使用年限对混凝土力学性能影响分析.pdf

盂丽岩等 ： 使用年限对混凝土力学性 能影响分析 使用年 限对混凝土力学性能影响分析 孟丽岩 ， 盖遵彬 ， 尹晓黎 ( 1 黑龙江科技学院建筑 工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 2 7； 2 哈尔滨T业大学土木工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 9 0) 【 摘要】 基于快速碳化混凝土和不同使用年限未碳化混凝土的单轴受压试验， 得到碳化混凝土和未碳化 混凝土的强度、 变形等力学性能指标与使用年限之间的关系。研究表明， 既有混凝土强度随使用年限的增加略有 增加而变形逐渐降低 ， 为预测既有结构的使用寿命和加固改造提供理论依据。 【 关键词】 既有混凝土； 碳化混凝土 ； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 0 1 0 3 ANALYSI S oN EFFECTS oF SERVI CE Lr E To CHANI CS PRoPERTI ES oF THE EXI ST G CoNCRETE MENG Li y a n ，GAI Zu n b i n ，YI N Xi a o l i ( 1 A r c h i t e c t u r a l E n g i S c h o o l ， H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i ， H arb i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o gy， H arb i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T he r e l a t i o ns hi p b e t we e n t he s t r e n g t h，de f o r ma t i o n p r o p e r t i e s a nd s e r v i c e l i f e o f the r a pi d c a r bo n a t e d a n d di ffe r e n t s e r v i c e l i f e u n- c a r b o n a t e d c o nc r e t e a r e o b t a i n e d b y a s e r i e s o f u n i a x i a l c o mpr e s - s i o n t e s t s o f c o n c r e t e s p e c i me n s T e s t r e s u l t s s h o w tha t t he e x i s t i n g c o nc r e t e s t r e n g th i n c r e a s e s a nd d u c t i l i t y d e c r e a s e s wi t h t h e i n c r e me n t o f t h e s e rvi c e l i f e ，w h i c h c a n p r o v i d e t h e t h e o r y b a s i s f o r p r e d i c t i o n o f s e r v i c e l i f e a n d r e c o ns t r u c t i o n f o r e x i s t i n g s t r u c t u r e s Ke y wo r ds ： e x i s t i n g c o n c r e t e；c a r b o n a t e d c o n c r e t e；me c h a ni c a l p r o p e rti e s 本文对既 有碳 化 混凝 土 和未 碳化 混凝 土 的力 学 性能分别进行了单轴受压试验研究， 得到了使用年限 和既有混凝土力学性能的关系 。 1 碳化混凝土的力学性能 混凝 土 抗 压 和 抗 拉 强 度 的 测 定 采 用 边 长 为 1 0 0 ra m 的立方体试件 ， 为 了尽量避 免误差 和混凝 土离 散性 的不 良影响 ， 各种强度 级别 的混凝 土试件 碳化前 后分别各取 6块 ， 强度等级包括 C 1 5 、 C 2 0 、 C 3 0 ； 由于立 方体试件有端部局 部应力 和约束 变形 的影响 ， 因而混 凝土应力 一应变 全 曲线 测定 采 用混 凝 土的棱 柱 体试 件， 试件截面尺寸为 1 0 0 ra m1 0 0 m m 3 0 0 m m， 强度为 C 3 0 。由于 自然 碳化 所需 试 验 周期 太长 ， 而 且加 速碳 化试验和 自然碳化 又有 比较好 的相关性 ， 故 碳化 试件 通过加速碳化试验获得 。试件经过近 5个月时 间的碳 化 ， 试件混凝土碳化深度均 已超过 5 0 m m。表 1 给 出的 是混凝 土在碳化前后 的对 比试验数据 。 从表 1 和对试验结果 的分析可看出： 混凝土碳化 后抗 压强度提高 的幅度平 均达到 4 0 ； 劈 拉强度 也有 所提高 ， 但 效果不是 很 明显 只是达 到 1 0 左右 ， 并 没 基金项 目 黑龙江省教 育厅科 学技术研究项 目( 1 2 5 1 3 0 8 6) 有劣 化作用 ， 工程 中可按劈拉 强 度基本 不 变考 虑 ； 混 凝 土棱 柱体破坏形态在碳化 前后无 大 的变化 ， 都 是产 生锥状裂缝将试件分隔成离散的小柱体最后随着群 柱 的逐一失效， 试件的抗力进一步降低 ， 直到试件破 坏。