再生混凝土受拉性能试验研究

再生混凝土受拉性能试验研究

近年来，随着中国电子商务的发展，环境问题日益突出。因此，废弃混凝土的处理和再生混凝土技术已成为中国土木工程领域的研究热点。国内外科学家大多专注于研究再生混凝土的抗压性，但对实际应用混凝土的抗压性性能研究较少。如抗张力损失和峰值拉变形等。众所周知，混凝土的拉张性能不仅影响混凝土组件的正常使用极限，而且影响其载载能力的边界。在这项工作中，我们通过直接纵向试验，重点研究了具有约束力的混凝土构件的性能。等待混凝土。1试验设计1.1混凝土配合比设计再生粗骨料由上海某机场跑道废弃混凝土加工而成,其主要性能指标详见表1.天然粗骨料采用天然碎石,水泥采用海螺牌32.5R普通硅酸盐水泥,砂为普通天然河砂,水为上海市自来水.混凝土配合比如表2所示,该配合比设计是在普通混凝土配合比设计方法的基础上,考虑再生粗骨料具有较高吸水率之后确定的.其中,拌和水与水泥用量之比称为有效水灰比,用mw/mc表示;再生粗骨料取代率(r)是指再生粗骨料质量与混凝土中全部粗骨料质量的比值.1.2试验结果试件尺寸为100mm×100mm×400mm,见图1.将试件分为5组,编号分别为T0,T30,T50,T70和T100,分别表示再生粗骨料取代率(r)为0,30%,50%,70%和100%;每组3个试件,试验结果取为3个试件实测值的平均值.在试件制作过程中,对钢筋的对中要求十分严格,为确保预埋钢筋与试件轴线同心,特别注意了以下几点:(1)模具两端各增加1块端板,且端板中心各预留与钢筋外径相同的4个孔洞,以便牢固固定钢筋位置,具体见图2;(2)模具由较厚的优质木材制成,具有足够的刚度保证浇捣试件时其变形在允许范围内;(3)由人工小心地沿钢筋周边振捣混凝土,以免扰动钢筋位置.试验表明上述措施是可靠的.试件均在自然条件下(22～30℃,相对湿度约60%～70%)养护.1.3加载速率及加载速率采用济南试验机厂生产的WE30型材料试验机对试件加载,加载量程为60kN,加载示意图见图3.试验开始前以5kN的荷载预拉试件,以观测试件两侧相对变形值ε1和ε2,计算e=∣∣ε1−ε2ε1+ε2∣∣e=|ε1-ε2ε1+ε2|,通过调整试块位置或重新夹持试件,使e<15%.正式加载时的加载速率为0.3MPa/min.由于本文采用内埋式传力方式,因此在混凝土与钢筋交接处不可避免地存在着应力集中现象.根据文献可知,混凝土中应力集中影响范围仅限于交接处较小长度,试件中间部位还是均匀受拉.为最大限度地消除应力集中对试验结果的影响,在试件两侧面中部布置标距为80mm的混凝土应变片,同时还在两钢筋拉杆间布置两个高精度位移计,以便从平均意义上测量混凝土轴向受拉变形.试验过程中所有数据均由计算机自动采集.2试验结果与分析2.1再生混凝土试件断裂面再生混凝土受拉受力过程与普通混凝土比较接近,破坏前均无明显迹象,临近断裂时,可以听到混凝土试件内部发出的轻微响声.从破坏形态来看,破坏面基本为平面,试件断裂位置均在位移计和应变片量测范围内,且大部分位于试件竖向的中部位置,参见图4.对比再生混凝土与普通混凝土试件断裂面可以看出,两者断裂位置基本都在水泥砂浆薄弱部位即水泥砂浆与骨料接合处;但再生混凝土试件有少量再生粗骨料沿破坏面拉伸断裂,这可能与再生粗骨料压碎值较大、抗压强度较低等因素有关,而普通混凝土未发现粗骨料断裂现象.将主要试验结果汇总于表3.