经历荷载历史后的混凝土动态抗压试验.pdf

刘俊飞等 ： 经历荷载历史后 的混凝土动态抗压试验 经历荷载历史后的混凝土动态抗压试验 刘俊飞 ， 田汉儒 ， 孙吉书 ( 1 河北工业大学土木工程学院， 天津3 0 0 4 0 1 ； 2 长安大学建筑 I- 程学院 西安7 1 0 0 6 1 ) 【 摘要】 为了研究荷载历史对混凝土动态抗压特性的影响， 应用 M T S 试验机对经历了 3 0 极限抗压强度 荷载历史后的 C 3 0混凝土试件进行了应变速率为 1 1 0 s11 0I 2 s 的单轴动态抗压试验。试验结果表明： 经历荷载历史后 ， 混凝土的动态抗压特性发生了一定程度的变化； 与直接加载相比， 经历荷载历史后的混凝土平 均极限抗压强度、 弹性模量降低了， 峰值应变没有明显变化； 抗压强度、 弹性模量随着应变速率的增大而增大 ， 峰 值应变正好相反。 【 关键词】 荷载历史； 混凝土； 应变速率； 抗压特性； 试验研究 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 0 1 0 3 EXP ER ENT AL S TUDY ON DYNAM I C COM P RES S I VE PROP ERT皿 S oF CoNCRET E E XPER NCED LoADI NG m S ToRY L I U J u n f e i ， T I AN Ha n I L l ，S UN J i s h u ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i ， H e b e i U n i v o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i C h a n g a n U n i v ， X i a n 7 1 0 0 6 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e i mp a c t o f the l o a d i n g h i s t o r y o f d y n a mi c c o mp r e s s i v e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ， c o m p r e s s i v e e x p e ri me n t s o f c o n c r e t e s p e c i m e n s ( C 3 0 )e x p e ri e n c e d a 3 0 u l t i m a t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h l o a d i n g h i s t o ry a r e c a r r i e d o u t o n MT S， w i t h the u n i a x i a l s t r a i n r a t e r a n g i n g f r o m 1 0一 s t o l 0 s T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t a ft e r t h e l o a d i n g h i s t o r ythe d y n a mi c c o mp r e s s i v e p r o p e rt i e s o f c o n - c r e t e h a s a c e rt a i n d e g r e e o f c h a n g e ；c o mp a r e d wi th t h e d i r e c t l o a d，t h e a v e r a g e u l t i ma t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s o f c o n c r e t e wo u l d d e c r e a s e a f t e r t h e l o a d i n g h i s t o r y， b u t the p e a k s tr a i n d i d n o t c h a n g e s i g n i fi c a n t