2.2 试验现象

蒸压粉煤灰砖受压时,随着荷载的增加,试件中部首先出现一条细微的裂缝,当荷载继续增加时,又有多条裂缝相继出现并且首条裂缝向上延伸,同时伴有少量的砖屑掉落,当裂缝达到砖的顶部,砖块突然破坏,荷载达到最大值。单砖破坏形态见图2。

2.3 蒸压粉煤灰砖抗折试验

2.3.1 试验方法

从全部试验用砖中随机选取十块砖,试验的加载设备为400 kN液压式压力机,试验机的示值相对误差不大于±1%。试验步骤:先对蒸压粉煤灰砖进行尺寸测量:在多孔砖的两个大面的中间处分别测量两个宽度尺寸;蒸压粉煤灰砖的条面的中间处分别测量两个高度的尺寸,测量时选择不利的一侧测量。分别取其算术平均值,精确到1 mm;蒸压粉煤灰砖放在温度为(20±5)℃的水中浸泡24 h后取出,用湿布抹去其表面水分进行抗折强度试验;将蒸压粉煤灰砖平放到支辊上。以100 N/s的速度匀速加荷(图3),直至试件折断,记录最大破坏荷载(精确至0.1 kN);蒸压粉煤灰砖的抗折强度按公式(5)计算,精确至0.1 MPa。

式中f—抗折强度,MPa;

P—最大破坏荷载,kN;

L—跨距,mm;

B—试件宽度,mm;

H—试件高度,mm。

试验用砖抗折强度实测值见表3。

2.3.2 试验现象与结果分析

蒸压粉煤灰砖加载初期没有明显的现象,随着荷载的增加,砖中间部分底部首先出现一道裂缝,裂缝随即向上延伸,直到破坏,其破坏面较整齐,砖抗折破坏形态见图3。

3 结论

通过对蒸压粉煤灰砖基本力学性能研究,确定以下基本性能指标:

蒸压粉煤灰砖的含水率为2.96%,吸水率为8.21%,体积密度为1 847.14 kg·m-3,抗压强度平均值为11.46 MPa,抗折强度平均值为1.68 MPa,各项性能指标满足规范要求。

参考文献

[1]JC239-2001,粉煤灰砖[S],国家建筑材料工业局标准化研究所,2001.

[2]GB/T2542-2003,砌墙砖试验方法[S].中国建筑工业出版社,2003.

[3]GB5003-2001,砌体结构设计规范[S].中国建筑工业出版社,2002.

[4]GBJ129-90,砌体基本力学性能试验方法[S].中国建筑工业出版社,1991.

[5]唐岱新.砌体结构[M].高等教育出版社,2003.

量子力学 课程教学基本要求 篇2

量子力学 课程教学基本要求

课程名称： 量子力学

适应专业： 物理学

课程类型： 3（1通识教育课、2学科大类基础课、3专业基础课、4专业课、5专业方向课、6其它）

授课类型：1（1讲授为主、2实践实验为主、3研讨为主、4其他）

一、课程地位与作用

《量子力学》是物理学专业学生必修的理论课程。量子力学是将物质的波动性与粒子性统一起来的动力学理论，反映了微观粒子的运动规律，它不仅是近代物理的重要支柱之一而且在核物理、凝聚态物理、表面物理、激光、生物学、化学等许多近代科学和技术的分支中有着广泛的应用。本课程使学生以全新观念去认识物质世界，掌握量子理论的基本概念和原理，为进一学习了近代物理和现代科学技术奠定基础；培养学生辩证唯物主义世界观，独立分析问题和解决问题的能力和科学素养。

二、课程目标

1、知识目标

（1）使学生了解微观世界矛盾的特殊性和微观粒子的运动规律，掌握量子力学的基本原理和方法，为进一步学习打下较扎实的基础。

（2）使学生了解量子力学在物理学中的地位、作用和在近代物理学中的广泛应用，深化和拓展学生在普通物理中学过的有关内容，以适应专业学习和今后进一步深造或从事物理教学等的需要。

2、能力目标（1）实践能力

运用量子力学的知识思考、研究和解释微观世界的物理现象，指导近代物理实验。具备教师指导下自主学习的能力，对量子力学在高新技术领域和生产实践中的应用及与量子力学密切相关的交叉学科、新技术发展的了解能力。（2）创新能力

注重学生求异思维基本素质的培养，在认识微观世界事物的学习过程中能关注事物的不同点、特殊性及事物的现象与本质之间的关联和差异，启迪创新思维，培养丰富的想象力与创新能力。

三、课程内容

1、课程内容结构

教学内容主要由量子力学的基本理论与应用两部分构成。基本理论包括初等量子力学的基本概念、原理与基本方法(主要包含物质的波动-粒子二重性，波函数及其统计解释，Schrödinger方程，力学量与力学量算符，态与力学量表象，微扰理论，自旋与全同粒子，散射问题)。应用主要围绕说明基本概念与基本方法展开。

2、课程内容更新

简谐振子的算符解法及应用，带电粒子在电磁场中的运动，对称性与守恒律，量子纠缠，并适当增加量子力学在现代科技中的应用实例。

四、课程组织形式与方法

1、课堂教学（1）讲授

量子力学课程的教学内容主要通过教师课堂讲授为主，结合启发与讨论完成。讲授的主要内容有经典物理学的困难与量子力学的诞生，波函数与Schrödinger方程，量子力学中的力学量，态与力学量表象，定态微扰，量子跃迁，粒子的自旋，全同粒子，散射。根据教学大纲要求，突出重点和难点。（2）教师指导下的学生自学

指导学生自主学习量子力学的参考书、专著和文献；设计富有启发性的思考题和讨论题，引导学生思考与讨论，使学生在研究问题中加深对概念与原理的理解，获得学习方法和解决实际问题的训练。（3）其它教学方法

采用多媒体辅助教学手段，结合传统教学方法，解决好教学内容多、信息量大与学时少的矛盾；利用课程网络教学平台建立教学互动，指导和丰富学生课外学习。运用科学研究训练方法，引导学生研究量子力学学习中存在的问题，开展专题讨论。

2、课外学习（1）作业

作业1：课外练习。作业2：课外思考与讨论。

作业3：课程学习总结或小专题研究报告。（2）阅读参考书

①.《量子力学教程》曾谨言著，（科学出版社出版）。②.《量子力学导论》曾谨言著，（北京大学出版社版）。③.《量子力学导论》熊钰庆主编，（广东高等教育出版社出版）。④.《量子力学基础》关洪，（高等教育出版社出版）。⑤.《量子力学》汪德新，（湖北科学技术出版社出版）。

⑹.瓦尔特•顾莱纳著，王德民等译：《量子力学导论》，（北京大学出版社）。⑺.Quantum Mechanics an Introduction，Greiner（world scientific）

五、课程考核

1、课程成绩构成（1）平时成绩占百分比平时成绩占总分40%（2）考试成绩占百分比 考试成绩占总分60%。

2、考核内容与形式

（1）知识类考核

本课程采用闭卷考试形式。重点考试内容：量子力学的基本知识、基本理论、基本方法和应用技能，解决基本问题的能力。（2）能力类考核

通过学生平时作业、课堂提问与讨论考查学生的学习能力，理解和掌握相关知识的程度以及实际应用能力。

基本力学性能 篇3

一、异型柱的概念

异形柱是指根据建筑平立面设计、布置、使用功能的需要，在满足结构强度、刚度和稳定性等前提条件下，采取不同几何形状截面而成的柱，诸如T、L、十字（不含Z字形）形状截面的柱。在构造上，异形柱截面一般要求各肢厚度不宜大于300mm，肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。

