大直径骨料自密实堆石混凝土I型断裂性能研究.pdf

2 0 1 3年 第 9期 ( 总 第 2 8 7 期 ) N u mb e r 9 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 9 0 1 2 大直径骨料 自密实堆石混凝土 I 型断裂性能研究 徐锡权 ，王海超 。 ，安雪晖 。 ( 1 日照职业技术学院，山东 日照 2 7 6 8 2 6 ；2 山东科技大学 ，山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ；3 清华大学 水 电工程系，北京 1 0 0 0 8 6 ) 摘要 ： 研究大直径骨料( 1 5 0 mm) 自密实堆石混凝土 I 型断裂性能的研究 。 分别制作了再生骨料和天然骨料试件各两个 ， 进行 三点弯 I 型断裂试验 。 测得了起裂荷载 、 峰值荷载全 曲线和 曲线 ， 同时计算 了试件 的断裂韧度 、 断裂能和。 结果表明： 天然骨料和 再生骨料的 I 型断裂性能具有一定的相似性 ， 不改变作为混凝土材料的基本力学特征 ， 再生骨料的制作工艺对其力学性能具有 一 定的影响， 这可能与材料的黏结机理有关。 研究结果对工程应用具有一定的意义 。 关键词： 自密实堆石混凝土；断裂韧度 ；大直径再生骨料 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 4 3 0 3 Re s e a r c h o n s t o n e c o n c r e t e l t y p e f r a c t u r e p r o p e r t i e s o f s e lf - c o mp a cti n g p i l e o f l a r g e di a me t e r o f a g gr e g a t e XU Xi q n a n ， WANG Ha i c h a o2 , AN Xu e hu i ( 1 R i z h a o P o l y t e c h n i c ， R i z h a o 2 7 6 8 2 6 ， C h i n a ； 2 S h a n d o n g U n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c hno l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 9 0 ， C h i n a ； 3 H y d r a u l i c e n g i n e e r i n g d e p a r t me n t o f T s i n g h u a U n i v e r s i ty， B e ij i n g1 0 0 0 8 6 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： T h e l a r g e d i a me t e r a g g r e g a t e ( 1 5 0 a i m)r e s e arc h o n s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e p i l e p r o p e r t i e s o f t y p e I f r a c t u r e wa s s t a d i e d Ar e ma d e o f t he r e c y c l e d a g g r e g a t e a nd the s pe c i me n o f t h e t wo， t h r e e p o i nt b e n d i ng mo d e I fra c t u r e t e s t s Th e me a s u r e d c r a c k i ni t i a t i o n l o ad ， p e a kl o ad o f F c u r v e andthe c u r v e o f F C MOD， a t the s a me t i me ， f r a c t u r e t o u g h n e s s ， f x a c t u r e s p e c i me n s a n d c a l c u l a t i o n Th e r e s u l t s s h o we d that， I t y p e fra c t u r e p r o p e r t i e s o f n a t u r a l a g g r e g a t e and r e c y