根据碳化前后混凝土试件单轴受压试验得到荷 载和变形 的数据结果绘制应力 一 应 变曲线 如图 1所示 。 表 1 混凝土试 件在碳化 前后 的对比数据 力 学性能试件 型号 强度等级 碳化前方差 s碳化 后方差 s 从 图 l 可看 出， 混凝 土碳 化后 ， 强度增加 的幅度达 2 低温建筑技术 2 0 1 3年第 5期 ( 总第 1 7 9期 ) ， 1 0 一 Ii t l碳化 前扈混 凝土应力 一 应 变曲 线的 对比 到3 5 ， 应力一 应变曲线的上升段更接近直线， 斜率变 大， 说明弹性模量有一定程度提高， 峰值应变即最大 应力处所对应 的应 变在 碳化前 后变化 不大 ； 曲线 下降 段相对碳化前变 陡 ， 说 明碳化后 混凝 土的变形能 力降 低 ， 比碳化前 的混凝 土更脆 ， 延性下降 。 2未碳化混凝土的力学性能 表 2 单轴 受压试 验数 据 本次试 验 中的未 碳 化混 凝土 试件 是分 别从 使用 年限为 l O 、 2 0和 4 0年 的实 际工程 中经过取 芯 、 切 割 、 打磨 、 找平等处理 后 的圆柱体试 件 ， 直径为 1 0 0 m m， 高 径比为 2 0 。通 过在 5 0 0 t 液压试验机附加刚性元 件的 方法对 l 1 个圆柱体试件进行单轴受压试验， 测得试验 数据 如表 2 所示 。从表 中的试 验数据 可 以看 出 l 1 个 不同使 用 年 限 的混 凝 土 的强 度 相近 ， 都 在 3 0 M P a左 右 ， 因此 文 中主要 分 析 混 凝 土 的变 形 能力 ， 即延性 。 延性 的结 构在 破 坏前 有 明显预兆 ， 且破 坏过 程缓慢 ， 尤其是在承受 动力 作用 ( 比如地震 、 爆 炸 ) 时， 可 以减 小惯性力 ， 吸 收更 大动能 ， 减 轻结构 破坏 的程度 ， 有利 于修复 。因此 目前我 国的 有关结 构设 计规 范 对结 构 的延性设计提 出了具 体的要 求。 所谓 延性 就 是结 构 或构 件在 承载 能力 没 有显 著 降低 的情况下 承受变形 的能力 ， 即结构耐 受后期 变形 的能力 ， 它是 衡量结构 或构件抗震 性能优 劣的重 要指 标。度量 和比较 结构或 材料 的延性 的指标 ， 必须 有 明 确 的数值指 标 ， 一般 取延性 比， 所 谓 的延性 比是 极 限 变形 D 和初 始屈 服 变形 D 的 比值 ， 即 ， = D， D 。 确定初始屈服变形可采用几何作图法或能量等值法 确定 ； 极限变形取试件的峰值应力下降 1 5 ， 即 F = 0 8 5 F 时所对应的应变值。表 3列出了本次试验 的 既有混凝 土延性 比随使用年限变化 的情况。 表 3 不同使用年 限混凝土 的延性 比 由表 3可知 ： 混凝 土的屈服应 变受 使用 年 限的影 响不是很明显， 基本保持不变， 而混凝土的极限应变 却 随着使用年 限的增加逐渐 减小 ， 从 延性 比的定义 来 看可以知道 随着混 凝 土使用 年 限 的增 加 延性 比逐 年 降低 ， 即 混凝 土 的脆 性 增 强。从 统 计 的试 验 数据 来 看， 使用年限为 1 0 、 2 0 、 4 O年的混凝土， 延性比分别降 低 1 3 、 2 5 2 和 3 4 5 。 试验 中得到 1 1 条不 同使用 年限 的完整 的应力 一 应变全 曲线 ， 经过对数据 的整理分析 ， 图 2给出的是不 同使用年 限的既有 未碳化 混 凝 土在 相对 坐标 下 的平 均应力 一 应变全 曲线。 1 0 邑 0 8 0 6 羹o 4 。 一 2 0 O 0 l 2 3 4 5 纵向相对应变( 图2 不同使用年限混凝土应力一 应变曲线 从图 2不同使用年限的混凝 土应 力 一应变全 曲线 可 以看 出： 全曲线 的上 升段相 近 ， 只是 使用 年 限越 长 ， 直 线段所 占比例 越大 ， 峰值应 力处 的曲线 斜率越 大 ； 全曲线的下降段 ， 使用年限越长其下降段越陡， 这也 说明混凝土随着使用年限的增加脆性增强， 变形能力 降低 。 3机理分析 从材料学上 来分 析 ， 混 凝 土碳 化 后 强度 提高 ， 主 要是 因为碳化 后混凝 土变 得更 密实 ， 孔 隙率 降低 ， 而 且孔隙 内壁 的 c a ( O H) 转 化 成 C a C O ， ， 导致 强 度增 高 。 。延性 降低 的原 因主要 也 是 由混凝 土 材料 的 固 有特性决定 ， 水泥水化作用生成 的钙矾石 ，随着时间 王沽等 ： 混凝 土动态扰压特性 的试验研究 3 混凝土动态抗压特性的试验 研究 王洁 ， 刘俊飞 ， 支雁飞 【 1 河北工业大学土木 工程学院 ， 天津3 0 0 4 0 1： 2 中国民航大 学机场 学院 ， 天津3 0 0 4 01 ) 【 摘要】 采用 M 伺服疲劳试验机对 C 6 0混凝土试件进行了应变速率分别为 11 0 s 、 11 0 一 s 、 1 1 O s 、 1 1 0 s 四个量级的单轴动态抗压试验。系统的分析和研究了不同应变速率下， 混凝土的抗压强度、 弹 性模量、 峰值应变等力学性能， 并且分析了混凝土抗压强度、 弹性模量与应变速率之间的关系。试验结构表明： 随 着应变速率的提高 ， 混凝土的抗压强度和弹性模量均有提高， 而峰值应变离散性较大 ， 受应变速率影响不明显。 