黄瑶
桂林理工大学博文管理学院
基于劈拉强度的纤维再生混凝土损伤分析
黄瑶
桂林理工大学博文管理学院
混凝土内部结构的损伤程度可以通过测试混凝土结构的劈拉强度损失值来表示,为了研究受荷对混凝土劈拉强度的影响,对历经了0%、40%、60%和80%极限抗压强度荷载历史后的素混凝土、再生混凝土、聚丙烯纤维再生混凝土进行了劈裂抗拉试验。试验结果表明,荷载历史作用下随着应力水平增长,混凝土内部损伤不断积累,极限劈拉强度值降低;用劈拉强度损伤变量反应纤维加入减缓损伤的演变规律,在相同应力水平作用是,聚丙烯纤维再生混凝土抵抗损伤的能力略优于再生混凝土,弥补再生骨料的缺陷,提高了劈拉强度。
再生混凝土;聚丙烯纤维再生混凝土;应力水平;劈拉强度;损伤
再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,简称RAC):是指将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例与级配混合形成再生骨料(Recycled Aggregate),部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的混凝土[1]。其中聚丙烯纤维再生混凝土中乱向分布的短纤维主要的作用在阻碍混凝土内部微裂纹的扩展和阻滞混凝土宏观裂缝的发生和发展,纤维掺入再生混凝土的裂后性能明显提高,对其力学性能抗拉、抗压强度等起到改善作用。本文针对聚丙烯纤维再生混凝土进行试验,探讨聚丙烯纤维再生混凝土在荷载历史作用后的立方体抗压强度、劈拉强度的影响。通过分析试件破坏机理,更全面了解聚丙烯纤维再生混凝土的性能助于实际工程应用。
水泥:桂林兴安“海螺”牌P.O42.5普通硅酸盐水泥;水:普通生活用水;天然骨料:天然细骨料为中砂,天然粗骨料为普通碎石其直径为5mm~20mm;再生骨料:废弃混凝土试验梁原始设计强度等级为C30,龄期为1年~2年,通过人工破碎加工,去除其试验梁的残留杂物后,选取再生骨料粒径范围为5mm~20mm作为再生混凝土粗骨料。聚丙烯纤维:由长沙市博赛特建筑工程材料有限公司提供,其力学性能指标见表1。
表1 聚丙烯纤维的基本物理力学性能指标
试件采用150mm×150mm×150mm标准混凝土立方体抗压试块,试件浇筑24h后脱模,在湿砂养护28d,每天洒水保持砂子湿度。整个试验过程严格参照混凝土试验方法进行。
本实验配置混凝土为C30强度等级试样,Y-1代表素混凝土,Y-2代表掺加30%再生骨料混凝土,Y-3代表掺加30%再生骨料、0.9 kg/m3聚丙烯的聚丙烯纤维再生混凝土,基准配合比见表2。
表2 混凝土配合比
抗压、劈拉试验中,选取三种样品配比的混凝土立方体试块按照国家试验标准先施加单轴荷载测定试块的极限荷载fcu和劈拉强度fts。然后分别对三种样品配比试块的竖直方向预先施加单轴荷载,施荷值分别为40%、60%、80%的极限荷载值;持压15min后卸载,对试块进行换面后再测定试件的极限劈拉强度值。
(1)三种试件都是随着加荷后,试件内部损伤都不断积累,导致混凝土极限劈拉强度降低了。当预加应力水平小于0.6时,预加荷载所造成试件内部受损程度较小,裂纹发展速度缓慢变化不够明显;当预加应力水平超过0.6时,试件裂纹数量显著增加,若继续加压后,则宏观裂缝不断形成,导致构件破坏。
(2)在相同荷载历史作用条件下,预加0.4应力水平作用时三种试件测试的损伤数值相近;随着应力水平从0.4增长到0.6时,在荷载不断增长损伤的积累达到不可恢复状态,构件承载能力明显下降。0.6预加应力水平作用时,Y-2与Y-1比较其损伤值属于增长态势,Y-3与Y-2比较其损伤值有减缓,而Y-3与Y-1增长态势相似基本持平;当应力水平超过0.6时,聚丙烯纤维加入再生混凝土中使得损伤程度得到减缓,极限劈拉强度值接近素混凝土的极限劈拉强度值。
(1)混凝土承受单轴受压不同荷载历史作用后的测定试件极限劈拉强度值,根据应力水平增加,极限劈拉强度成一定规律降低。利用极限劈拉强度的损伤值Dts来定义混凝土内部的损伤程度是可行的。
(2)素混凝土、再生混凝土以及聚丙烯纤维再生混凝土在荷载历史影响下,随着应力水平的增加,历史受荷越大,损伤值越大。损伤程度可在试件极限劈拉强度中体现。
(3)纤维加入在预加高应力水平作用下起到增韧和抵抗损伤的能力的效果。
[1]肖建庄.再生混凝土材料与结构研究新进展[J].世界科学,2006(12):29~31.
[2]柴振岭,王全风,施养杭.混凝土力学的研究现状与发展[J].建筑材料,2005(35):641~644.
广西高等学校特色专业及课程一体化建设项目--土木工程,(项目编号GXTSZY232);2016年自治区级大学生创新创业训练计划立项项目,项目编号(201613645016)