二、异型柱的受力性能与基本构造

异形柱各肢肢长可以相等，也可以不相等，但提倡采用等肢异形柱。异形柱由于多肢的存在，其受力中心与截面形心往往不重合。在受力状态下，各肢会产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力会使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，增加异形柱的脆性，从而降低异形柱的变形能力。为了尽可能达到异型柱本身的受力均衡性，提高结构的抗震性和破坏延性，结构设计人员可以在抗震设计时采用等肢异形柱；在整体梁柱结构布置时，尽可能采用对称布置，使结构和各构件受力更均衡。

异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构的不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，结构设计人员应按照空间体系来考虑异形柱结构，优先采用具有异形柱单元的计算程序来分析内力。因异形柱和剪力墙受力不同，所以不能按剪力墙的建模来计算异形柱。作为异形柱延性的保证措施，结构设计人员必须在计算过程中严格控制轴压比，同时避免剪跨比小于2（短柱）或柱净高与柱肢截面高度之比小于4，并且剪跨比在抗震设计时不应小于1.5。针对剪跨比小于2的异形柱，轴压比限值应比大于2的异形柱相应数值减少0.05；二三级抗震等级柱的箍筋体积配箍率不应小于1.2%；当三四级抗震等级异形柱的剪跨比小于2时，箍筋间距不应大于100mm，箍筋直径不应小于8mm，且全高加密。因此，采用异形截面柱的建筑在设计中应尽量避免出现短柱，并在构造上采取加强措施。

控制柱截面轴压比的目的在于要求柱应具有足够大的截面尺寸与抵抗强度，以提高柱的变形能力和破坏延性，满足抗震要求。根据异形柱的形状、自身的受力性能和外部受力状况，其轴压比也会有所不同。在相同的抗震等级条件下，L形轴压比限值最小，T形轴压比较大，十字形轴压比最大。

当然，异形柱也和其他结构构件具有相同或相似的构造要求，如异形柱、梁的纵向受力钢筋的接头可采用焊接、机械连接或绑扎搭接，接头位置宜设在构件受力较小处。在层高范围内，异形柱的每根纵向受力钢筋接头数不应超过1个，它的纵向受力钢筋在同一连接区段的接头面积不应大于50%，连接区段的长度应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定来确定。

三、异型柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别

建筑界所讲的“异形柱”特点，是指截面肢薄，由此引起构件的受力、变形、构造做法、受力性能与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的一系列差异，其形式与短肢墙相似，但不能按短肢墙建模来计算。按照规定，异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙在定义上的区别主要表现在截面高宽比的不同，即矩形柱高宽比应小于或等于3，且柱截面不宜小于250mm；异形柱截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高与肢厚比小于4，肢厚小于300mm，但不应小于200mm，肢高不小于500mm；短肢剪力墙是指墙肢高与墙肢的厚度比不小于4且不大于8的剪力墙结构，常用的有T字形、L形、十字形、Z字形、折线形，它与普通剪力墙的区别在于普通剪力墙肢高与墙肢的厚度之比大于8。

异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别主要表现在受力变形、破坏形式不同。

（1）异形柱受力形式接近矩形框架柱，即剪切变形、双向偏压，计算时应该按柱输入。一字形柱截面（通常称扁柱）两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载、梁板荷载的作用下，还是在地震的作用下，结构中的柱一般都要受到两个方向的弯矩同时作用。由于截面厚度太单薄，它在双向剪力作用下的性能也存在缺陷。由GB50011柱双向受剪承载力计算公式可见，柱截面相邻两边长相差越多，其斜向受剪承载力越低。因此，框架柱在截面最小宽度方面有限制，即不宜小于250mm，而异形柱与短肢墙、普通剪力墙均不宜采用一字形，特别是抗震结构中。因此，结构设计人员应尽量少用和慎用柱截面宽度只能是200mm的一字形柱、截面高宽比不大于5的矩形柱，特别是抗震结构中。如果必须采用这类异形柱，也只能使用局部小跨度、低层结构高度低和受力状况不复杂的结构，而且还要采取更加严格的构造措施，如加大配箍率、加密箍筋、加大箍筋截面、降低结构柱限制轴压比等。

（2）普通剪力墙受力变形是剪弯变形，计算时按墙输入。短肢剪力墙变形接近于普通剪力墙。

（3）异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的延性也不相同，普通剪力墙最大，其次是短肢剪力墙，异形柱最小。所以，它们的适用范围不同，构造也不相同。

四、总结

异形柱其实是介于柱与剪力墙之间的一种构件，它的产生和许多新生事物一样，具有很强的生命力和竞争力，并且受到了大力的推广和广泛的应用。随着国家行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》的颁布，砼异形柱结构将建筑美观、使用功能的灵活性与建筑结构合理的受力性能有机地结合起来，为用户提供了理想的居住环境，受到了房地产开发商和广大用户的欢迎。由于它符合室内布置的要求，且与墙体（指填充墙）连接效果良好，在我国许多省市的住宅建筑中广泛应用。但对异形结构的应用尚处于初始阶段，还没有形成系统的理论研究，国家现行规范没有对一些具体与异形柱混用的结构作出明确的规定。如国家现行规范中规定异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式，但在实际应用中，异形柱结构的最顶层是可以采用砌体墙承重的混合结构形式，但该砌体墙承重的混合结构层应按抗震要求设置构造柱与圈梁，并且这种设计最顶层异形柱框架结构受力与完全采用异形柱框架结构受力形式是一样的。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱可以全部采用异形柱，也可以部分采用普通的框架柱。当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可以通过框架底部抽柱，并设置转换梁，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构。

总之，异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构有着较大的市场需求。设计人员应根据其受力特点，提高异形柱结构设计的理论水平，选择合理的结构形式。并且只有正确掌握了计算机的分析方法，在确保其结构合理与经济适用的前提条件下，保证其结构的安全、可靠。运用计算机进行正确的结构分析与截面配筋，规范与归纳已成体系的异形柱设计理论和实践经验，并深入研究与推广应用，贯彻执行国家技术经济政策，为混凝土异形柱结构在设计及施工中做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量保驾护航。

基本力学性能 篇4

考虑到输电塔基地脚螺栓主要承受拉力和剪力, 因此对玄武岩纤维螺杆的抗拉、抗剪承载力进行试验, 测试其性能, 为玄武岩地脚螺栓的应用提供试验数据。

1. 试验方案

1.1 地脚螺栓抗拉承载力试验方案

地脚螺栓作为连接混凝土基础和上部结构的重要构件, 其抗拉承载力是一项十分重要的指标。输电线路铁塔在风载等水平力作用下的倾覆趋势会对地脚螺栓产生上拔力, 因此为保证玄武岩螺栓在输电线路铁塔基础中的应用的安全性, 需要对玄武岩地脚螺栓的抗拉承载力进行测试。

玄武岩地脚螺栓具有轻质高强的特点, 为了使其在输电线路铁塔基础的应用提供实验依据, 本试验对3根40mm的玄武岩地脚螺栓进行抗拉承载力测试。由于玄武岩纤维材料抗剪性能较弱的, 无法采用夹片锚具直接对筋材进行锚固, 需要在玄武岩地脚螺栓的端部缠绕纤维布并浸润树脂固化锚固。试件如图1和图2所示。