l y； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s wo u l d i n c r e a s e w i th the s t r a i n r a t e i n c r e a s i n g ， b u t t h e p e a k s t r a i n i s j u s t t h e o p p o s i t e Ke y wo r d s ： l o a d i n g h i s t o ry ；c o n c r e t e ；s t r a i n r a t e ；c o mp r e s s i v e p r o p e rt i e s ；e x p e ri me n t a l s t u d y O 引言 混凝 土材 料是 世界 上 最广 泛应 用 也是 最重 要 的 建筑材料之一， 混凝土结构已经遍布各种工程领域， 涉及建筑、 国防、 水利、 道路等各种领域。混凝土结构 在其工作的过程中， 除受静荷载作用外， 大部分还要 承受动荷载的作用。混凝 土结构在工作过程中都会 承受各种动态荷载的作用” ， 例如地震荷载、 风荷载 对建筑、 桥梁的作用， 海浪对大坝的冲击等都会使混 凝土承受比静态荷载大得多的变形， 并且表现出与静 态荷载作用有很大差异的力学特性。混凝土的动态 力学特性对结构的安全性和可靠性起着决定性的作 用 ， 往往成为结构设计过程 中的关键性 因素。因 此 ， 对混凝土的动态力 学特性的研究十分重要 。 近年来， 对混凝土动态力学特性的研究也取得了 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 8 7 8 0 7 3 ) 一 些重要 成果。Wa t s t e i n 研究 了静态抗 压强度为 1 7 4 MP a 和4 5 1 MP a 的两种素混凝土试件 ， 应变率从 1 X 1 0 一 s l O s 的单轴抗压试验 ， 结果动态抗压强度 分别提高 8 4 和 8 5 ， 弹性模量和吸能能力也有所提 高。肖诗云 等对边长为 l O O m m强度等级为 C 2 5的 混凝土立方体试块进行 了应变率从 1 X 1 0 。 。 s 一1 x l 0 s 的动态压缩试验， 得出了： 平均抗压强度、 初始 弹性模量随着应变率的增大而增加， 泊松 比随着应变 率的增大没有明显改变的结论。董毓利 、 C o w e l l 、 B i s c h o ff 分别在试验和试验结果分析的基础上得出 了混凝 土 动 态 抗 压 强 度 随 应 变 率 的增 大 而 增 加 的 结论 。 同时， 混凝土是脆性复合材料， 内部缺陷在荷载 作用下发展和扩大， 因而经历荷载历史后混凝土的强 2 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 1期( 总第 1 7 3期 ) 度、 变形等特性都会发生改变 。本试验将系统的研 究应变率为 1 X 1 0 s 1 X 1 0 s ， 经历一次荷载历 史后的混凝土动态抗压力学特性。 1 试 验原理 及方法 试验采用河北理工大学结构试验室 M T S液压伺 服试验机进行加载 ， 用高速便捷式测试系统 S T R A I N - B O O K采集。试件为 7 0 m m X 7 0 m m X 2 0 0 ra m 的棱柱 体， 混凝土强度等级为 C 3 0 ， 混凝土配合比为 m 水 ： m 水 泥 ： m 砂 ： m 石= 1 ： 0 4 4 ： 1 7 ： 3 0 2 ， 水泥为3 2 5 级普通硅酸 盐水泥， 骨料为粒径在 5 2 0 ra m的碎石， 砂子为河砂， 试件浇筑成型 1 d后拆模 ， 标养 2 8 d后自然养护。在试 件平行于加载方向的两个对面中心分别交叉贴 5 m m X 6 0 ra m和5 m m3 0 r n r n的应变片， 为了试验数据的准 确性 ， 在竖向另两个面上放置 L V D T ， 每组试验 3个试 件 。试验应变率为 1 1 0 s 、 1 X 1 0 s 、 1 1 0 s 、 1 1 0 s ， 取 11 0 。 s 为准静态应变速率。加载方 案 ： 测定某应变速率 下直接加载后测得的极 限抗 压强度值 ； 以同样的应变速率加载到 3 0 后卸 载到0 ； 把经历过 3 0 f , 的试件， 以同样的应变速率 重新加载至破坏 ， 测其抗压强度。 