用铜渣作为细骨料 制成的高强混凝土的性能外文翻译资料

 2022-03-29 09:03

Performance of high strength concrete made with copper slag as a fine aggregate

Khalifa S. Al-Jabria,*, Makoto Hisadab, Abdullah H. Al-Saidya, S.K. Al-Oraimia

Article Info

Article history:

Received 11 November 2008

Received in revised form 6 December 2008

Accepted 9 December 2008

Available online 17 January 2009

Abstract

This research study was conducted to investigate the performance of high strength concrete (HSC) made with copper slag as a fine aggregate at constant workability and to study the effect of superplasticizer addition on the properties of HSC made with copper slag. Two series of concrete mixtures were prepared with different proportions of copper slag. The first series consisted of six concrete mixtures prepared with different proportions of copper slag at constant workability. The water content was adjusted in each mixture in order to achieve the same workability as that for the control mixture. Twelve concrete mixtures were prepared in the second series. Only the first mixture was prepared using superplasticizer whereas the other eleven mixtures were prepared without using superplasticizer and with different proportions of copper slag used as sand replacement. The results indicated that the water demand reduced by almost 22% at 100% copper slag replacement compared to the control mixture. The strength and durability of HSC were generally improved with the increase of copper slag content in the concrete mixture. However,the strength and durability characteristics of HSC were adversely affected by the absence of the superplasticizer from the concrete paste despite the improvement in the concrete strength with the increase of copper content. All concrete mixtures did not meet the strength and durability design requirements due to the segregation and dryness of the concrete paste. Therefore it can be concluded that the use of copper slag as sand substitution improves HSC strength and durability characteristics at same workability while superplasticizer is very important ingredient in HSC made with copper slag in order to provide good workability and better consistency for the concrete matrix.

2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Keywords:

High strength concrete ; Copper slag ; Waste material ; Industrial by-products Strength ; Durability

1.Introduction

Concrete is one of the major construction materials being used worldwide. Aggregate, besides cement and water, forms one of the main constituent materials of concrete since it occupies nearly 55%–80% of concrete volume. The aggregate types utilized are either coarse aggregates (with particle size more than 4.75 mm) or fine aggregates (with particle size less than 4.75 mm). Aggregates which are used in concrete are obtained either from natural sources or by crushing large size rocks. Coarse aggregates are bound with cement paste during the hydration process to form cement concrete whereas fine aggregates are utilized to fill the gaps between the coarse aggregate particles. The rapid increase in the natural aggregates consumption every year due to the increase in the construction industry worldwide means that the aggregate reserves are being depleted rapidly, particularly in some desert regions such as Arabian Gulf region[1]. It has been reported that, without proper alternative aggregates being utilized in the near future, the concrete industry globally will consume 8–12 billion tons annually of natural aggregates after the year 2010[2]. Such large consumption of natural aggregates will cause destruction of the environment. Therefore there is an urgent need to find and supply alternative substitutes for natural aggregates by exploring the possibility of utilization of industrial by-products and waste materials in making concrete. This will lead to sustainable concrete design and greener environment.

High strength concrete (HSC) is widely used in the construction of high-performance structures such as high rise reinforced and pre-stressed concrete buildings, long span concrete bridges, etc. Therefore, it should be designed to have higher workability, higher mechanical properties and greater durability than those of traditional concrete. The definition of HSC continues to change as advances in concrete technology make it easier to achieve increasingly higher strength and greater workability using conventional construction practices. In the last three decades, 42 MPa concrete was considered as being high strength whereas recently 60 MPa has been regarded as the lower boundary for HSC[3].However, at present, HSC with compressive strength of 100–130 MPa can be easily achieved[3]. In order to achieve HSC with good mechanical properties and durability, fly ash or/and silica fume that are considered as waste materials are used as one of the main ingredients. A review of the recent research showed that it is possible to utilize industrial by-products as well as other waste materials in the production of normal concrete[4–28]and HSC[1,29–41]when used as partial and/or full replacement of cement or/and aggregates or as admixtures. Also, it has been demonstrated that many of the produced concrete (either normal or HSC) made with wastes and industrial by-products possesses superior properties compared with the conventional concrete in terms of strength, performance and durability.

This paper presents the results from an experimental testing program conducted to investigate the performance of high strength concrete made with copper slag as a fine aggregate at constant workability. The effect of admixture addition on the properties of concrete mixtures made with different proportions of copper slag is also discussed.