由表3可以看出,再生混凝土的立方体抗压强度总体上随再生粗骨料取代率的提高而逐渐降低.2.2抗压强度及取代率与再生粗骨料抗压强度的关系由表3可见,再生混凝土的抗拉强度随再生粗骨料取代率的增加而减小,当再生粗骨料的取代率为100%时,其抗拉强度减小31%.抗拉强度降低的原因可能是再生混凝土内再生粗骨料与水泥石之间界面结合较弱等造成的,值得今后从微观角度进一步研究.参照文献,本文建议再生混凝土的抗拉强度(frttr)与再生混凝土的立方体抗压强度(frcucur)及再生粗骨料取代率(r)之间的关系为frt=(ar+0.24)(frcu)23(1)ftr=(ar+0.24)(fcur)23(1)通过试验数据的统计回归,得到a=-0.06(R=0.98).2.3再生混凝土变形能力与强度的关系由表3可以看出,再生混凝土的峰值拉应变较普通混凝土略微增加.当再生粗骨料的取代率为50%时,再生混凝土的峰值拉应变较普通混凝土增加7%,说明再生混凝土的变形能力较普通混凝土略好.参照文献,取再生混凝土的峰值拉应变(εrttr)与其抗拉强度(frttr)及再生粗骨料取代率(r)之间的关系为εrt=(55+br)(frt)0.54×10−6(2)εtr=(55+br)(ftr)0.54×10-6(2)通过试验数据的统计回归,得到b=14(R=0.94).2.4再生混凝土原位切线模量与再生粗骨料取代率之间的关系由表3还可以看出,再生混凝土的弹性模量较普通混凝土低,且随再生粗骨料取代率的增加而逐渐降低,当再生粗骨料的取代率为100%时,再生混凝土的原点切线模量较普通混凝土降低29%.再生混凝土弹性模量较低的主要原因是由于再生粗骨料的弹性模量较低.参照文献,假设再生混凝土的原点切线模量(Erttr)与再生粗骨料取代率(r)之间的关系如下Ert=105/(cr+2.2+34.7frcu)(3)Etr=105/(cr+2.2+34.7fcur)(3)通过试验数据的统计回归,得到c=0.75(R=0.92).3再生粗骨料取代率中的曲线方程图5给出了本次试验测得的5组再生混凝土试件的单轴受拉应力-应变上升段曲线.由图可见,再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变上升段曲线形状影响不大,但对曲线的斜率影响较明显,再生粗骨料的取代率越大,曲线斜率越小,表明此时再生混凝土的弹性模量越小.目前有关普通混凝土的受拉本构方程形式很多,本文将在文献提出的适合普通混凝土的受拉本构方程基础上,通过对再生混凝土试验数据的拟合来获得修正参数.取x=ε/εrt,y=σ/frt,则任意再生粗骨料取代率下再生混凝土受拉本构上升段曲线方程为y=dx−(d−1)x6(4)y=dx-(d-1)x6(4)式(4)中的参数d为无量纲曲线初始切线的斜率,也就是再生混凝土原点切线模量与峰值点割线模量的比值,d值越大,说明混凝土的刚度在受拉过程中降低越快.在本文的试验条件下,d的回归取值见表4.将表4中的参数d代入式(4),可以得到再生混凝土单轴受拉本构上升段曲线方程,按该方程计算得到的曲线与实测曲线的对比如图6所示.由图6可见,计算曲线与实测曲线二者吻合良好.因此由式(4)所描述的曲线方程可以作为再生混凝土单轴受拉本构上升段的模型,用于再生混凝土结构和构件的非线性分析.4再生粗骨料水灰比与自身应力的关系1.再生混凝土单轴受拉过程与普通混凝土相似,破坏前均经历了弹性阶段和非弹性阶段.2.再生混凝土的抗拉强度较普通混凝土低,而峰值拉应变较普通混凝土略高.3.再生混凝土原点切线模量较