1.2 地脚螺栓抗剪承载力试验方案

在输电线路铁塔基础中的地脚螺栓可能承受剪力作用, 同时考虑到试验仪器的尺寸, 因此本试验采用较小直径的玄武岩地脚螺栓进行纯剪切试验, 采用3点弯曲短梁试验, 通过试验和理论评价玄武岩地脚螺栓抗剪承载力。

玄武岩地脚螺栓的纯剪切试验主要依据美国规范ACI 440.3R-04, 参照我国标准GB/T13686-92, 采用横向剪切试验方法来测试玄武岩纤维剪切性能。

剪切装置如图3所示, 试样在剪切装置中就位如图4所示, 通过装置上、下刃的相对移动来实现剪切。剪切装置和试验机的连接如图5所示。

试样及装置就位后即可开始加载。加载速率应使剪切面上剪应力增速控制在△τ=30~60MPa/min, 每个试样加载时间控制在2~3min为宜, 本试验取△τ=60MPa/min。记试样名义横截面积为A, 则加载速率△P=2A×△τ。

试样的剪切强度按式[1]计算:

式中:

2. 试验结果及分析

2.1 地脚螺栓抗拉承载力实验结果及分析

本次试验采用40mm BFRP筋材, 均获得有效数据, 各次试验结果见表1。

由拉伸试验结果可知玄武岩地脚螺栓拉伸强度可达到720MPa以上, 且3个试件拉伸强度较为接近, 离散性较小, 满足地脚螺栓的拉伸强度要求。

2.2 地脚螺栓抗剪承载力实验结果及分析

因为每根试件有两个剪切面, 剪断面为被剪断的剪切面, 可以明显地看到纤维撕裂的情况, 即剪断面有一部分凸起, 另一部分较为平整或稍微凹陷, 被剪断的两段试样可以比较紧密地咬合拼接起来, 如图6所示。剪断面上纤维撕裂的现象印证了在剪切面上不仅存在剪应力, 还作用有正应力, 剪切强度中应有纤维的贡献。

玄武岩地脚螺栓剪切强度为231MPa, 离散率1.56%, 见表2。其强度指标与前期研究测得的小直径BFRP筋材的剪切强度接近 (如图7所示) , 同时也证明了其剪切强度与直径无关, 与纤维复合材料基体强度关系不大, 其强度主要由纤维强度决定, 对于不同直径的筋材其剪切强度基本可达到200MPa以上。该强度对于保证玄武岩地脚螺栓在混凝土结构中作为螺栓抗剪具有重要作用。

结论

(1) 本次试验测试了40mm玄武岩地脚螺栓的抗拉承载力, 其平均值能达到720MPa, 且离散率很低, 可满足普通铁塔中地脚螺栓的抗拔要求, 且玄武岩地脚螺栓轻质高强, 在山区和抢修工程中应有很好的应用前景。

(2) 进行了玄武岩地脚螺栓的抗剪试验, 实验结果表明, 玄武岩地脚螺栓的横向抗剪强度能到达231MPa, 结合之前不同直径玄武岩筋横向剪切强度试验结果, 发现其剪切强度与直径关系不大。对于不同的筋材直径其剪切强度基本可达到200MPa以上, 该强度对于保证玄武岩地脚螺栓在混凝土结构中作为螺栓抗剪具有重要作用。

参考文献

[1]马孝轩, 仇新刚, 孙秀武.钢筋混凝土桩在沿海地区腐蚀规律试验研究[J].混凝土与水泥制品, 2002 (1) :23-24.

[2]周俊龙, 江世永, 李炳宏, 欧忠文.玄武岩纤维增强塑料筋耐腐蚀性研究[J].土木建筑与环境工程, 2011 (S1) :218-222.

马氏体不锈钢的基本介绍与主要性能 篇5

马氏体不锈钢是指在室温下保持马氏体显微组织的一种铬不锈钢。通常情况下，马氏体不锈钢比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢具有更高的强度，可通过热处理进行强化，具有良好的力学性能和高温抗氧化性。该钢种在大气、水和弱腐蚀介质如加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸，在温度不高的情况下均有良好的腐蚀介质。但该钢种不耐强酸，如硫酸、盐酸、浓硝酸等的腐蚀，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蚀性介质。由于铬不锈钢可通过热处理强化，因此为了避免强度过高产生脆性，应采用正确的热处理工艺。

基本介绍

标准的 马氏体不锈钢是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，这些 钢材的耐腐蚀性来自“铬”，其范围是从11.5至18%，铬含量愈高的钢材需碳含量愈高，以确保在热处理期间马氏体的形成，上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用，且440型成份的熔填金属不易取得。

标准 马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素，主要是用于将标准钢材受限的容许工作温度提升至高于1100K，当添加这些元素时，碳含量也增加，随着碳含量的增加，在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂的问题变成更严重。

性能

马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材的原先状态如何，经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区，热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，则韧性减少，且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的最有效方法，为得最佳的性质，需焊后热处理。

马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有 奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的 钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。

马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相 铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏体形成元素，以扩大γ相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳 三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根据SCHAEFFLER图确定大致的组织。

马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类：

1.低碳及中碳13%Cr钢

2.高碳的18%Cr钢 3.低碳含镍（约2%）的17%Cr钢

马氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性，可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片（1Cr13）、蒸汽装备的轴和拉杆（2Cr13），以及在腐蚀介质中工作的零件如活门、螺栓等（4Cr13）。碳含量较高的钢号（4Cr13、9Cr18）则适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。

与 铁素体不锈钢相似，在马氏体不锈钢中也可以加入其它合金元素来改进其他性能：1.加入0.07%S或Se改善 切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入约1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18钢的耐磨性及耐蚀性；3.加入约1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13钢的热强性。

马氏体不锈钢与调制钢一样，可以使用淬火、回火及退火处理。其力学性质与调制钢也相似：当硬度升高时，抗拉强度及 屈服强度升高，而伸长率、截面收缩率及冲击功则随着降低。

马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中的碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。因此在13%Cr钢中，碳含量越低，则耐蚀性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四种钢中，其耐蚀性与强度的顺序恰好相反。

不锈钢牌号分组

200 系列—铬-镍-锰 奥氏体不锈钢

300 系列—铬-镍 奥氏体不锈钢

型号301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。

型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

型号304—通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。

型号309—较之304有更好的耐温性。

型号316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。

400 系列—铁素体和马氏体不锈钢

型号408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。

型号409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。

型号410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。

型号416—添加了硫改善了材料的加工性能。

型号420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。

型号430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。

型号440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。

500 系列—耐热铬合金钢。

600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。

基本力学性能 篇6

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

本试验采用的水胶比为0.4, 再生粗骨料的掺入率为30% (总粗骨料中所占的质量百分比) , 单位用水量为168 kg/m3, 砂率为0.52, 粉煤灰掺入率为15% (总胶凝体中所占质量百分比) , 减水剂掺入率为0.7% (相对胶凝体的质量百分比) ;玻璃纤维及聚丙烯纤维的掺入方式采用单掺及混掺方式, 共计划8组试验。并在规定龄期计划测试抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及静力受压弹性模量, 试验混凝土的配合比如表1所示。

kg

1.2 试验原材料

本试验采用的水泥为延边朝鲜族自治州某厂家P.O42.5型号普通硅酸盐水泥, 其物理化学性能指标如表2所示。粉煤灰使用吉林省延吉市某发电厂生产, 密度为2 180 kg/m3。本试验选用的细骨料产地为延吉市地产天然黄砂, 品级为中砂, 级配良好, 物理性质如表3所示。再生粗骨料为废弃混凝土试块用颚式破碎机破碎而成, 废弃混凝土强度为40 MPa~50 MPa, 破碎的再生骨料粒径为5 mm~20 mm;天然骨料采用延吉地区产碎石, 粒径为5 mm~25 mm, 其物理性能指标如表4所示。本试验使用的玻璃纤维长度分别为6 mm, 12 mm, 18 mm, 聚丙烯纤维长度为30 mm。具体纤维形状图见图1, 其物理性能如表5所示。本试验采用的减水剂为延吉市某公司生产的淡黄色液体聚羧酸高效减水剂, 固含量为40%。