Research objectives

The authors studied, in a previous research paper[42], the effect of copper slag substitutions as fine sand on the streng

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

用铜渣作为细骨料

制成的高强混凝土的性能

文章信息

文章历史

收到2008年11月11日

2008年12月6日以修订形式收到

2008年12月9日接受

2009年1月17日在线提供

摘要

本研究旨在研究铜渣作为细骨料在恒定可加工性下制成的高强混凝土（高强混凝土）的性能，并研究添加高效减水剂对铜渣高强混凝土性能的影响。用不同比例的铜渣制备了两系列混凝土混合物。第一个系列由六种混凝土混合物组成，其中不同比例的铜渣在恒定的可加工性下制备。为了达到与对照混合物相同的可加工性，在每种混合物中调节水含量。在第二系列中制备了12种混凝土混合物。仅使用高效减水剂制备第一种混合物，而其他11种混合物不使用高效减水剂并且使用不同比例的铜渣作为砂替代物来制备。结果表明，与对照混合物相比，100％铜渣替代物的用水需求减少了近22％。随着混凝土中铜渣含量的增加，高强混凝土的强度和耐久性普遍提高。然而，尽管混凝土强度随着铜含量的增加而提高，但高强混凝土的强度和耐久性特性受到混凝土浆料中高效减水剂不存在的不利影响。由于混凝土浆料的分离和干燥，所有混凝土混合物都不符合强度和耐久性设计要求。因此，可以得出结论，使用铜渣作为替代砂可以提高高强混凝土的强度和耐久性特性，同时加工性非常高，而高效减水剂是用铜渣制成的高强混凝土中非常重要的成分，以便为混凝土基体提供良好的可加工性和更好的一致性。

2008爱思唯尔有限公司保留所有权利。

关键词

高强混凝土 铜渣 废料 工业副产品强度 耐久性

1.介绍

混凝土是全球使用的主要建筑材料之一。除了水泥和水以外，骨料构成了混凝土的主要组成材料之一，因为它占据了混凝土体积的近55％-80％。所使用的骨料类型为粗骨料（粒径大于4.75mm）或细骨料（粒径小于4.75mm）。在混凝土中使用的骨料可以从天然来源获得，也可以通过粉碎大尺寸的岩石获得。粗骨料在水化过程中与水泥浆粘合形成水泥混凝土，而细骨料用于填充粗骨料颗粒之间的间隙。由于全球建筑业的增加，每年天然骨料消费量的迅速增加意味着总储量正在迅速减少，特别是在一些沙漠地区，如阿拉伯海湾地区[1]。据报道，如果在不久的将来没有使用适当的替代骨料，全球混凝土工业将在2010年以后每年消耗80-120亿吨天然骨料[2]。如此大量的天然骨料消耗将会破坏环境。因此，迫切需要通过探索工业副产品和废料在制造混凝土中的可能性来寻找和供应天然骨料的替代品。这将导致可持续的混凝土设计和更加绿色的环境。

高强混凝土（HSC）广泛用于建筑高性能结构，如高层钢筋混凝土和预应力混凝土建筑，大跨度混凝土桥梁等，因此应设计成比传统混凝土具有更高的可加工性，更高的力学性能和更大的耐久性。随着混凝土技术的进步，高强混凝土的定义不断变化，使用传统施工方法可以更容易地实现越来越高的强度和更好的可加工性。在过去的三十年中，42 MPa的混凝土被认为是高强度的，而最近60 MPa被认为是高强混凝土的下限[3]。然而，目前，抗压强度为100-130 MPa的高强混凝土很容易实现[3]。为了获得具有良好力学性能和耐久性的高强混凝土，将被认为是废料的粉煤灰和/或硅灰用作主要成分之一。最近研究的回顾表明，当用作部分和/或部分混凝土时，可以在普通混凝土[4-28]和高强混凝土 [1,29-41]的生产中使用工业副产品和其他废料完全替代水泥或/和集料或作为外加剂。此外，已经证明，与常规混凝土相比，用废物和工业副产品制造的许多生产的混凝土（普通或高强混凝土）在强度，性能和耐久性方面具有优异的性能。

本文介绍了一项实验测试程序的结果，该程序旨在研究铜渣作为细集料在恒定可加工性下制成的高强度混凝土的性能。还讨论了添加外加剂对用不同比例铜渣制成的混凝土混合物性能的影响。

研究目标

作者在之前的一篇研究论文[42]中研究了铜渣代替细沙对高强混凝土强度和耐久性的影响。制备具有不同比例铜渣（取代度从0％至100％）的混凝土混合物，并测试混凝土试件以评估在不同的养护龄期下生产的混凝土的性能。结果表明，由于铜渣吸水率低，玻璃质表面与砂相比，随着混凝土混合物中铜渣含量的增加，可加工性明显提高（图1），混凝土的抗压，抗拉和抗弯强度分别为可与对照混合物相比达到50％的铜渣替代率，但随着铜渣含量的进一步增加（如图1所示的抗压强度），其降低。这项研究扩展到研究铜渣添加作为细集料对恒定可加工性高强混凝土性能的影响。还考察了混合物对含铜渣高强混凝土性能的影响。

