盐冻作用下再生混凝土力学性能及与钢筋黏结-滑移性能探讨范文

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论文字数:33856 论文编号:sb2021060413380135907 日期:2021-07-05 来源:硕博论文网
本文针对盐冻环境下钢筋与再生混凝土的黏结性能展开了初步的试验研究,由于试验涉及内容有限,所得结论具有一定的局限性,对于再生混凝土在盐冻环境下的推广应用还有大量工作需要更深入研究。

1 绪论

1.1 研究背景和意义
我国正处于新城建设和旧城改造拆除并举的阶段,对碎石和天然河砂的需求非常大,同时由于城市规划的需求,大量固有旧建筑被拆除,导致固体建筑垃圾占城市垃圾的比例逐渐增加[1]。
碎石和河砂的过度开采造成了水土流失和各种自然灾害,目前建筑用碎石和砂石的限制开采也制约了我国经济的发展,要求我们寻求一种高效节能、绿色环保的新型骨料。“十二五”规划要求大力推动发展绿色建筑产业,促进固废的资源化利用[2]。欧洲、日本等国家建筑废弃物资源化的处理技术已经十分成熟,利用率达到了 90%以上,相较于发达国家,我国的固废资源利用率还不到 4%[2]。
将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的再生骨料作为部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土,也称再生骨料混凝土[3]。再生混凝土技术的推广应用不仅满足国家发展要求,同时也减轻了生态环境的压力,解决了建筑固废的堆积的问题。
内蒙古地处北方严寒地区,结构长期处于荷载、严寒环境的冻害、盐离子腐蚀的物理化学作用等复杂环境下,在多种不利因素下的共同作用,钢筋与混凝土的黏结锚固作用势必会降低,最终导致混凝土结构的承载力下降,使得钢筋混凝土结构提早退出正常服役年限。
目前国内外学者对再生混凝土耐久性进行了许多研究,各国学者通过试验研究得出了许多的成果。不少学者对再生骨料进行了试验研究[4~5],也有不少学者对再生混凝土的基本力学性能进行试验研究[7~9],对于考虑盐冻循环作用下的研究也有不少[10~12],但是对于复杂环境下的再生混凝土与钢筋黏结性能试验研究较少[13~15]。本文根据内蒙地区的盐冻地区的实际情况,见图 1.1,开展盐冻后再生混凝土力学性能以及黏结-滑移性能试验研究,为内蒙古地区再生混凝土结构的推广应用,以及后期的检测加固和非线性有限元模拟提供部分可靠的理论依据。
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1.2 国内外再生混凝土研究现状
1.2.1 再生混凝土力学性能研究现状
牛海成等[16]、胡琼等[19]采用快冻法对再生混凝土进行了冻融循环试验,前者对比研究了粗细两种再生骨料的混凝土后得出:再生细骨料的吸水率的 4.8 倍,但是再生细骨料混凝土的承载能力要弱于粗骨料混凝土,对比分析了两种混凝土后,单从承载力的角度来看,骨料取代率不大于碎石的一半时,再生混凝土可用于寒冷区域;后者研究了应力应变全曲线,得出对峰值应变有影响的结论。王宇等[17]对再生混凝土进行试验研究认为改善再生集料的表面状况,从微观角度去分析能改善再生混凝土的性能。研究王娟[18]发现进行提前处理过的再生集料,如裹浆法处理后的再生集料在相同配合比下,强度并不低于普通混凝土,但遭受冻融作用后,再生混凝土的力学性能下降程度要更快。
Gokce[20]和 Kawamura[21]以及 Bogas 等[22]对认为再生混凝土的破坏首先出现在再生粗骨料的水泥砂浆上,再生混凝土遭受冻融破坏后,再生骨料上的裂缝逐渐向外延伸发展而导致试件破坏。Mohamed Arafa 等[23]以粗骨料取代率为研究变量发现:在经过 MgSO4溶液浸泡后,再生粗骨料的取代率对混凝土强度影响非常大。Dhir 等[24]、肖开涛[25]均通过试验得出,当 r(骨料取代率)≤50%时,抵抗 Na2SO4侵蚀的能力与普通混凝土不相伯仲,同时后者还对骨料进行处理,在试件中加入粉煤灰,发现也能有效的抵抗侵蚀。李秋义等[26]通过细微观分析研究了氯盐腐蚀后再生混凝土的 ITZ结构,得出氯盐侵蚀的时间越长,再生混凝土 ITZ 的显微硬度也就越低。
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2 试验概况