1.3 试验方法

为了保证纤维在搅拌过程中具有良好的分散性, 在本试验中混凝土搅拌过程采用以下搅拌流程:即, 首先将称量好的粗细骨料和纤维放入搅拌机中干拌60 s, 然后加入水泥及粉煤灰进行第二次搅拌60 s, 最后将事先称量好的含有减水剂的水倒入搅拌机中, 再搅拌180 s。抗压强度和劈裂抗拉强度试验试块采用边长为150 mm的标准立方体试块, 静力受压弹性模量和轴心抗压强度试验试块采用边长为150 mm、高为300 mm的棱柱体, 具体试验方法参考GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

图2为不同组合纤维再生混凝土的28 d抗压强度值。首先, 在基准混凝土中单掺入玻璃纤维时, 抗压强度随着玻璃纤维的增长而提高。这时因为玻璃纤维在混凝土基体中的三维分布阻止了微裂缝的扩展, 减少了微裂缝的数量, 从而提高了基体混凝土整体的强度。但其中掺入6 mm玻璃纤维的G6P0组再生混凝土的抗压强度相比未掺入纤维的G0P0组再生混凝土抗压强度反而降低了9.4%。这是由于6 mm玻璃纤维长度过短, 纤维的桥接作用发挥不明显, 并且纤维的掺入, 使混凝土中含气量增多, 混凝土的强度下降。通过试验发现, 玻璃纤维随着长度的增加可以提高再生混凝土的抗压强度, 而混杂掺入玻璃纤维和聚丙烯纤维后, 混凝土的抗压强度反而有所降低, 说明聚丙烯纤维对于提高混凝土的抗压强度效果没有玻璃纤维明显。

2.2 轴心抗压强度

图3为不同组合纤维再生混凝土的28 d轴心抗压强度值。从图3中可以看出纤维的掺入, 对于再生混凝土轴心抗压强度的影响不大。首先将单掺玻璃纤维的G6P0, G12P0, G18P0与G0P30进行比较, 可知当掺入18 mm玻璃纤维时混凝土的轴心抗压强度达到最大值, 为41.17 MPa, 比G0P0组的轴心抗压强度高出18.2%, 其次为G12P0组再生混凝土, 为39.86 MPa, G0P30组抗压强度为36.16 MPa。可以看出, 在相同体积比下玻璃纤维对于提高混凝土的强度效果比聚丙烯纤维良好。而不同长度玻璃纤维与30 mm聚丙烯纤维混掺后, G12P30, G18P30组再生混凝土的强度略有降低, 说明单掺玻璃纤维时比混掺纤维时提高强度幅度更大。

2.3 劈裂抗拉强度

图4为不同组合纤维再生混凝土的28 d劈裂抗拉强度值。首先由图4看出, 无论玻璃纤维和聚丙烯纤维是单掺还是混合掺入, 再生混凝土的劈裂抗拉强度都有所提高。在劈裂抗拉试验中, 不含纤维的G0P0组试块开裂面呈现较为平整, 而掺入纤维的混凝土试块在主裂缝旁往往会出现几条小的裂缝。并且纤维在混凝土基体中横跨裂缝吸收了部分能量, 从而使试块继续承载, 最后纤维从基体中被拔出, 试块破坏。随着玻璃纤维长度的增加, 抗拉强度也提高。这是因为玻璃纤维弹性模量高、韧性大, 掺入到混凝土中不仅提高了混凝土的强度, 同时也提高了其抗裂性能, 起到防裂的作用。还有, 对于再生混凝土劈裂抗拉强度的提高效果而言, 混掺纤维试验组都要比单掺玻璃纤维或单掺聚丙烯纤维试验组明显些。试验表明, 当18 mm玻璃纤维与30 mm聚丙烯纤维混合时劈拉抗拉强度达到最大值3.61 MPa, 比G0P0组混凝土强度提高了50%, 这是由于高弹性模量玻璃纤维和低弹性模量聚丙烯纤维相互取长补短, 共同改善了基体混凝土的力学性能结果。

2.4 抗裂性能分析

图5为不同组合纤维再生混凝土的拉压比。本文通过比较拉压比来分析再生混凝土的抗裂性能。拉压比为混凝土的劈裂抗拉强度与抗压强度值之比, 拉压比越大, 说明混凝土的抗裂性能越好。由图看出:掺入纤维可不同程度的提高混凝土的抗裂性能, 且聚丙烯纤维的抗裂性能较玻璃纤维要良好一些。在本试验中, 混掺18 mm玻璃纤维和30 mm聚丙烯纤维的试验组, 拉压比达到最大值, 表现出良好的抗裂性。其次在G12P30, G0P30等试验组呈现出比较良好的抗裂性。

2.5 静力受压弹性模量

图6为不同组合纤维再生混凝土弹性模量。由图6看出, 掺入6 mm玻璃纤维的G6P0组混凝土弹性模量较未掺入纤维的G0P0组混凝土明显降低, 这是由于纤维长度过短, 没有起到限制裂缝扩展的作用, 使其抵抗能力降低, 变形增大, 弹性模量随之降低。而随着纤维长度的增加, 基体混凝土受玻璃纤维影响, 刚度增大, 弹性模量也随之上升。从图6还可以看出, 混掺纤维的弹性模量较单掺的低, 因为聚丙烯纤维的弹性模量较低, 韧性大, 掺入混凝土中后, 基体的变形能力增大。

3 结语

本文通过对再生混凝土中单掺及混掺不同长度的玻璃纤维及聚丙烯纤维来分析再生混凝土的力学性能, 得到以下结论:1) 无论单掺还是混掺纤维, 都可以提高再生混凝土的抗压强度, 且玻璃纤维较聚丙烯纤维提高效果明显。2) 经试验表明, 对于再生混凝土的轴心抗压强度, 单掺玻璃纤维时要比混掺纤维时提高效果更明显。3) 聚丙烯纤维和玻璃纤维都对于提高混凝土的劈裂抗拉强度有明显的增强作用, 其中混掺18 mm玻璃纤维和30 mm聚丙烯纤维组合呈现良好的效果, 达到3.61 MPa。4) 玻璃纤维的长度过短时, 由于不能起到限制裂缝扩展的作用、降低混凝土的弹性模量, 而随着玻璃纤维长度的增加, 弹性模量值也随之增加。并且通过试验研究发现, 聚丙烯纤维加入到玻璃纤维再生混凝土中后, 其变形能力增大, 弹性模量降低。

