摘要：为了优化混凝性能，降低水泥行业的能耗，试图用部分秸秆灰代替水泥来制备混凝土。本文通过实验研究了菜籽灰分混凝土的抗拉和抗压性能。得到了秸秆灰质量分数和水胶比对秸秆灰混凝土抗拉性能的影响。例如，当秸秆灰质量分数增加时，混凝土的拉伸和压缩性能得到改善。处于下降趋势；当水胶比过大时，混凝土的机械性能急剧下降。同时，提出了秸秆灰混凝土的拉伸性能与抗压性能之间的线性函数关系及混凝土轴压强度的计算公式，并与其他混凝土抗压强度公式进行了比较。利用小波神经网络预测方法，引入随机函数，训练实验数据采样，然后预测数据并与实验数据进行比较，计算误差，并用预测数据验证本文提出的拉伸压力公式。最终试验结果表明，当秸秆灰置换用量为10％时，秸秆灰混凝土的劈裂强度下降25％，抗压强度下降8％；当替代剂量为20％时，抗压强度下降31％。
关键词：秸秆；混凝土；力学性能；神经网络；油菜秸秆；秸秆灰混凝土；小波神经网络
1 材料与方法
1.1 材料
油菜秸秆自湖南农业大学梨园基地。该品种为湘子杂油1613.收获后将其过筛并洗涤数次以除去秸秆中的糖。在马弗炉中在500℃下煅烧5小时后，获得灰样品。将原始灰样品研磨并筛分以获得稻草灰。水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥；沙子由浏阳河天然河沙组成，连续分级，细度模数为2.8；粗骨料为天然卵石，连续分级，石粒度范围为5?20毫米。
1.2测试方法
本文以秸秆灰含量和水灰比为影响因素，研究秸秆灰混凝土对拉伸和压缩性能的影响。测试分为两组。第一组试验确定混凝土水灰比为0.5，砂率为0.32。设计分别为0，2.5％，5％，7.5％，10％，12.5％，15％和17.5％。％，22.5％，25％等11组秸秆灰质量分数等量替代水泥制备混凝土试件，并对混凝土进行拉伸试验。第二组实验确定秸秆灰的质量分数为20％。五个水灰比例如0.4，0.45，0.5，0.55和0.6被用作影响因素。制作混凝土试样并进行拉伸强度试验。混凝土试模由150mm×150mm×150mm立方体钢模制成。每组混合比例用于制作12个混凝土样本。试验初期的抗压强度和劈裂抗拉强度固化7天，最终抗压强度测试28天。并分裂拉伸强度，试验结果取试件的加权平均值。混凝土配合比基于“普通混凝土配合比设计技术规范”（JGJ55-2011）。劈裂抗拉强度和抗压强度试验根据“普通混凝土机械性能的机械性能测量标准”（GB / T 50081-2002）进行测试。
1.3 模型误差评价
误差平方和（SSE），确定系数（R-平方），确定的调整系数（调整的确定系数，调整的R-平方）和均方根误差（均方根误差，RMSE）分析。论文提出了模型的准确性。
2结果与分析
2.1混凝土强度
在测试过程中，当载荷超过临界点时，测试件可能会继续处于压力下维修。但当时间超过一定时限时，试件脆化，混凝土和骨料迅速剥落，形成破碎失败；损伤主要基于贯穿裂纹的脆性破坏。当载荷超过试件的临界点时，裂缝会渗入混凝土试件并造成损坏。随着秸秆灰量的不断增加，混凝土的表观密度逐渐减小。原因是秸秆灰中的游离无定形二氧化硅与水泥水化产物Ca（OH）2反应生成水合硅酸钙，增加了混凝土中的凝胶量，同时由于灰分的细度研磨后小，有利于促进水化反应，填充混凝土中的细孔；然而，低温焚烧所得的秸秆灰含有一定的生物学杂质，并且水合反应的效果是秸秆灰在水凝胶的产量方面不如水泥熟料。当替代率持续增加时，意味着水泥的量不断减少，并且形成的水凝胶的量减少。随着质量下降，表观密度呈下降趋势。
对于秸秆灰，随着秸秆灰含量的增加，混凝土7天和28天的抗拉强度和抗压强度呈下降趋势。其中，第28天混凝土裂缝的抗拉强度急剧下降。例如，当秸秆灰质量分数为10％时，基准试样的强度比28天降低了25％；当秸秆灰质量分数大于20％时与28d基准试样的拉伸强度相比，下降率达到45％。由于混凝土本身抗拉强度较低，因此很容易造成数据比较的显着变化。另一方面，表明添加秸秆灰对混凝土的劈裂抗拉强度没有增益作用，因此抗拉强度大幅下降。混凝土抗压强度，其中当置换率小于15％时，对混凝土的抗压强度影响不大，如2.5％，5％，7.5％和10％比例的混凝土试件，与参考样品。最终的实力只下降了1％，4％，6％和8％。另外，当比例超过20％时，混凝土强度在28天内大大降低。如果灰分含量为25％，则混凝土强度下降。31％。