2.1 材料性能指标
再生粗骨料的原材料为包头市某建筑废弃混凝土板,按照规范[38]最终测得混凝土强度为 28.09MPa,如图 2.1,2.2 所示。经过机械破碎后按照国标[39]得到 5~31.5mm连续颗粒级配的再生粗骨料。最后参考国家标准[39]再结合表 2.2 的压碎指标得出再生粗骨料属Ⅱ类。
由表2.2可知,再生粗骨料的表观密度和堆积密度比天然骨料要低7.4%和19.3%;由于旧砂浆的包裹使得孔隙率更高,而老旧砂浆的大量吸水导致再生粗骨料的吸水率是天然碎石的 3.6 倍。
观察两种骨料压碎后的情形发现:再生粗骨料压碎后的形状主要是粉末居多,天然碎石的压碎情况主要是针片状居多,而再生骨料的压碎指标是碎石的 1.5 倍,分析原因是再生粗骨料的破坏主要是外面包裹的老旧砂浆由于强度过低而破压碎,所以破坏后余下的主要是粉末居多,而天然碎石是骨料被压碎。
表 2.1 再生粗骨料筛余百分比
表 2.1 再生粗骨料筛余百分比
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2.2 试验的配合比设计
参考文献[40]和[41]在制备再生混凝土时加入附加水,使得再生骨料吸水饱和,结合 2.1 节再生再生粗骨料的材性指标,以及规范[42]对抗冻混凝土的要求,多次试配后确定外加剂的掺量为 1%,最后确定配合比和 28d 立方体抗压强度如表 2.6 所示。
表 2.6 混凝土配合比及立方体抗压强度
表 2.6 混凝土配合比及立方体抗压强度
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3 盐冻循环后再生混凝土力学性能试验研究.........................13
3.1 试验现象.....................................13
3.2 试验结果及分析......................................15
4 盐冻循环后再生混凝土与钢筋黏结-滑移性能试验研究 ....................................22
4.1 加载与测量.................................22
4.2 试验结果及分析................................22
5 盐冻循环后钢筋与再生混凝土的本构模型...........................44
5.1 平均黏结-滑移曲线关系 ......................................44
5.2 相对黏结力沿锚固位置的分布函数...............................48

5 盐冻循环后钢筋与再生混凝土的本构模型

5.1 平均黏结-滑移曲线关系
图 5.1 平均黏结-滑移曲线
图 5.1 平均黏结-滑移曲线
由图 5.1,对比再生组或者是普通组试件的 -s 曲线,发现由于所有试件均配置有满足最小配箍率 min的箍筋,因此两类混凝土 -s 曲线有相同的变化趋势,曲线在加荷初期,出现线性上升,但是线性上升的区段十分微小,随后,外荷载逐渐加大,曲线斜率变小,钢筋的滑移量 s 增大,曲线出现非线性的上升变化,外荷载达到某一极值后荷载减小,黏结力下降,但滑移量还在持续加大,当拉拔荷载恒定在某一值的时候滑移量呈现水平线性增加。根据图 5.1 的 -s 曲线可以看出, 曲线的残余段滑移量绝大部分都集中在 7~10mm 范围内,本试验将残余段的滑移量rs 取值定为 9mm。
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6 结论与展望

6.1 结论
本文通过对再生混凝土试件进行盐冻循环试验,研究盐冻循环作用下再生混凝土的力学性能及与钢筋的黏结性能研究。主要得出以下结论:
(1)随着强度等级的提高,再生混凝土的抗盐冻性能更好。普通混凝土抗盐冻性能要优于再生混凝土。相较于盐冻循环次数为 0 时的试件,RC20 组试件损失率达到了 38.43%,RC30 组试件损失率为 29.75%,而 RC40 组试件仅为 8.01%;90 次盐冻循环后,普通组 C30 试件的相对相对动弹性模量损失率达到了 20.1%,再生组 RC30试件损失率为 29.75%,比普通组要高 9.65%。
(2)通过对盐冻环境下普通混凝土试件及不同强度的再生混凝土试件进行劈裂抗拉试验,试验结果表明:随着再生混凝土强度的增加,劈裂抗拉强度随盐冻循环作用下降的程度越低。盐冻下普通混凝土劈裂抗拉强度降低程度要小于再生混凝土,通过试验数据修正了再生混凝土劈裂抗拉与抗压强度的关系式,并加以验证,验证数据均能较好的分布在曲线两侧。
(3)通过中心拔出试验,研究不同 盐冻循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度、钢筋直径,锚固长度、盐冻类型对钢筋与再生混凝土黏结性能的影响。再生混凝土试件的黏结性较普通混凝土试件要差;随着锚固长度的增加曲线斜率先增大,最后趋于平缓,说明锚固长度在 3d~5d 区段时,增加锚固长度对黏结性能影响较大,当锚固长度在 5d~8d 区段时,试验曲线趋于平缓,接近一条水平线,说明锚固长度对黏结性能的影响降低了;钢筋直径越大,极限拉拔荷载越大,黏结性能越好;前 30次盐冻循环,氯盐冻融循环对黏结性能的影响要大于硫酸盐冻融组,60 次盐冻循环后,硫酸盐冻融循环作用对黏结性能破坏更大。
(4 )通过钢筋内贴片的方法获得了微端锚固区段内的钢筋应变量,再根据混凝土应变结合公式算得两者的相对滑移值,最后引入黏结力分布位置函数,建立了盐冻环境下考虑位置函数的三段式黏结滑移本构模型。以期为后期再生混凝土的检测加固和非线性有限元模拟提供部分可靠的理论依据。 
参考文献(略)

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