c l e d a g gre g a t e h ad a c e r t a i n s i mi l a r i ty， d o e s n o t c h ang e a s the b a s i c me c h a n i c a l c h ara c t e ris t i c s o fc o n c r e t e ma t e ria l s ， p r o d uc tio n p r o c e s s o fr e c y c l e d a g gre g a t e h ad a c e r t ain e ffe c t o n i t s me c h a ni c a l p r o pe r t i e s ， wh i c h mi g h t be r e l a t e d wi th the me c ha ni s m o f bi nd i n g ma t e ria 1 Th e s t ud y r e s ul t s we re o fc e r t a i n s i g n i fic an c e f o r e n g i ne e ring a p pl i c a t i o ns Kmwor ds ： s e l f - c o mp a c t i ng r o c k- fil l c o n c r e t e； fra c t u r e t o ug h ne s s ； l arg e diam e r o fr e c y c l e d a g g r e ga t e 0 引言 大体积结构物的建造将耗费大量的天然石材， 由于工 程量 巨大 ， 因此很难做到细致的加工处理 ， 一般应用在坝 体 等结构 中 ， 可采用三级配甚至于 四级配 的粗骨料组份 ， 大直径骨料 的使用是很 自然 的情况。 传统 的生产方法通 常 是使用超大型搅拌设 备 ， 耗费 了大量的机械能且施工进度 缓慢 ， 受控 因素较多。 另外 ， 天然骨料的大量开采毁坏 自然 环境 ， 废弃 固体 垃圾处 理的同时 占用了大量的土地资源 ， 因此采用再生骨料替代天然骨料制作混凝土符合绿色环 保的建设发展要求 。 清华大学的金峰、 安雪 晖教授研究的 自 密实堆石混凝土技术 】 - 4 ， 采用 大直径 骨料 自然堆积入仓 ， 然后浇筑大流动性 自密实堆石混凝土嘲 ， 形成大体积混凝 土结构物。 该技术 已经在 国内有所推广 ， 以满足工程应用 的 可考性和明显的经济效益得到业界人士认可 ， 但其深入的 研究并未全部完成 。 材料 的基本力学性能 ， 包括 I 性断裂性 能 ， 是大体积混凝土结构物的一个重要力学性能指标 ， 本文 鉴于工程实际需要 ， 采用试验和分析 的方法 ， 对 大直 径天 然骨料和再生 骨料 自密实堆石混凝土 的 I 型断裂性能进 行了研究 ， 以期为工程应用提供科学依据。 1 试验研 究结果 I 型断裂试 验通 常采 用三 点 弯梁切 口试 件 。 试验 全 过程按照 普通混凝土力学性能试验方法标准 的规定执 行【 。 在 材料基 本力学 性能 测试 时的棱柱 体试 件尺寸 为 4 5 0 mmx 4 5 0 m mx 9 0 0 m lT l ， 为避免测试过程 中尺寸效应 的 影 响 ， 梁试件 的尺寸为 4 5 0 m mx 4 5 0 m mx l 9 O O mm， 缝 高 比 ( 仇 ) 设定为 O A， 跨高 t ( 1 h ) 设定为 4 。 T L 1 、 T L 2为天然大骨 料 自密实堆石混凝土梁试件 ， Z L 3 、 Z I A为再生大骨料 自密实 堆石混凝土梁试件， 骨料直径在 1 5 0 m r n 左右 ， 如表 1 所示。 表 1 试件尺寸 IT ll n 收稿 日期 ：2 0 1 3 - - 0 3 - 2 1 l 基金项目： 山东省教育厅科技项目( J 0 9 L E 5 4 ) ； 清华大学水沙国家重点实验室项目( S k l h s e 2 0 1 0 C o 2 ) ； 潍坊市科技计划发展项目 ( 2 0 1 2 1 3 5 1 ) 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 4 试件的断裂性能参数 自密实堆石混凝土和再生大骨料 自密实堆石混凝土 的断 裂韧度 、 断裂能 、 裂缝尖端 张开位移 ， 并将结果 列于 表 5中。 表 5 断裂韧度、 断裂能、 C T O D 其中， K 按照三点弯曲法计算混凝土断裂韧度： K Mm A a ( 1 ) z 式中 ： 峰值荷载 ； G加载装置等取 4 8 2 N； 峰值荷载对应的跨中弯矩 ； 日 试件厚度方向的尺寸 ； 试件 的高度。 