摘要：通过试验, 从抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量等方面, 研究了玻璃纤维和聚丙烯纤维单掺及混掺对再生混凝土基本力学性能的影响, 结果表明:纤维的掺入, 对于再生混凝土的抗压强度影响并不大, 但能显著提高再生混凝土的劈裂抗拉强度和弹性模量, 能改善基体混凝土的整体性能。

关键词：再生混凝土,混杂纤维,玻璃纤维,聚丙烯纤维,力学性能

参考文献

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基本力学性能 篇7

随着国内各种基础建设投资力度的不断加大和城市化进程的迅速发展,作为主要建筑材料之一的混凝土被大量应用于工程中,砂的需求量也日益增加。 然而,如果都使用天然砂,势必会因天然砂的过度开采而使农田、河道遭受到严重破坏,使土地沙化,破坏生态环境;另一方面,我国沙漠的总面积约63.7万km2,占全国陆地的6.8%左右,有大量的风积沙,主要分布在西部的新疆、甘肃、内蒙古、宁夏及青海等省区[1]。 目前,国内外针对风积沙的应用研究,主要是将风积沙作为筑路材料和渠道换垫材料[2],也有一些学者将风积沙掺入水泥砂浆中,研究其流动性和强度特性,作为普通混凝土的组成材料来研究相对较少[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。

本文用风积沙按一定比例(质量比为0、10%、 30%、50%、70%、90%)替代相同质量河砂,经过配合比设计,制成风积沙混凝土,测定其和易性;然后再制作成不同尺寸立方体、棱柱体试件,测定其抗压强度和劈裂抗拉强度, 确定风积沙的最佳替代比例。 并且建立了风积沙混凝土的不同尺寸立方体抗压强度之间的数学关系、立方体抗压强度和轴心抗压强度的关系以及抗压强度和抗拉强度之间的数学关系,研究结果可为风积沙混凝土的设计和应用提供一定的参考。 如果能把风积沙混凝土大量应用于实际工程中,既可以节约河砂等不可再生资源的开采,又能充分利用风积沙,减少风积沙对环境的污染。

1试验方案

1.1试验材料

本试验采用的水泥为P·O 42.5级普通硅酸盐水泥, 水泥的比表面积≥300m2/kg; 初凝时间≥ 45min,终凝时间≤600min;该水泥的3d抗压强度为23.6MPa,28d抗压强度为45.9MPa。 粗骨料为碎石颗粒级配良好, 最大粒径为31.5mm, 表观密度2.65g/cm3。 细骨料分别为河砂和风积沙,河砂为天然河沙,细度模数Mx为2.62,Ⅱ区中砂,颗粒级配良好,表观密度2.61g/cm3,含泥量小于0.9%。风积沙取自内蒙古库布齐沙漠,细粒(0.075~0.25mm)颗粒含量占78.8%, 颗粒级配不良, 其基本物理性能见表1。 水为普通自来水。

1.2试验配合比

本试验采用C30普通混凝土的配合比作为基准组,混凝土坍落度设计为75~90mm,分别以质量比为0%、10%、30%、50% 、70%和90%的风积沙代替相同质量的河砂来配制风积沙混凝土,其基准配合比见表2。

kg/m3

1.3试验内容

试验主要研究用六种不同替代率(质量比为0、 10%、30%、50%、70%、90%)的风积沙替代天然河砂来配制普通混凝土,对不同替代率的混凝土拌合物都进行和易性的测定,然后分别将混凝土拌合物浇筑成150mm ×150mm ×150mm、100mm ×100mm × 100mm两种尺寸立方体试件以及150mm×150mm× 300mm的棱柱体试件。 按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的相关规定进行抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,依据抗压强度指标和劈裂抗拉强度指标来确定风积沙的最佳替代率,并进一步分析试验结果,建立风积沙混凝土的不同尺寸立方体抗压强度之间的数学关系、立方体抗压强度和轴心抗压强度的关系以及抗压强度和抗拉强度之间的数学关系。

2试验方法

2.1测定和易性试验方法

根据GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》, 用坍落度试验方法对风积沙混凝土的和易性进行测定。

2.2测定抗压强度试验方法

抗压强度试验采用的试件尺寸有3种,分别为150mm ×150mm ×150mm、100mm ×100mm ×100mm两种尺寸立方体试件以及150mm×150mm×300mm的棱柱体试件;试验中风积沙的替代率为6种,共1组;每组3个试件,共54个试件。试验采用10000k N电液伺服压力机测定试件的抗压强度, 以0.4~ 0.5MPa/s的速度连续而均匀地对试件加载, 当试件临近破坏,变形开始加速时,减小加荷速率,试件破坏时记录荷载值,然后计算试件抗压强度值。 试验过程严格按照GB/T 50081—2002中的相关规定来进行,以减少人为误差。

2.3测定劈裂抗拉强度试验方法

劈裂抗拉强度试验采用150mm ×150mm × 150mm的标准立方体试件, 风积沙的替代率为种,每组3个试件,合计18个试件;采用50k N液压万能试验机测定抗拉强度。 试验过程严格按照GB T 50081—2002中的相关规定进行, 尽量减少人为误差。 以0.04~0.06MPa/s的速度连续而均匀地对试件加载,当试件临近破坏,变形开始加速时,减小加荷速率,试件破坏时记录荷载值,然后计算抗拉强度值。

3试验结果及分析

3.1不同替代率风积沙混凝土和易性的测定

试验测得不同替代率风积沙混凝土的坍落度值及其黏聚性、保水性情况见表3。

分析表3数据可以得到, 当风积沙替代率在10%、30%、50%时, 混凝土坍落度值都比0替代率时高,替代率为30%时,坍落度值最大,为88mm,并且风积沙混凝土的黏聚性和保水性良好,无分层和泌水现象, 能够满足施工要求; 当替代率为70% 90%时,混凝土坍落度值都比0替代率时低,且达不到设计要求,有分层和泌水现象,和易性较差,不能满足施工要求。

3.2不同风积沙替代率对混凝土抗压强度、抗拉强度的影响

通过整理试验测试数据,得到风积沙混凝土不同尺寸的试件龄期为28d时的抗压强度和抗拉强度,见表4。

绘制不同替代率下风积沙混凝土的不同尺寸立方体抗压强度、轴心抗压强度随替代率的变化情况,见图1,抗拉强度与替代率的关系见图2。

由表4以及图1、图2可看出,风积沙混凝土不同尺寸试件的抗压强度、抗拉强度都随风积沙替代率的增加先增大后减小,在替代率为30%时达到最大值。 当替代率为10%、30%、50%时,其对应的抗压强度、抗拉强度都比0替代率的高;而当替代率为70%、90%时,风积沙混凝土的抗压强度、抗拉强度低于0替代率的普通混凝土。 这主要因为当风积沙替代率较小时,在混凝土形成过程中,较细的风积沙能更好地填充砂石之间的空隙,使混凝土的强度有所提高;当风积沙替代率较高时,虽然风积沙填充了空隙,但由于风积沙比表面积较大,需要的水泥浆量大幅度增加,导致了混凝土的水泥量相对不足,引起了混凝土强度的下降。 综上所述,风积沙的最佳替代率为30%。