2试验结果与分析 2 1 荷载历史对混凝土动态抗压强度的影响 混凝土动态加载试验受到的影响因素较静态加 载试验要多得多， 故试验得到理想数据的概率会 比较 低， 因而在试验的过程中， 每组试验准备 4个试件， 其 中 1 个留做备用以保证每组试验有 3个有效数据， 其 余 3个做正式动态受压试验。试验得到的数据经过适 当地调整 如表 1 所示 。 表 l 直接加载下和经历荷载历史后 混凝 土动态抗 压强度 M P a 从表 1可以看 出 ， 荷 载历史 和应 变率对混凝 士 的 平均极限抗压强度有着重要影响。经历荷载历史后 的混凝土与直接加载相 比， 平均极限抗 压强度降低 了。随着应变率 的增 大 ， 荷 载历史对 混凝 土的平均极 限抗压强度降低 的幅度逐渐减小； 与直接加载相 比， 随着应变率的增大， 混凝土的平均极限抗压强度分别 降低了9 9 2 、 7 2 4 、 4 7 1 和 2 7 1 ； 混凝土抗压 强度随着应变率的增大而增大 。 2 2 荷载历史对 混凝土变形特性 的影响 2 2 1 峰值应变 混凝土峰值应力时的应变定义为临界应变。经 过对试验结果的统计和分析 ， 得出不同应变率下， 直 接加载和经历荷载历史后混凝土的峰值应变如表 2 所示 。 表 2 直接加载下和经历荷载历史后 混凝土的峰值应变 s 从表 2可 以以看 出， 经历荷 载 历史后 和直 接加载 下 ， 混凝土的峰值应变变化不大； 经历荷载历史后的 混凝土峰值应变随着应变率的增大而降低。 2 2 2弹性模量 一 般定义初始弹性模量为初始线性段 的切线模 量 。本试验取 3 0 峰值应 力处 的割线模 量 为 弹性 模量 ， 经过对试验结果的统计分析， 得到弹性模量如 表 3所示 。 表3 直接加载下和经历荷载历史后 混凝土的弹性模量(X 1 0 ) M P a 从表3可以看出， 与直接加载相比， 经历荷载历史 后 的混凝 土在相 同应 变率下 ， 抗 压 弹性模 量减 小 了； 经历荷载历史 后的混凝土 ， 弹性模 量随着 应变 率的增 大而增大 。 3结语 ( 1 ) 经历 荷载历 史后 ， 混凝 土 的平 均极 限抗 压 强度降低了； 与直接加载相比， 随着应变率的增大， 混 凝 土 的平 均 极 限 抗 压 强 度 分 别 降 低 了 9 9 2 、 7 2 4 、 4 7 1 和 2 7 1 ， 混 凝 土抗 压 强 度 随 着应 变 率 的增大而增 大。 ( 2 ) 经历荷 载历史 后 的混凝 土 ， 峰值应 变 变化 不大 ； 经历荷载历史后的混凝 土峰值 应变 随着应 变率 的增大而 降低 。 ( 3 ) 经历 荷 载历 史后 的混 凝 土 在 相 同应 变 率 下 ， 混凝 土的抗压 弹性模量减小 了 ； 经历荷载历史后的 张林春： 磷酸盐耐热混凝土的制备及性能 3 磷酸盐耐热 混凝 土的制备及 性 能 张林春 ( 四川建筑职 业技 术学院土木工程 系 四川德阳6 1 8 0 0 0 ) 【 摘要】 根据核能工程需要， 文中以磷酸盐、 硅灰石粉等为原材料配制了耐热混凝土。对磷酸盐耐热混凝 土的原材料选择、 配合比设计、 生产过程的质量控制等方面进行了探讨。 【 关键词】 耐热混凝土； 磷酸盐； 抗压强度； 残余强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 0 3 0 3 0 引言 核电是未来保 障国家能源安全和缓解世界能源 危机的最重要途径之一 ， 而核电产生的大量乏燃料的 储存和处置是否安全关系到电厂及周边地 区人民健 康与生命安全。由于乏燃料的放射性特征及核素 自 然衰变放热， 当热量积累或出现偶然因素导致散热系 统失效时， 可能导致容器 内部温度急剧升高 ， 因而储 存或运输所用容器有发生高温破坏或失效的危险， 这 是 目前采用 的传统硅酸盐水泥混凝土所存在的最大 弱点 和不足 。 核能发电虽然已使用了约 6 0年， 但只在某些国家 才得到了足够的重视。核能发电会产生大量含有放 射性物质的乏燃料， 这些放射性核燃料通过 自然衰变 释放出大量热能， 可能导致普通水泥混凝土容器受高 温作用( 最高达 1 0 0 0 以上) 而严重破裂和泄漏， 从而 造成重大安全事故。因此 ， 研制出一种耐热混凝土来 存放此核燃料是非常有必要的。