物料

3.1.水泥

本研究中使用的水泥是从阿曼水泥公司购买的普通硅酸盐水泥（OPC）。这种水泥是阿曼建筑业中使用最广泛的水泥。

3.2.细骨料

细沙（图2a）从Al-Khoudh地区附近的破碎机购买。 在沙上进行的级配试验表明，它符合混凝土砂的规格要求，如图3所示[42]。 此外，对沙子样品进行的物理性能测试表明，沙子的比重和吸水率分别为2.77％和1.36％。

3.3.铜渣

这项工作中使用的铜渣来自阿曼矿业公司，年产量平均为6万吨。图2b显示了在高强混凝土混合物中使用的铜渣。

OPC和铜渣的化学分析见表1.从表1中可以看出，游离石灰和复合石灰对OPC的化学组成有近63％的贡献，而铜渣的石灰含量非常低，约为6％。这表明铜渣不是化学反应性非常强的物质，因此可用作胶凝材料，因为必须有足量的石灰以达到所需的水化速率并达到所需的早期强度。另一方面，铜渣的浓度很高SiO2和Fe2O3与OPC相比。与ASTM C618-99 [42]的天然火山灰的化学成分相比，铜渣中三种氧化物（二氧化硅，氧化铝和氧化铁）的总和接近89％，其中超过70％个百分比的要求为N类原料和煅烧的天然火山灰。因此，铜渣预计将有很好的潜力来生产高品质的火山灰。

对三个铜渣和沙子样品进行的级配试验表明，铜渣和沙子都具有相同的粒度分布，如图3所示。然而，似乎沙子的细粒含量比铜渣高。

根据ASTM C128 [42]进行铜渣和砂的比重和吸水率测试。 表1中的结果表明，铜渣的比重为3.4，高于砂（2.77）和OPC（3.15）的比重，当用作替代砂时，可能导致高密度聚乙烯的生产。 另外，表1显示，测得铜渣的吸水率为0.17％，而沙子的吸水率为1.36％。这表明铜渣需要的水量比混凝土混合料中所需的水量少。 因此，预计随着铜渣含量增加，混凝土基体中的游离水含量将增加，从而导致混凝土的可加工性增加。

3.4.硅粉

供应用于生产高强度混凝土的硅粉，并以粉末形式（Elkem Emsac 500s）加入混合物中。

3.5.高效减水剂

为了改善高强度混凝土的可加工性，使用基于聚萘磺酸盐混合物（Conplast SP430）形式的高效减水剂。 这在溶液中具有40％的活性固体。

实验程序

4.1.混合设计和样品制备

表2给出了本研究选择的混合比例。恒定可加工性下制备了不同比例铜渣（即0％，30％，50％，70％，80％和100％）的混凝土混合物（表3）。 用100％沙子测量的对照混合物的坍落度为26mm。 如表3所示，调节每种混合物中的水含量以便可以获得与对照混合物相当的坍落度值。为了研究混合物对用铜渣制备的高强混凝土的性能的影响，制备了12种混凝土混合物，不同比例的铜渣如表4所示。两种对照混合物用高效减水剂（混合物＃1）制备，而另一种则不用高效减水剂（混合物＃2）。 但是，那剩余混合物（混合物＃3-＃12）不使用高效减水剂而制备。

成分分别在不同的桶中称重。 根据ASTM C192-98 [43]将材料在旋转盘中混合。 整体混合时间约为4分钟。 混合物用振动台压实。 确定新混凝土的坍落度以确保其在设计值内。 试件在24小时后脱模，在水中养护然后在所需的龄期和室温下进行测试。

为了确定无侧限抗压强度，对每种混合物浇铸九个立方体（150mmtimes;150mmtimes;150mm），在固化7,28和56或90天后测试三个样品。 为了确定混凝土的28天抗拉强度，为每种混合物准备了三个150mm直径times;300mm长的圆柱体。 另外，为了确定每种混合物的弯曲强度（断裂模量），在固化28天后铸造和测试三个100mmtimes;100mmtimes;500mm的棱镜。 为了评估使用初始表面吸收测试的高强混凝土的耐久性，在28天后制备并测试另外两个（150mmtimes;150mmtimes;150mm）立方体。

4.2.测试程序

固化后，对混凝土试件进行以下试验：

·根据BS 1881：第116部分[44]，使用2.5kN / s的加载速率进行7天和28天立方体抗压强度测试;

·根据ASTM C496-96 [45]，使用2kN / s的加载速率进行28天圆柱体拉伸（分裂）强度测试;

·根据ASTM C78-94 [46]进行28天弯曲强度试验，使用简单梁，第三点荷载，荷载率为0.2 kN / s;