【 关键词】 混凝土； 应变速率； 抗压特性； 应力应变曲线 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 0 3 0 3 E XP EI MEN I AL S TUDY oN T HE DYNAM I C CoM P RES S I 、 1 E PRoPERTI ES oF CoNCRETE WANG J i e ，L I U J u n f e i ， Z HI Ya n f e i ( 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 A i r p o r t C o l l e g e ，C i v i l A v i a t i o n U n i v o f C h i n a ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： D y n a mi c c o m p r e s s i v e e x p e r i m e n t s o f c o n c r e t e s p e c i me n s( C 6 0 )a y e c a r r i e d o u t o n MT S s e r v o f a t i g ue t e s t i n g ma c h i n e wi t h t he u n i a x i a l s t r a i n r a t e s i n the t e s t s we r e 11 0s 、 1 x 1 0一s 、 1 X l 0 s a n d 1 1 0s T h e 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 u nd e r d i ffe r e n t s t a i n r a t e swh i c h i n c l u d e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h，e l a s t i c mo d u l u s ， a n d p e a k s t r a i n a r e a n a l y s e d a n d r e s e a r c h e d s y s t e ma t i c a l l y， a nd the f o r mu l a s whi c h c a n d e s c rib e the c h a n g e l a w o f the c o mpr e s s i v e s t r e n g t h an d e l a s t i c mo d u l u s o f c o n c r e t e u n d e r the d i ff e r e n t s tra i n r a t e s a r e p r o p o s e d Th e t e s t r e s u l ts i n di c a t e tha t the c o mp r e s s i v e s tre n g t h a nd e l a s t i c mod u l u s o f c o n c r e t e wo u l d i n c r e a s e wi th th e s tra i n r a t e i n c r e asi n g Th e d i s c r e t e n e s s o f p e a k s t r a i n i s l a r g e r ，an d the e f f e c t o f s t r a i n r a t e o n pe a k s t r a i n i s n o t o bv i o u s Ke y wo r d s： 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 r t i e s ；s tre s s s t r ain c u r v e 混凝 土在我 国 已经广泛 应用 ， 在工 作过 程 中 ， 各 种 动态荷 载 作用 在混凝 土结 构上 ， 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 使混凝土承受较大的变形。结构的安全性和可靠性 受到混凝土 的动态力 学性能 的重要影 响 ， 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 ， 关于混凝 土动态抗 压特性 的研究 已经 进 行了很多试验和理论分析， 取得了大量的科研成果 ， 对指导工程实践也起 着重要 的作用 。如 S c o t t “ 、 D i l g - 的增长要分解、 失掉一部分结晶水 ， 这样就导致混凝 土内部 密实性 降低、 结构疏 松引起延性 降低 。 4结语 通过对 既有碳 化混 凝 土和 未碳 化混 凝 土 试件 进 行单 轴受 压 试验 ， 得到其 强度 、 变形 等力 学性 能 与使 用年限之间的关系， 这些为我们预估既有建筑的使用 寿命和对结构进行加固设计提供理论支持。 参考文献 1 郝挺宇 ， 惠云玲 结构混凝 土耐久性无损检测 技术 J 东南大 2 3 4 学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 6 ， ( 1 1 ) 李兴和 碳化对钢 筋混凝 土结构耐久 性的影 响 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 1 9 9 8 ： 2 53 3 孟丽岩 既有 未碳 化混 凝土 力学性 能 的试验 研究 D 哈尔 滨 ： 哈尔滨工业 大学硕士论文 ， 2 0 0 3 ： 1 6 4 8 何世兵 ， 付茂兰 既有混凝土抗压强度评定 方法讨论 J 重庆 建筑 ， 2 0 0 8 ， ( 5) 收稿 日期 】 2 0 1 30 1 1 4 作者简介 】 孟丽岩( 1 9 7 7一) ， 女 ， 辽宁锦州人， 讲师， 硕 士 ， 研 究 方向 ： 混凝土耐久性 、 结 构抗震 。