耐热混凝土是指在 2 0 01 3 0 0 C高温长期作用下， 仍能保持其物理、 力学 性能和良好的耐急冷急热性， 且高温下干缩变形小的 特种 混凝 土 ， 与耐火砖 相 比， 它具有 工 艺简单 ， 易 于成 型施工， 原材料来源广泛， 结构整体性好， 抗热性好， 投资少等优点， 常用于热工设备和受高温作用的结 构物。 2 0 0 8 年 ， “ 5 1 2 ” 汶川地震发生后， 我国存放的核 废料面临严峻形势。因此 ， 彭士禄院士了解了国内在 这方面已经开展的工作 ， 而且还重点调研了美国的核 废料水泥固化的进展。上世纪九十年代初， 以美国阿 贡国家实验室为代表成功开发 了一种处理核废料 的 化学固结磷酸盐 陶瓷材料 ( C h e m i c a l l y b o n d e d p h o s - p h a t e c e r a m i c ， C B P C ) ， 这一发明在 1 9 9 6年被称为世界 上 1 0 0项最伟大发 明之一 。 C B P C是 以磷 酸 盐 和金 属 氧 化 物 为主 的新 型 材 料， 通常是由金属氧化物( 氧化镁、 氧化钙、 氧化铝、 氧 化铁、 氧化锌等) 与磷酸或可溶性磷酸盐( 钠盐、 钾盐、 铵盐、 铝盐等) ， 及添加剂、 矿物掺合料按照一定的比 例， 在酸性条件下发生酸 一碱中和反应， 生成以磷酸 盐为黏结相的坚实致密的无机胶凝材料。其中， 最为 典型的是氧化镁与磷酸二氢钾制备 C B P C材料。C B P c和陶瓷制品不 同 ， 也 和水泥 有所 区别 ， 它是介 于 陶 瓷制品和水 泥之 间 的 一种 新 型材料 。它具有 类 似水 混凝土， 弹性模量随着应变率的增大而增大。 参考文献 1 陈婷婷 混凝土单轴动态抗压试验及 动态本 构关系研究 D 天津 ： 河北工业大学 ， 2 0 0 9 2 孙吉书， 窦远明， 杨春风， 李波 混凝土动态抗压特性的试验研 究 J 混凝土 ， 2 0 1 l ， 2 6 1 ( 7 ) ： 2 0 2 2 3 WA T S T E I N D E ff e c t o f s t r a i n i n g r a t e o n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d d a s f e p r o p e r l i e s o f c o n c r e t e J A C I J o u r n a l ，1 9 5 3 ，4 9 ( 8 ) ： 7 2 97 4 4 4 肖诗云， 林皋， 逯静洲， 王哲 应变率对混凝土抗压特性的影响 J 哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 5 ) ： 3 5 3 9 5 董毓利， 谢和平， 赵鹏 不同应变率下混凝土受压全过程的实 验研究及其本构模型 J 水利学报， 1 9 9 7 ， ( 7 ) ： 7 2 7 7 6 C O WE L L W L D y n a m i c p r o p e r t ie s o f C a i n P o r t l a n d c e m e n t c O n c r e t e R T e c h n i c a l R e p o r t N o R 447 ， 1 9 6 6 7 B I S C H OF F P H，P E R R Y S HC o mp r e s s iv e b e h a v i o r o f c o n c re t e a t h i g h s t r a i n r a t e s J M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s， 1 9 9 1 ， ( 2 4 ) ： 4 2 5 4 5 0 8 肖诗云 ， 张剑 荷载历史对混凝土动态受压损 伤特性 影响试验 研究 J 水 利学报 ， 2 0 1 0， 4 1 ( 8 )： 9 4 3 9 5 2 9 肖诗云， 张剑 不同应变率下混凝土受压损伤试验研究 J 土 木工程学报 ， 20 1 0， 4 3 ( 3 ) ： 4 0 4 5 收稿 日期 】 2 0 1 2 0 6 2 6 作者简介】 刘俊飞( 1 9 8 6一) ， 男， 河南许昌人， 硕士研究生， 研究方 向： 地基处理新技术。