Пропорции песка цемента щебня в бетоне: Статьи о щебне, отсеве и нерудных материалах

Экспериментальное исследование состава смеси для бетона с высоким содержанием угольной пустой породы

Скачать книгу PDF

Скачать книгу в формате EPUB

Экспериментальное исследование состава смеси для бетона с высоким содержанием угольной пустой породы

Скачать книгу PDF

Скачать книгу в формате EPUB

  • Ингран Лю 9 ,
  • Ю Сунь 10 ,
  • Цзянь Гун 9 ,
  • Яфэн Чжан 9 и
  • …
  • Zhewei Sun 9  
  • Глава
  • Открытый доступ
  • Первый онлайн:

  • 1109 доступов

Часть серии книг Lecture Notes in Civil Engineering (LNCE, том 286)

Abstract

Чтобы улучшить коэффициент использования угольной пустой породы в качестве заполнителя в бетоне, на основе ортогонального метода планирования эксперимента, ортогональная таблица L16 (4 5 ) была использована для первоначального приготовления соотношения смеси, и образцы бетона на сжатие были залиты, и их прочность на сжатие была испытана после стандартного отверждения в течение 7 дней. Предварительно было понято значение трех факторов отношения угольной пустой породы, отношения угольной пустой породы к песку и отношения вода-вяжущее на прочность. Затем отрегулируйте уровни факторов, используя L9(3 4 ) ортогональная таблица, чтобы упорядочить уровни коэффициентов, сформулировать соотношение смеси, проверить его прочность после отверждения в тех же условиях и, наконец, проанализировать, что оптимальное соотношение смеси крупнообъемного бетона с угольной пустой породой составляет 90% от угольной пустой породы. Песок угольной жилы составляет 60 % от общего количества песка, водовяжущее отношение составляет 0,4, доля песка составляет 35 %, а количество цемента на кубический метр составляет 350 кг. При таком соотношении смеси можно использовать большое количество угольной пустой породы в качестве бетонной подушки или подстилающего слоя в дорожном строительстве.

Ключевые слова

  • Бетон с угольной жилой
  • Ортогональная схема испытаний
  • Соотношение компонентов смеси
  • Прочность на сжатие

Скачать главу в формате PDF

1 Введение

Бетон является наиболее широко используемым материалом в гражданском строительстве. Согласно данным, обнародованным Национальной комиссией по развитию и реформам, производство товарного бетона в 2021 году составит 3293,3 млн кубометров, увеличившись на 6,9%, а темпы роста увеличатся на 4 процентных пункта в годовом исчислении. Производство и прирост вышеуказанного бетона показывают, что в моей стране по-прежнему существует большой спрос на бетон для строительства инфраструктуры, и он не уменьшится в ближайшее время. Перед лицом такого огромного количества бетона в сочетании с целью углеродной нейтральности, предложенной центральным правительством, все отрасли должны неуклонно продвигать работу «двойного углерода». В направлении развития бетонной и цементной промышленности «14-я пятилетка» предлагается разработать низкоуглеродистые углеродсодержащие бетонные материалы и использовать для производства бетона подходящие твердые промышленные отходы. Каменноугольная порода – это твердые отходы, образующиеся в процессе добычи угля. Существующие запасы угольной пустой породы в моей стране составляют около 7 миллиардов тонн, а годовой объем производства увеличивается более чем на 3 тонны [1]. Существующая угольная жила только в северной части Шэньси составляет одну седьмую от общего количества угля в стране, более 1 миллиарда тонн [2]. Хранение угольной пустой породы не только занимает много обрабатываемых земель, но и вызывает серьезное загрязнение окружающей среды. Из-за сильного водопоглощения он вызывает серьезное помутнение под воздействием ветра после высыхания и выветривания, что приводит к загрязнению окружающей среды. Годовой объем продаж песка и гравия в моей стране может достигать 20 млрд т, а производство машинного песка превысило 18 млрд т [3]. Из-за ограниченности добычи природного песка и гравия необходимо найти как можно больше источников песка и гравия машинного производства. Сравнивая состав угольно-пустотного песка с природным песком, исследователи полагают, что угольно-пустотный песок может быть использован в качестве сырья для приготовления бетона [4]. Однако из-за разных источников угольной пустой породы и разных дозировок это повлияет на прочность бетона. Некоторые ученые считают, что содержание угольной пустой породы вместо крупного заполнителя менее 30 % оказывает наименьшее влияние на прочность бетона на сжатие [5], что серьезно ограничивает коэффициент использования угольной пустой породы в бетоне. В ответ на вышеизложенную ситуацию команда этой исследовательской группы, основываясь на концепции зеленого развития, провела экспериментальные исследования бетона с большими объемами угольной пустой породы, улучшила коэффициент использования угольной пустой породы в бетоне и предложила решения для потребления большого количества угольной пустой породы.