·根据BS 1881：第208部分[47]，固化28天后，对两个样品进行初始表面吸收测试。

所有强度测试均使用DARTEC压缩机进行。

结果与讨论

5.1.高强混凝土用铜渣制成的性能不变

可加工性

通过测试使用不同比例的铜渣制备的混凝土试样，评估作为细砂的铜渣对恒定可加工性高强混凝土的性能的影响。以前的研究结果表明，随着铜渣含量的增加，铜渣制成的混凝土混合料的可加工性显著增加，这是由于其吸水率低和玻璃质表面与砂相比[42]。用不同比例的铜矿渣制备了六种混凝土混合物。对于每种混合物，调节水含量以达到与对照混合物相当的坍落度（即26mm）。这导致了水的需求减少，随着混凝土混合物中铜渣百分比的增加而达到与对照混合物相同的可加工性。结果如表3所示，并在图4中以图形方式显示。对于以恒定可加工性制备的混凝土混合物，图4表明，随着铜渣含量的增加，每种混合物的水需求量减少，因此导致恒定坍落度下高强混凝土的w / c比率下降。与100％含沙量的对比混合物（混合物＃1）相比，在100％铜渣更换时，所需水量减少约22％。这在节约用水量方面有很大的好处，尤其在干旱和沙漠地区，如水资源严重匮乏的阿曼。因此，W / C比降低到约0.27。

表5显示了在7,28和56天时所有混合物的立方体抗压强度以及28天养护下测试的高强混凝土的拉伸强度和弯曲强度。平均7天和28天的抗压强度也在图5中用图形表示。通常，随着混凝土混合物中铜渣量的增加，高强混凝土的抗压强度增加。混合物＃6（具有100％铜渣取代）产生最大28天抗压强度，其为107.4N / mm 2，而对照混合物的抗压强度为88.1N / mm 2。这表明，随着铜渣数量的增加混凝土中的含水量降低时，混凝土的坍落度保持不变，抗压强度几乎提高了22％。如图5所示，7天的抗压强度与28天的抗压强度具有相似的趋势。对于所有的混合物，28天的混凝土抗压强度的84％在养护7天后达到，这符合设计要求。这表明在相同的可加工性下加入铜渣对高强混凝土的早期强度没有不利影响。对于较长的养护时间（即56天），使用铜渣时没有观察到有害作用（即强度反转）。

弯曲和劈裂强度结果分别通过测试棱镜和圆柱来确定（表5）。 从表5可以看出，弯曲强度和抗拉强度的表现与抗压强度相似。 与对照混合物相比，在100％铜渣置换时高强混凝土的弯曲和抗拉强度的改善分别为约27％和19％。 劈裂几乎等于弯曲强度的40％。 对于高强度混凝土，这个数值是预期的。

有几篇文章报道，用铜渣细骨料和粗骨料制成的混凝土试件的抗压强度和抗拉强度几乎与普通混凝土相同，甚至远高于对照混合物[48-52]。 据观察，使用铜渣作为细骨料可以大大提高水泥砂浆的耐磨性[53]。 Hwang和Laiw [51]评估了含有不同水灰比的铜渣细骨料的砂浆和混凝土的抗压强度发展。 结果表明，含有大量铜渣砂的砂浆在w / c为0.48时具有较低的早期强度。 铜渣取代率为20-80％的混合物的强度高于对照样本。 Li [54]和Zong [55]也报道含有铜渣作为细骨料的混凝土表现出与含有常规砂和粗骨料相似的力学性能。

表5还表明，与对照混合物（混合物＃1）相比，用100％铜渣取代后，高强混凝土的密度增加了近8％。这一观察符合相似来自其他研究的观察[42]，这归因于铜渣的高比重。

高强混凝土的耐久性通过在养护28天后对150mm立方体样品进行初始表面吸收测试来评估。在10,30和60分钟测量表面流量（以ml / m 2计）。对于不同的高强混凝土混合物获得的结果显示在图2和3中。图6表明，所有混合物都表现出随时间推移降低表面吸水率的相似趋势。在最初的30分钟内，这种下降通常是快速的，之后下降到60分钟，所有混合物的流速值都在规定的范围内，在前10分钟内在0.05毫升/（平方米）和3.6毫升/（平方米）之间[47]。从图6中应该注意到，随着时间的推移，在所有混凝土混合物中这种下降并不显著。例如，对于混合物＃6（具有100％铜渣替换物），在10和60分钟时的测量流量分别为0.44ml /（m2s）和0.27ml /（m2s）。图7显示随着铜渣含量增加至铜渣替代量的50％，吸水率略微降低。除此之外，随着铜渣含量的增加，吸收量会稍微增加。对照混合物（混合物＃1）和混合物＃6（具有100％铜渣替代物）的表面吸水率在60分钟时分别与0.19ml /（m2s）和0.23ml /（m2s）的流量值相当。从上述讨论可以清楚地看出，在保持恒定的可加工性情况下，铜渣可作为砂的替代品来改善高强度混凝土的强

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[468829]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章