3.3风积沙混凝土不同试件尺寸强度之间的关系

根据表4中的试验数据,对不同试件尺寸强度之间的关系进行数学公式拟合,分别得到了边长为100mm的立方体试件抗压强度与标准立方体抗压强度之间的数学关系,见公式(1);棱柱体试件抗压强度与标准立方体抗压强度之间的数学关系,见公式(2);劈裂抗拉强度与标准立方体抗压强度之间的数学关系,见公式(3)。

式中:fcu,150为边长为150mm立方体试件抗压强度值,MPa; fcu,100为边长为100mm立方体试件抗压强度值,MPa;fcp,150为棱柱体抗压强度值,MPa;fts,15为边长为150mm立方体试件抗拉强度值,MPa。

根据拟合公式和表4中的试验数据,绘制出风积沙混凝土两种尺寸立方体试件抗压强度之间的关系曲线和实测值对比图,见图3;轴心抗压强度与标准立方体抗压强度之间的关系曲线和实测值对比图,见图4;抗拉强度与标准立方体抗压强度之间的关系曲线和实测值对比图,见图5。

由公式(1)~公式(3)及图3~图5可以看出,风积沙混凝土的边长为100mm立方体抗压强度、轴心抗压强度与标准立方体抗压强度的关系呈线性关系, 且都随标准立方体抗压强度的增大而增大,比例系数为1.308和0.769;风积沙混凝土的抗拉强度与标准立方体抗压强度呈幂函数关系,且随标准立方体抗压强度的增大而递增。

风积沙混凝土的边长为100mm立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度与标准立方体抗压强度的拟合公式计算值都和试验值能够较好吻合,拟合公式和试验结果可以为风积沙混凝土的设计和施工提供一定的参考。

4结论

(1) 风积沙的替代率在50%以内时,风积沙混凝土的和易性良好,替代率为30%时,和易性最好; 替代率为70%和90%时,混凝土出现分层和泌水现象,坍落度值也小于设计值。

(2) 风积沙混凝土不同尺寸试件的抗压强度、 抗拉强度都随风积沙替代率的增加先增大后减小, 在替代率为30%时达到最大值。 当替代率为10%、 30%、50%时,其对应的抗压强度、抗拉强度都高于0替代率的普通混凝土; 而当替代率为70%、90%时, 风积沙混凝土的抗压强度、抗拉强度低于0代替率的普通混凝土。 综合上述,风积沙的最佳替代率确定为30%,不能超过50%。

(3) 风积沙混凝土的边长为100mm立方体抗压强度、 轴心抗压强度与标准立方体抗压强度的关系呈线性关系,且都随标准立方体抗压强度的增大而增大,比例系数为1.308和0.769;风积沙混凝土的抗拉强度与标准立方体抗压强度呈幂函数关系,且随标准立方体抗压强度的增大而递增,其拟合公式计算值和试验值都能够较好吻合。

摘要：用风积沙按一定的比例(质量比为0、10%、30%、50%、70%、90%)替代相同质量河砂,经过配合比设计,制成风积沙混凝土,测定其和易性;然后再制作成不同尺寸立方体、棱柱体试件,测定其抗压强度和劈裂抗拉强度,确定风积沙最佳替代比例。试验结果表明,当风积沙替代比例为30%时,风积沙混凝土的和易性良好,能够满足施工要求,不同尺寸试件的抗压强度值和抗拉强度值都达到最大值。进一步分析试验结果,建立了风积沙混凝土不同尺寸立方体抗压强度之间的数学关系、轴心抗压强度和标准立方体抗压强度的数学关系以及抗拉强度和标准立方体抗压强度之间的数学关系,研究结果为风积沙混凝土的设计和应用提供一定的理论依据。

基本力学性能 篇8

玄武岩纤维是由玄武岩矿石在高温熔融状态下拉制而成的, 被誉为“21 世纪的新材料”。玄武岩纤维具有较高的力学性能, 与其他的化学和矿物材料相比具有更高的化学稳定性以及热稳定性, 且玄武岩纤维价格较低廉, 与混凝土的亲和性较好[3], 从而使得在混凝土中掺入玄武岩纤维具有了较好的应用前景。国内和国外的研究人员在玄武岩纤维混凝土的基本力学性能方面开展了一系列的研究工作, 其中包括将不同体积掺量的玄武岩纤维掺入到普通混凝土、自密实混凝土或者轻骨料混凝土中, 研究纤维的体积掺量对各种类型混凝土的基本力学性能方面的影响规律, 其结果表明玄武岩纤维的确起到了提高混凝土的力学性能, 改善其韧性的作用。然而, 在土木工程界中玄武岩纤维的应用尚且处于初级研究阶段, 为了使玄武岩纤维能得到更广泛的应用, 有必要对玄武岩纤维增强混凝土力学性能方面进行更深层次的研究。

1 试验方法及装置

在混凝土基本力学性能方面, 研究者通常进行立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验以及抗折强度试验等。

1) 立方体抗压强度试验。试验中所采用的标准混凝土试块尺寸为150 mm × 150 mm × 150 mm, 试验应在压力试验机上进行, 试验强度取值为每组3 个试件抗压强度的算术平均值, 其计算公式为:

其中, fcu为混凝土的立方体抗压强度, MPa; F为试件破坏荷载, N; A为试件承压面积, mm2。

2) 轴心抗压强度试验。试件的标准尺寸为150 mm × 150 mm ×300 mm, 试验仍在压力试验机上进行, 其取值方法与立方体抗压强度试验相同, 其计算公式为:

其中, fc为混凝土的轴心抗压强度, MPa; F为试件破坏荷载, N; A为试件承压面积, mm2。

3) 劈裂抗拉强度试验。试验在压力试验机上进行, 试件的标准尺寸为150 mm × 150 mm × 150 mm, 试验需采用钢制的弧形垫条和木质三合板垫板, 其中垫板不可重复使用, 其试验装置如图1所示, 计算公式为:

其中, fts为混凝土的劈裂抗拉强度, MPa; F为试件破坏荷载, N; A为试件劈裂面面积, mm2。

4) 抗折强度试验。试验通常在万能试验机上进行, 试件的标准尺寸为150 mm × 150 mm × 550 mm, 试验应采用三分点的加载方式, 其计算公式为:

其中, ff为混凝土的抗折强度, MPa; F为试件破坏荷载, N; l为支座间跨度, mm; b为试件截面宽度, mm; h为试件截面高度, mm。

2 国内外相关研究

2005 年Dylmar Penteado Dias等人研究了玄武岩纤维普通硅酸盐水泥混凝土的力学性能, 研究结果表明: 当玄武岩纤维的体积掺量为1% 时, 玄武岩纤维混凝土的抗压强度以及劈裂抗拉强度较普通混凝土降低了26. 4% 和12% , 但其抗折强度增加了45. 8%[4]。

2008 年李韧、毕重、王玉等人进行了关于玄武岩纤维自密实混凝土力学性能方面的试验研究, 其结果表明: 由于玄武岩纤维的掺入会使其立方体抗压强度和弹性模量略有下降, 但纤维的掺入减小了自密实混凝土的早期收缩变形, 改善了混凝土的脆性, 使其呈现延性破坏形态[5]。

2009 年贺东青、卢哲安等人进行了关于短切玄武岩纤维混凝土力学性能方面的研究, 其研究的结果表明: 在混凝土中掺入玄武岩纤维可以提高其延性, 但对它的强度影响并不大, 却可以使玄武岩纤维混凝土的强度发展得到延缓, 并使混凝土的弯拉强度得到了较大程度上的提高[6]。

