高温后混凝土残余断裂韧度性能的确定.pdf

黄伟等： 高温后混凝土残余断裂韧度性能的确定 古 la J 温后混 佃 口 口L 口， 匕 凝土残余断裂韧度性能的确定 黄伟， 陆洲导 ( 同济大学结构工程与防灾研究所 上海2 0 0 0 9 2 ) 【 摘要l 对高温后混凝土 I 型断裂性能进行了试验研究。试件几何形式统一采用 水工混凝土断裂试验 规程 推荐值 ， 历经6 5 、 1 2 0 、 2 0 0 、 3 0 0 、 3 5 0 、 4 0 0 、 4 5 0 、 5 0 0 和 6 0 0 C高温。采用楔入劈拉法测得高温后试件荷载一裂 缝张开口位移( P C M O D ) 全曲线， 并据此计算相应温度下混凝土试件的起裂韧度 、 失稳韧度硌 ， 得到随着受 火温度的 上升， 硌单调下降， 而砗变化趋势为“ 保持不变一 上升一 下降” 。 【 关键词】 高温； 楔人劈拉法； 断裂韧度 【 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 l 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 0 1 0 3 RES I DUAL F RACTURE T OUGHNES S oF CoNCRETE S UBJ ECT To EL EVATED TEN 旺 ： RATURES HUAN G We i ，L U Z h o u d a o ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ， T o n g j i U n i v ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e i n v e s t i g a t i o n s o n t h e r e s i d u a 1 Mo d e - I f r a c t u r e b e h a v i o r s o f c o n c r e t e s u b j e c t t o e l e v a t - e d t e mp e r a t u r e s w e r e c a r r i e d o u t T h e t e s t s p e c i me n s we r e mo l d e d a c c o r d i n g t o“ No r m f o r f r a c t u r e t e s t o f h y d r a u l i c c o n c r e t e ” ( D L T 5 3 3 2 - 2 0 0 5 )a n d w e r e e x p o s u r e t o t e mp e r a t u r e s v a r y i n g f r o m 6 5 C t o 6 0 0 C T h e w e d g e s p l i t t i n g me tho d w a s e mp l o y e d t o o b t a i n t h e L o a d C MO D ( c r a c k m o u t h o p e n i n g d i s p l a c e me n t ) c u r v e s o f p o s t fi r e s p e c i m e n s f r o m w h i c h t h e in i t i a l f r a c t u r e t o u g h n e s s 醛 a n d t h e c r i t i c a l f r a c t u r e to u g h n e s s 碗 w e r e c a l c u l a t e d I t w a s d e m o n s t r a t e d t h a t t h e d e c r e a s e d m o n o to n o u s ly w i th i n c r e a s in g t e rn p e r a t u r e ；h o w e v e r t h e s u s tai n e d a h o l e i n c r e a s e d e c r e a s e t e n d e n c y w i t h t e mp e r a t u r e s Ke y wo r d s ： e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s ；w e d g e s p l i t t i n g me t h o d；f r a c t u r e t o u g h h e s s 作为材料的基本性质， 各 国学者对混凝土在常温下的 断裂性能进行了广泛的研究 ， 并就 I型断裂中的相关断裂 参数制定了标准测试方法【 2 J 。然而对于经常受高温影响 的结构， 如电厂冷却塔和预应力核反应堆容器， 或者遭受火 灾影响的建筑物， 研究混凝在高温后的断裂性能， 对于设 计、 维护和评估此类结构具有重要的意义。 