当 0 4 时 ， 查 表 ( 暑 ) 7 -6 8 9 。 在 计 算 混 凝 土 断 裂 韧 度 K 时， 本研究根据裂纹尖端塑性 区域作用不明显 ， 没有 考虑修正 o ， 计算 的 ， IC 偏低 ， 偏于安全 。 G 按照三点弯曲法计算混凝土断裂能用 ： 一 。十 哦 r 、 A 式 中： 。 竖 向外载荷 的功 ， 取 曲线下的面积 ； ， 梁 自重 + 2 倍 的加载装置重量 ； 6 一峰值荷载下跨中的最大挠度； A 试 验梁韧带净面积。 裂缝尖端张开位移 C T O D的按照下式计算 -0 1 ： C T O D C MO D x r x ( H - a ) 一 ( 3 ) r x( H- a) 斗 式中 ： C D D 裂缝开 口处的位移 ； o 裂缝的高度 ； r 计算旋转 因子 ； z 裂缝厚度。 旋转因子 的取值有两种方法 ： r 与加载过程相关 ， 近似取 r = l 3 。 表 5的计算结果基本试验现象相吻合 ， 这是 由于大直 径骨料不能充分表现断裂韧性 ， 更接近于弹性材料的情况 。 较 高的断裂能表现为天然大直径骨料存在 断裂面是 正确 的。 但 尚不能充分说 明有本质的区别 ， 由于试件较少 ， 缺乏 统计规律 ， 离散性的影响还是 比较大的。 无论再生大骨料还 是天然大骨料 自密实堆石混凝 土， 其本质上仍然是混凝土 ， 虽然与普通混凝土的断裂性能具有一定 的相似性 ， 但大直 径骨料以及制作堆石混凝土工艺的影响还是比较明显的。 再生骨料和天然骨料具有几乎相同的断裂特性 ， 加强制作 工艺的改进 ， 也可满足一般工程的需要。 4结 语 自密实堆石混凝土技术的应用 ， 其基本力学性能的研 究是基 础 ， 再生大直径骨料和天然大直径骨料制作的堆石 混凝土 I 型断裂性能的研究 ， 在水利工程等大体积 结构物 的建造 中具有一定 的应用价值 ， 再生骨料堆石混凝土的制 作工艺对其 I 型断裂性 能具有一定 的影响 ， 这可能与黏结 机理有关 。 参考文献 ： 【 1 纪建林， 胡竟贤， 王毅， 等启 密实混凝土性能及其在三峡三期 工程中的应用 西北水电， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 3 3 3 6 2 】金峰， 安雪晖 ， 石建军， 等 堆石混凝土及堆石混凝土大坝 J 水 利学报， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 3 4 7 1 3 5 2 【 3 】安雪晖， 金峰， 石建军启 密实混凝土充填堆石体试验研究 混 凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 - 6 4 安雪晖， 佐藤文则 自密实混凝土在大坝建设中的应用 ： 日本技 术在中国f J 】 日经建筑( 日) ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 2 2 2 4 5 】 侯景鹏 ， 冯敏 自密实混凝土技术及其工作性能测试方法【 J J 混 凝土 ， 2 0 0 9 ， 6 ( 1 ) ： 9 4 9 5 【 6 】 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 】 E 京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 0 ： 6 - 8 7 徐道远， 符晓陵， 祖全民 混凝土三点弯曲梁断裂能的测试研究叨 河海大学学报， 1 9 8 9 ， 1 7 ( 1 2 ) ： 5 0 5 2 f 8 18 楼志辉 钢纤维再 生混凝土基本力学性能和断裂J性能试验研 究【 D 】 郑州： 郑州大学， 2 0 0 7 【 9 赵艳华 混凝土断裂过程中的能量分析研究 D 大连 ： 大连理工 大学 ， 2 0 0 2 1 O 】 张廷毅， 高丹盈， 王宝庭 三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位 移 J 水力学报， 2 0 1 0 ， 4 1 ( 1 0 ) ： 1 1 9 2 1 1 9 3 作者简介 ： 联 系地址： 联系电话： 徐锡权( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 硕士， 副教授， 国家级注册结构师。 山东省日照市新市区烟台北路 1 6号 日照职业技术 学院建筑工程学院( 2 7 6 8 2 6 ) 1 8 9 O 63 3 5 5 7 6 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m