2012 年彭苗、黄浩雄等人也进行了玄武岩纤维混凝土的力学性能方面的试验, 其试验结果表明: 由于玄武岩纤维的掺入, 混凝土的力学性能得到了较大程度上的提高。混凝土的立方体抗压强度有明显的提高, 其最大程度提高了46. 3% , 当纤维的掺量达到3 kg/m3时, 抗折强度提高了25% , 劈裂抗拉强度则提高了27. 3%[7]。

2015 年李京军、牛建刚、朱聪等人进行了掺橡胶颗粒的玄武岩纤维轻骨料混凝土的力学性能方面的研究, 其结果表明: 玄武岩纤维的掺入能够有效的提高轻骨料混凝土的力学性能, 抑制试件裂缝的开裂; 当掺入玄武岩纤维的体积达到0. 2% 时, 抗压强度提升了17% , 抗折强度提升了45% , 劈裂抗拉强度提升了46%[8]。

3 结论和展望

通过上文总结的国内外相关研究结果可以得出: 无论是普通混凝土、自密实混凝土还是轻骨料混凝土, 玄武岩纤维的掺入都能够提高其韧性, 并一定程度上提高其强度值。由此可见, 玄武岩纤维可以改善混凝土的脆性性能。

随着建筑不断的向高层、大跨度等结构方向的发展, 土木工程界对建筑材料性能的要求也越来越高, 普通混凝土自重大的问题也逐渐凸显出来。高强轻骨料混凝土不仅可以保证混凝土结构应有的强度, 还能较大程度上降低结构的自重, 所以高强轻骨料混凝土在未来会有广阔的应用前景。然而高强度也伴随着高脆性问题, 如果玄武岩纤维也能够改善高强轻骨料混凝土的脆性问题, 将会对高强轻骨料混凝土的推广和应用起到较大的作用。因此, 玄武岩纤维能否同样提高高强轻骨料混凝土的韧性, 解决其脆性问题可作为今后的一个研究方向。

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[7]彭苗, 黄浩雄, 廖清河, 等.玄武岩纤维混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土, 2012 (13) :176-178.

基本力学性能 篇9

随着我国城市化进程的加快, 以及汽车保有量的不断攀升, 导致钢材的需求量日益提高, 进而也提高了铁矿石等矿藏资源的用量和开采速度。这就导致了大量的尾矿砂滞留现象, 严重威胁着人类的生命财产安全。国内外的一些学者利用尾矿砂代替天然砂进行了大量的研究工作。清华大学田景松指出:通过优化尾矿砂和机制砂的混凝土比例, 配制出的混凝土的工作性能和力学性能及耐久性能能够很好的满足施工技术要求[1]。北京建筑大学的陈家珑教授利用尾矿砂替代细骨料配制的混凝土, 其力学性能均优于普通混凝土[2]。近些年来, 随着混凝土材料科技的不断发展, 钢纤维等外掺材料逐渐被应用于混凝土中来提高混凝土的性能。钢纤维混凝土由于具有抗拉、阻裂、增韧[3,4,5,6]的特点, 已广泛应用于铁矿巷道支护工程中。因此, 用尾矿砂替代喷射钢纤维混凝土中的河砂, 不仅能最大限度地消耗铁尾矿等矿山废弃物, 还能有效降低铁矿巷道支护工程造价, 为企业节省安全维护费用, 提升企业利润空间。本研究将通过试验, 研究不同掺量粉煤灰、硅粉和钢纤维掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的力学性能的影响规律, 为配制尾矿砂钢纤维喷射混凝土提供参考。

1 试验原材料

1.1 骨料

粗骨料为碎石, 瓜米石, 石灰石材质, 最大粒径为10 mm, 级配良好, 细骨料为尾矿砂, 来自辽宁省本溪市铁矿, 细度模数为1.068。表1中是尾矿砂的化学成分分析。

%

1.2 水泥

水泥为辽宁山水工源牌P.O42.5级水泥, 其初凝时间为50 min, 终凝时间为625 min (水温15℃) , 比表面积为321 m2/kg, 该水泥的3 d抗压强度为19 MPa, 28 d抗压强度为44.1 MPa。其主要化学成分如表2所示。

%

1.3 粉煤灰

粉煤灰采用沈阳昊木建筑材料厂生产的Ⅱ级粉煤灰, 其化学成分见表3。

1.4 钢纤维

钢纤维采用鞍山生产的钢纤维, 规格为30 mm×0.8 mm (长度×直径) 剪切波浪型钢纤维, 长径比均为37.5, 抗拉强度不小于600 MPa。

%

1.5 减水剂

减水剂为辽宁省建科院研制的LJ612型聚羧酸系高效减水剂, 减水率大于25%。

1.6 速凝剂

速凝剂为沈阳生产的DT型水泥速凝剂。

1.7 水

试验室用水, 符合JGJ 63—1989混凝土拌合用水标准的规定。

2 试验方案

试验配合比:本试验的基准胶凝材料总量为475 kg, 并在此基础上, 分别研究天然河砂和尾矿砂两种钢纤维喷射混凝土;粉煤灰掺量为0%, 10%, 20%, 30%和40%;硅粉掺量为0%, 5%, 10%和15%;钢纤维掺量为20%, 30%, 40%和50%。共11组配合比, 如表4所示。

3 试验方法与结果

3.1 试验方法

混凝土强度试验要参照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准[7]进行, 试件的尺寸分别为100 mm×100 mm×100 mm和100 mm×100 mm×300 mm, 测试混凝土时间7 d, 28 d和56 d的立方体抗压强度、28 d劈拉强度和28 d轴心抗压强度。

3.2 试验结果与分析

不同龄期、粉煤灰掺量、硅粉掺量和钢纤维掺量下试件的立方体抗压强度、劈拉强度和轴心抗压强度如表5~表7所示。

MPa

MPa

MPa

3.2.1 粉煤灰掺量对力学性能的影响

图1a) 出示了利用尾矿砂和天然河砂两种细骨料配制出的钢纤维喷射混凝土, 在不同龄期下的立方体抗压强度变化规律, 可以看出:随着养护龄期的延长, 尾矿砂钢纤维喷射混凝土与河砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度均增大。并当养护龄期相同时, 河砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度大于尾矿砂钢纤维喷射混凝土, 且随着养护龄期的延长, 这种趋势减弱。图1b) 出示了粉煤灰掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度的作用。可以看出:随着养护龄期的延长, 尾矿砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度增大, 且随着粉煤灰掺量的提高, 立方体抗压强度随之降低。图1c) 出示了粉煤灰掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的轴心抗压强度影响, 其趋势是随着粉煤灰掺量的增加, 轴心抗压强度呈现先增大后降低的形态, 且当粉煤灰填充量为10%时, 轴心抗压强度为最大值。由图1d) 可以看出:粉煤灰掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的劈拉强度影响规律与图1c) 相似。因此, 建议尾矿砂钢纤维喷射混凝土的粉煤灰掺量为10%。