2 Материалы и методы

2.1 Экспериментальные материалы

Материалами, испытанными в этой статье, являются угольная пустая порода, угольная пустая порода, природный щебень, промытый водой песок машинного производства, цемент, восстановитель воды и водопроводная вода.

  1. 1.

    Угольная пустая порода

Вся угольная жила, выбранная для этого эксперимента, происходит из северной части Шэньси. Согласно литературным исследованиям, химический состав угольной пустой породы в этом районе в основном представляет собой SiO2 и Al2O3, минеральный состав представлен в основном кварцем и глинистыми минералами, а соотношение алюминия и кремния составляет от 0,31 до 0,39.. Каменная порода с промежуточным соотношением алюминия и кремния. Содержание кальция и магния составляет от 2,11 до 5,03 %, что относится к алюмосиликатной пустой породе, скорость водопоглощения составляет 5–8 % [6]; его можно использовать в качестве заполнителя бетона.

Частицы угольной пустой породы, отобранные на месте, имеют большие размеры, и их необходимо сначала измельчить, и для дробления используется экспериментальная щековая дробилка. Было проверено значение дробления измельченной угольной пустой породы, и значение дробления было выше 19%.

Угольная пустая порода, используемая в этом эксперименте, была просеяна через сито с квадратными отверстиями, и была получена ее градационная кривая (рис. 1). Согласно градационной кривой видно, что размер частиц угольной пустой породы относительно непрерывен в диапазоне от 0 до 10 мм.

Рис. 1

Кривая градации пустой породы после дробления

Изображение в полный размер

  1. 2.

    Каменноугольный пустой песок

Песок угольной пустой породы в этой статье представляет собой песок, полученный после измельчения вышеупомянутой угольной пустой породы молотковой дробилкой, а затем пропускания через сито 0,16 мм (рис.

 2).

Рис. 2

Процесс подготовки песка угольной пустой породы

Изображение в полный размер

  1. 3.

    Щебень природный

Природный щебень (рис. 3) поступает из окрестностей города Чжэнчжоу с размером частиц 10–20 мм и коэффициентом дробления 2–10%.

Рис. 3

Природный гравий

Изображение в полный размер

  1. 4.

    Песок машинного производства

Песок машинного производства выбирают промытый водой песок машинного производства (рис. 4), модуль крупности около 3,2, средний размер частиц более 0,5 мм.

Рис. 4

Песок машинного производства

Изображение в полный размер

  1. 5.

    Цемент

Обыкновенный портландцемент в мешках P·O 42,5 используется для производства цемента, и содержание его основных компонентов показано в таблице 1.

Таблица 1 Содержание основных компонентов обычного портландцемента в мешках

Полная таблица0086

  • 6.

    Водяной редуктор

    • Понизитель воды представляет собой высокоэффективный поликарбоксилатный понизитель воды (рис. 5). Водоуменьшающая скорость составляет около 20%. На этот раз порошок добавляется напрямую, а дозировка составляет 1,5% от количества вяжущего материала.

    Рис. 5

    Водоотталкивающий поликарбоксилат

    Изображение в натуральную величину

    2.2 Экспериментальный метод

    В этом эксперименте необходимо изучить влияние содержания угольной пустой породы, содержания песка в угольной пустой породе и соотношения воды и вяжущего на прочность бетона угольной пустой породы. Первоначально предлагается четыре уровня для каждого фактора. Если необходимо провести комплексный тест, необходимо выполнить 4 3  = 64 группы тестов. Каждая группа из трех образцов должна быть подготовлена ​​и поддерживаться для 192 образцов. Объем работы очень большой и его сложно выполнить в короткие сроки; Расстановка факторной воды методом ортогонального планирования эксперимента плоская. Ортогональный план эксперимента заключается в выборе некоторых репрезентативных точек из комплексного теста в соответствии с ортогональностью. Эти репрезентативные точки имеют характеристики «равномерно распределенной, аккуратной и сопоставимой» ортогональной таблицы, для завершения предварительного экспериментального плана можно организовать только 16 групп экспериментов.