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从养护年龄的影响来看，发现秸秆灰混凝土的抗拉强度在养护期间增加缓慢，通过比较7天和28天的抗拉强度和抗压强度。通过分析，第一个原因是秸秆灰具有细度大，比表面积大，与水和水泥浆的接触面积较大，以及定量的游离SiO2，具有一定的水合活性，可加速水合反应。虽然这项活动有一定的局限性，但它可以作为增加凝胶强度的有益补充。其次，当比例过大时，混凝土强度下降更明显。这是因为植物秸秆中含有大量纤维素和糖，混凝土已经固化。在此过程中，秸秆糖容易在封闭的环境中沉淀，并吸附在水泥水合物表面，抑制水泥体结块，使水泥水系自由混凝土坩埚减少，造成阻滞，从而影响混凝土强度。
在水胶比方面，当水胶比为0.4时，混凝土的抗拉强度和抗压强度均较低。这是因为吸管纤维的内部细胞壁中有许多孔。低温焚烧处理后，分子间孔隙角依然存在，导致秸秆灰吸水率较高。因此，在混凝土试验过程中应选择较大的水胶比。由于缺水而容易引起水泥浆的水合反应。因此，当水胶比为0.5时，混凝土强度处于最高水平。当水胶比为0.6时，由于加入过量的水，混凝土性能差，抗拉强度和抗压强度最差。因此，确定秸秆灰混凝土的最佳水胶比范围应为0.45-0.55。
2.2张力与压力的关系
拉压比是混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度之比，是混凝土脆性的主要指标。根据有关资料，普通混凝土的拉压比为0.058?0.125，高强混凝土的拉压比为0.042?0.050。计算28天的秸秆灰混凝土的拉压比。当秸秆灰质量分数为25％时，张力与压力之比仅为0.078。同时，可以看出，随着秸秆灰量的增加，混凝土的张力与压力之比趋于下降。当秸秆灰质量分数为25％时，拉压参考试样减少37％，属于混凝土的拉压比。在最低水平，混凝土与水压力的比率稳定在0.086附近。在研究混凝土的拉压比之间的关系时，国内外许多学者做了大量的研究工作，并基于大量的实验数据提出了各种分析模型。
例如，美国混凝土协会推荐的高强混凝土拉伸与压缩关系式；同济大学袁基所使用的再生混凝土的拉压方程式；以及王德辉等人推导混凝土的张力与压力的关系。本文根据秸秆灰混凝土的试验数据，采用最小二乘法拟合，确定了抗拉强度与抗压强度的关系，并对秸秆灰混凝土与国内外预测模型进行了预测比较以验证本文提出关系式的正确性。
2.3 轴心抗压强度
到目前为止，由于秸秆灰混凝土的清洁性和可回收性，专家们关注秸秆灰混凝土的特性，并对其力学性能进行了大量的实验，取得了一些研究成果。就轴向抗压强度而言，结果仍处于总结各自实验结果的阶段。所提出的模型仅适用于特定的条件，才能进行正确的预测和分析。这不仅混淆了秸秆灰混凝土性能的概念，而且也给理论计算带来困难。为了便于理论计算秸秆灰混凝土，本文对国内灰渣混凝土力学性能的实验数据进行了整理。在此基础上，提出了混凝土轴压强度的统一计算公式。
结论
1）通过对秸秆灰混凝土力学性能的试验研究，结果表明，当秸秆灰质量分数为10％时，基准试件混凝土的抗拉强度与28天相比降低了25％，压缩强度只会下降。8％；当灰含量为20％时，抗压强度仅下降31％。同时，当水胶比为0.5时，秸秆灰混凝土的强度最好；混凝土的最佳水 - 塑比范围是0.45-0.55。
2）分析了秸秆灰混凝土试验数据，提出了张力与压力的关系，并与国内外混凝土张拉压力模型进行了比较，验证了该公式的准确性；并综合近年来秸秆灰混凝土的文献资料。二次分析提出了秸秆粉煤灰混凝土轴心抗压强度的计算公式，验证结果较好。
3）用小波神经网络方法预测秸秆 - 灰分混凝土的抗拉和抗压性能。结果表明，神经网络的预测精度较高。预测结果用于验证本文提出的张力 - 压力关系。结果表明该公式能很好地描述小波神经网络预测数据。
参考文献
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论文作者:郭立鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/5
标签：混凝土论文; 秸秆论文; 抗压强度论文; 抗拉强度论文; 强度论文; 神经网络论文; 水泥论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;