3.2.2 硅粉掺量对力学性能的影响

图2出示了硅粉掺量的变化对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的力学性能影响。可以看出:当硅粉掺量小于5%时, 随着硅粉掺量的增加, 立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈拉强度随之提高;然而, 当硅粉掺量大于5%时, 随着硅粉掺量的增加, 其立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈拉强度均随之降低。由此, 可以得出:当硅粉掺量为5%时, 其尾矿砂钢纤维喷射混凝土的力学性能最优。

3.2.3 钢纤维掺量对力学性能的影响

图3a) 和图3b) 及表7出示了钢纤维掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度的影响。可以看出, 当钢纤维掺量从20%提高到50%时, 立方体抗压强度仅增加了4.7%;类似地, 轴心抗压强度降低了3.8%。这是由于试件在承受受压荷载时, 最终破坏主要是由于骨料的压碎而导致的。这暗示了提高钢纤维的掺量不能增加尾矿砂钢纤维喷射混凝土的抗压强度。图3c) 出示了钢纤维掺量对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的劈拉强度的影响。从图中可以发现:当钢纤维掺量从20%提高到50%时, 劈拉强度增大了27%, 这是由于钢纤维的抗拉作用可以很好地限制裂缝的开展, 起到阻裂增韧的效果, 提高了劈拉强度。

4 结语

1) 尾矿砂钢纤维喷射混凝土的立方体抗压强度随着养护龄期的延长, 其发展趋势与河砂钢纤维喷射混凝土相似, 随着粉煤灰掺量的增加, 其立方体抗压强度逐渐降低, 当粉煤灰掺量为10%时, 轴心抗压强度和劈拉强度达到最大值。

2) 尾矿砂钢纤维喷射混凝土的硅粉掺量大于5%时, 复合材料力学性能不再优越, 所以建议尾矿砂钢纤维喷射混凝土的硅粉最优掺量为5%。

3) 钢纤维的加入仅对尾矿砂钢纤维喷射混凝土的劈拉强度影响最为明显, 起到很好的阻裂增韧效果。

摘要：以尾矿砂取代天然砂配制了尾矿砂钢纤维喷射混凝土, 并从粉煤灰掺量、硅粉掺量、钢纤维掺量三方面, 对其力学性能进行了研究, 试验结果表明:粉煤灰掺量为10%以及硅粉掺量为5%是尾矿砂钢纤维喷射混凝土的最优掺量。

关键词：尾矿砂,钢纤维,力学性能,混凝土

参考文献

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[2]陈家珑.尾矿利用与建筑用砂[J].金属矿山, 2005 (1) :71-75.

[3]杜国平, 刘新荣, 祝云华, 等.隧道钢纤维喷射混凝土性能试验研究及其工程应用[J].岩石力学与工程学报, 2008, 27 (7) :1448-1454.

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[6]屈锋.支护用钢纤维喷射混凝土的力学性能研究[D].湘潭:湖南科技大学, 2007.

稻壳墙体材料基本性能研究 篇10

稻壳为大宗农业废料, 是稻谷加工过程中的主要副产品[1]。稻壳作为农业生产的副产品, 通常被用来作为农村的燃料或者作为废弃物处理, 既污染了环境又造成了浪费[2]。我国稻壳资源十分丰富, 稻壳的资源化利用不仅能够获得化工产品和洁净能源, 而且可以减少污染, 净化环境, 产生良好的经济效益和社会效益, 完全符合国家节能减排、废弃物资源化利用、国民经济可持续发展的政策[3]。长期以来, 国内外对稻壳的综合利用进行了广泛的研究, 也取得很多的研究成果。本文以稻壳改性水泥砂浆制备新型墙体材料, 系统地研究了该墙体材料的基本性能, 为制备高性能的新型建筑材料提供了一定的技术支持。

2 试验部分

2.1 材料与制备

2.1.1 原材料

稻壳:湖北省本地产, 使用前过筛除去杂质和灰尘;

水泥:P.O32.5普通硅酸盐水泥;

砂:普通河砂;

水:自来水。

2.1.2 制备

在砂浆的拌和过程直接掺入稻壳制备改性砂浆, 并按相应要求对试样进行养护28 d, 然后进行表征测试。

2.2 测试与表征

2.2.1 干制品密度

将试样制成70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体, 在105℃下烘干至恒重, 按照GB5486.3-2001中的规定进行测试, 记录试样质量m, 计算试块体积V, 计算试样的密度为ρ=m/V, 单位g/cm3。

2.2.2 吸水率

吸水率试验方法参照GB/T11970—1997, 测试时间为48h, 公式如下:

W—砂浆吸水率, %;

m0—试样烘干后质量 (将养护至28 d龄期的试样放入电热鼓风干燥箱内, 在75℃下烘4 h) , g;

mg—试样吸水后的质量, g。

2.23保水率

参照DIN18555-7无机胶凝材料砂浆检验方法, 保水率测试为新拌砂浆经滤纸吸水5 min后保留的水量与吸水前含水量的比值。

2.2.4 力学性能

a.抗压强度

试样尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm, 参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的检测方法进行测试。

b.抗折强度

试样尺寸为40 mm×40 mm×160 mm, 参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的检测方法, 记录破坏荷载。

3 结果与讨论

3.1 干制品密度

表1所示为墙体材料干制品密度试验结果。由表1可以看出, 稻壳含量越多, 墙体干制品密度越低。其可能原因是稻壳的加入改变了墙体材料的孔隙, 使得孔隙增大, 最终使得制品密度减小。

3.2 吸水率

表2为墙体材料吸水率试验结果。由表2可以看出, 稻壳含量越多, 墙体材料吸水率越高。其可能原因是稻壳自身为吸水材料, 且由于稻壳的加入使得墙体材料孔隙率增大 (见表1) , 导致材料吸水率增大。

3.3 保水率

表3为墙体材料保水率试验结果。可以看出, 与空白样相比, 加入稻壳能在一定程度上增大保水率, 同时我们发现随着稻壳用量的进一步增加, 其保水率趋于稳定, 表明进一步增大稻壳用量, 对砂浆的保水率影响不大。可能原因是稻壳自身为吸水材料, 具有一定保水性, 且稻壳的加入使得材料孔隙率增大, 也使保水性有一定的增强。

3.4 力学性能测试

表4、表5分别为墙体材料抗压强度和抗折强度试验结果。由表4、表5可以看出, 随着稻壳的加入, 墙体材料的抗压、抗折强度均呈现规律性变化。稻壳含量越多, 抗压、抗折强度越低, 且当稻壳的含量增加到一定程度时, 对墙体材料的影响会进一步增强。其可能原因是因为稻壳的加入使得墙体材料孔隙率提高, 且稻壳材料密度较水泥、砂石骨料小, 并分散在砂浆内部, 使得砂浆体系的密实度降低, 导致材料的力学强度降低。

4 结论

本文以稻壳掺杂水泥砂浆制备墙体材料, 系统研究了该墙体砂浆的基本性能。研究结果表明:稻壳的掺入, 使墙体砂浆的干制品密度、堆积密度减小, 吸水率增大, 保水率增大。此外, 随着稻壳含量的不断增大, 墙体材料的力学强度会相应地减小, 这个研究结果为制备高性能的新型建筑材料提供了一定的技术支持。

参考文献

[1]王凯英, 王显利.环境友好型替代性材料稻壳在国内建筑行业的研究进展与应用[J].安徽农业科学, 2015, 43 (4) :249-251

[2]陈睿.稻壳砂浆轻质节能复合墙板的研究及应用[D].哈尔滨工业大学学位论文, 2010.