    Для использования угольной пустой породы в большом количестве в бетоне соотношение угольной пустой породы и песка угольной пустой породы изначально планируется на четырех уровнях 70 ~ 100%, а соотношение вода-вяжущее составляет четыре уровня 0,35 ~ 0,50. Таблица уровней факторов показана в Таблице 3. Комбинация параметров плана испытаний была разработана в соответствии с методом ортогонального планирования эксперимента, а количество материалов в каждой группе было рассчитано в соответствии с испытательным блоком на сжатие размером 150 × 150 × 150 мм и каждой группой из 3 испытательных блоков. При расчете количества материала выбирается доля песка 35 % с учетом соответствующих технических условий [7], а плотность бетона рассчитывается из расчета 2300 кг/м 9 .0014 3 (табл. 2).

    Таблица 2 Уровневая таблица предварительных коэффициентов для бетона с угольной жилой

    Полная таблица

    Таблица 3 Комбинация параметров схемы испытаний и количество материалов в каждой группе мин, залейте бетон в форму для испытаний на сжатие размером 150 × 150 × 150 мм, поместите его в бетонный ящик для стандартного твердения на 7 дней и проверьте его прочность на сжатие [8]. Так как водопоглощение угольной пустой породы не учитывалось при предварительном испытательном соотношении смеси, текучесть отдельных групп бетона была плохой, а прочность не сформировалась после выдержки в течение 7 суток. Поэтому план испытаний был разработан заново по результатам предварительных испытаний. Ортогональная конструкция стола L9(3 4 ) использовалось для расчета экспериментального соотношения смеси. Доля угольной пустой породы составляла 80 ~ 100%, доля песка угольной пустой породы составляла 60 ~ 80%, а водовяжущее отношение составляло 0,40 ~ 0,60.

    Таблица 4 L9 (3 4 ) ортогональные уровни расчетных коэффициентов эксперимента

    Полноразмерная таблица

    3 Результаты и обсуждение

    Прочность на сжатие бетона с угольной пустой породой (7d) при соотношении компонентов двух ортогональных тестов была испытана соответственно.

    Согласно Таблице 7, диапазонный анализ прочности на сжатие бетона с угольной пустой породой с соотношением смеси первого ортогонального испытания показывает, что соотношение угольной пустой породы мало влияет на прочность, а наибольшее влияние оказывает соотношение вода-вяжущее, за которым следует соотношение угольной пустой породы и песка. Прочность на сжатие увеличивается с увеличением водовяжущего отношения и снижается с увеличением доли угольной пустой породы и угольной пустой породы песка (табл. 5 и 6).

    Таблица 5 L16 (4 5 ) Результаты испытаний на прочность при сжатии при ортогональном испытании

    Полноразмерная таблица

    Таблица 6 L9 (3 4 ) Результаты испытаний на прочность при сжатии при ортогональном испытании соотношения смесей

    Полноразмерная таблица

    Таблица 7 L16 (4 5 ) результаты анализа диапазона ортогонального теста

    Полная таблица

    В связи с тем, что прочность 11-й и 16-й групп первого теста соотношения компонентов смеси не была сформирована, в результаты этого теста были внесены некоторые ошибки; по этой причине исследовательская группа обобщила опыт, скорректировала уровень фактора и провела L9(3 4 ) ортогональный тест. План эксперимента, результаты испытаний показаны в таблице 7, а анализ диапазона представлен ниже (таблица 8): 7d) бетона с угольной пустой породой — это соотношение угольной пустой породы, затем следует соотношение угольной пустой породы и песка, а третье — соотношение воды и вяжущего. Для более наглядного представления результатов анализа диапазонов нарисуйте кривую с уровнем фактора по оси абсцисс и средним значением прочности на сжатие при каждом уровне фактора по оси ординаты (рис. 6).

    Рис. 6

    Анализ прочности на сжатие (7d) угольного бетона с уровнем коэффициентов

    Изображение полного размера

    Согласно результатам анализа расчетного диапазона испытаний L9 (3 4 ) ортогональных испытаний, прочность на сжатие (7d) угольнопесчаного бетона сначала увеличивается, а затем снижается с увеличением доли угольной пустой породы сначала снижается, затем увеличивается с увеличением доли угольной пустой породы песка и увеличивается с увеличением доли водного клея. Прирост коэффициента также сначала уменьшается, а затем увеличивается. В сочетании с результатами двух ортогональных испытаний по соотношению компонентов необходимо максимизировать количество угольной пустой породы, а не снижать прочность. Всесторонний анализ показывает, что оптимальное соотношение смеси составляет 90% крупного заполнителя использует угольную пустую породу и механизм угольной пустой породы. Количество песка может достигать 60% от доли песка, а отношение воды к вяжущему составляет 0,4.

    4 Заключение

    В условиях преобладания высокого содержания угольной пустой породы были предварительно рассчитаны доля угольной пустой породы, доля угольной пустой породы и песка и водовяжущее отношение, и использована ортогональная опытно-конструкторская таблица L16 (4 5 ) для составления соотношения испытательной смеси; коэффициент прочности на сжатие. Основываясь на результатах первого ортогонального испытания, учитывая сильное водопоглощение угольной пустой породы, отрегулируйте уровень трех вышеуказанных факторов для проведения второго ортогонального испытания, проектное соотношение смеси, установленное L9.(3 4 ) ортогональный стол, после 7 дней стандартного отверждения. Была испытана прочность на сжатие (7d) бетона с угольной пустой породой. Значимость уровня фактора была получена с помощью анализа диапазона.

    В сочетании с результатами двух ортогональных испытаний был сделан вывод, что оптимальное соотношение смеси крупногабаритного бетона с угольной пустой породой составляет 90 % угольной пустой породы, 60 % угольного пустого песка и 0,40 соотношения воды и вяжущего. В крупном природном щебне не следует использовать щебень со средним размером частиц больше, чем у угольной пустой породы, и следует использовать «рисовый камень» (щебень 0 ~ 5 мм), который может удерживать крупный заполнитель угольной пустой породы. Доля песка 35%, количество цемента на квадрат 350 кг. Прочность на сжатие (7d) пустого бетона при таком соотношении компонентов смеси может достигать более 10 МПа. Инновационные точки и перспективы применения.

    Ссылки

    1. Liu H, Chen F (2020) Анализ возможности использования угольной пустой породы в качестве заполнителя бетона. J Shaanxi Coal 39(2):60–63, 91

      Google Scholar

    2. Бай Г., Лю Х., Чжу К. и др. (2022) Экспериментальное исследование прочности на сжатие бетона угольной пустой породы из различных рудных источников в горнодобывающем районе Северного Шэньси. China Civ Eng J 1–11

      Google Scholar

    3. «>

      Чен В., Хуйци Л., Цюаньцюань Б. (2021 г.) Ход исследования производства песка из угольной пустой породы. J China Coal 47(7):68–76

      Google Scholar

    4. Su Y (2021) Экспериментальное исследование основных механических свойств железобетона. Сианьский университет архитектуры и технологии

      Google Scholar

    5. Chenchen W, Wangxuezhi HJ (2022) Обзор влияния повторного использования твердых промышленных отходов на прочность бетона на сжатие. Гидроресурс Цзилинь 1:10–16

      Google Scholar

    6. Bai G, Liu H, Liu H (2022) Физико-химические свойства угольной пустой породы и их влияние на прочность бетона. J Структура сборки 1–12

      Google Scholar

    7. Министерство строительства Китайской Народной Республики, Спецификация для расчета пропорции смеси обычного бетона (JGJ 55-2011) [S] (2011). Китайская строительная промышленность Press

      Google Scholar

    8. Министерство жилищного строительства и развития городских и сельских районов Китайской Народной Республики. Стандарт на методы испытаний физико-механических свойств бетона (GB/T 50081-2019) [S] (2020). Пресса строительной промышленности Китая

      Google Scholar

    Ссылки на скачивание

    Благодарности

    Авторы, желающие выразить благодарность коллегам за помощь или поддержку, специальную работу технического персонала или финансовую поддержку Научно-исследовательского фонда Чжэнчжоуского технологического университета (2019 г.)0243). При поддержке ключевых научно-исследовательских проектов колледжей и университетов провинции Хэнань (грант № 20A440012).

    Информация об авторе

    Авторы и организации

    1. Технологический университет Чжэнчжоу, Чжэнчжоу, Китай

      Ингран Лю, Цзянь Гун, Яфэн Чжан и Чжэвэй Сунь

      2. 90 013

      Четвертый геологический исследовательский институт Хэнаньского управления геологии и полезных ископаемых, Чжэнчжоу, Китай

      Ю Сунь

    Авторы

    1. Yingran Liu

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    2. Yu Sun

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    3. Jian Gong

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    4. Яфэн Чжан

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    5. Zhewei Sun

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    Автор, ответственный за переписку

    Ингран Лю.

    Информация для редактора

    Редакторы и филиалы

    1. Школа гражданского строительства, Чунцинский университет, Чунцин, Китай

      Yang Yang

    Права и разрешения

    Открытый доступ Эта глава лицензирована в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения.

    Изображения или другие сторонние материалы в этой главе включены в лицензию Creative Commons главы, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons главы, а предполагаемое использование вами не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от владельца авторских прав.