B z h a n g 、 N B i c a n i c ， C V N i ds e n 、 N B i c a n i c 研究了 普通混凝土和高强混凝在温度、 受温持时和养护时间影 响下的断裂能值， 计算了混凝土在各温度下的烧失量， 并建 立了断裂能和烧失量之间的线性关系。文章研究了混凝土 断裂能值随各影响因素的变化 ： 得到在温度达到3 0 0 C 前 ， 断裂能值呈上升趋势， 而后， 其值将随着温度升高而不断下 降； 同时， 受温持时和养护时间的增加也将提高高温后的断 裂能值。文章进一步探讨了高温后混凝土的脆性性质( 以 混凝土的特征长度 z 作为度量) ， 指 出随着温度的升高， 高 温后混凝土的脆性下降， 延性增加。最后文章建立高温后 混凝土残余断裂能值与抗压强度的线性关系， 两者的关系 在常温下已有学者进行了研究， 并且得到了很好了应用 ， 建 立高温后两者的关系， 也必将有利于断裂能的测试工作。 在国内， 高温后混凝 土断裂性能的研究起步较晚， 至 今， 公开发表的文献只有北京交通大学朋改非在 2 0 0 6年所 做的普通强度高性能混凝土和高强度高性能混凝土高温后 残余断裂能的研究 J 。 文中结合国内外已有研究成果， 基于双 K断裂准则 ， 采用楔人劈拉法对高温后混凝土试件的断裂性能进行研 究， 以期得到其随温度变化的规律， 并建立相关断裂参数与 温度之间的关系， 从而为火后评估工作及数值模拟提供可 靠依据。 1 试验概况 试验中试件尺寸统一采用2 3 0 m m 2 0 0 m m 2 0 0 ra m， 预 制开口裂缝高 8 0 ra m， 厚3 mm， 试件几何形式详见图1 。试件 混凝土配合比为水泥： 砂： 石子： 水 =1 ： 3 4 4 ： 4 3 9 ： 0 8 。每 个试件内均插有热电偶 以便后期温度控制， 试件自然洒水 养护 6 0 d 。考虑到混凝土本身固有的离散性以及试件将经 受高温作用， 每组温度下均设有 5 个试块。 试验采用 3 0 0 mm 3 0 0 m m9 0 0 ram的电炉对混凝土试 块进行加热， 试块历经 温度为 6 5 、 1 2 0 、 2 0 0 、 3 0 0 、 3 5 0 、 4 0 0、 4 5 0、 5 0 0和 6 0 0 C， 常温下( 2 0 ) 试件作为对比。楔入劈拉 2 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 期( 总第 1 6 3 期) 法试验均在 l O 0 0 k N的电液伺服万能试验机上进行 ， 利用动 静态数据采集系统进行试验数据采集。劈拉试验中在预制 裂缝开口和尖端处分别安装量程为 l O m m的夹式引申计 ， 以 测得试块的裂缝口开口位移( C MO D) 和裂缝尖端开口位移 ( C T O D) 。试验中控制试验机加载速率为 0 4 mm m i n ， 以保 证试验得到稳定的荷载 一 裂缝开 口 位移( P C M O D ) 曲线。 图1试件几何形式 图2 高温后混凝土试件试验现象 图3 各温度下典型试件的P - c M 0 D 曲线 2 试验结果分析 各个温度下断裂韧度计算。试验中测得各组温度下试 件的位移 一 荷载( P C M O D ) 曲线， 图3显示各温度下典型 试件的PC MO D曲线， 图4显示了高温下每组试件峰值荷 载 P 及其对应的 C M O D 与常温下试件的对 比值。从 图 3 、 图4可以看出， 随着温度的上升， 峰值荷载明显下降， 而对 应的裂缝开 口位移 C MO D 则明显上升。当温度 由低到高 变化时， 位移 一 荷载曲线( P C M O D ) 上升与下降段斜率明 显由陡逐渐变缓， 说明混凝土试件在遭受高温后本身延性 有显著的增加。高温后混凝土试件峰值荷载及对应位移与 常温下值可由下式表示。 P一 P O=1 1 3 0 5 e 。 0 0 3 6 ，R=O 9 3 6 3 2 0 0 ： 6 0 o ( 1 ) C MOD 0 C MOD T=1 0 4 9 8 e 一 。 ，R=0 9 9 3 2 2 0 0 ： 6 0 o ( 2 ) 文中基于双 断裂韧度准则， 确定高温后混凝土试件 的起裂韧度 ， 失稳韧度 K 。试验中采用应变片监测裂 缝尖端处的应变来控制起裂荷载 P 起裂韧度采用 P 和 C MO D 代入相应公式计算； 失稳韧度采用 P 和 C MO D 计 器 丑 温度 C 图4高温后各组试件峰值荷载 相应c M 0 暑 山 = 髓 犀 i l辑 骝 算， 断裂能值则为相应 PC MO D曲线与坐标轴所围面积。 起裂韧度和失稳韧度随温度的变化规律如图 5 、 图6所 示， 各个温度下起裂和失稳断裂韧度其离散性较大， 但其平 均值仍具有明显规律。对于起裂韧度， 受火后混凝土试件 由于本身微裂缝增多而导致其开裂荷载明显下降， 试件起 裂韧度随着温度升高而单调下降， 6 0 0 ：试件的起裂韧度值 较常温值下降 9 0 。失稳韧度值随温度存在三个变化 阶 段， 即： 保持 一 上升 一 下降。在受火温度到达 2 0 o 前其值 基本保持不变 ， 在 2 0 0 4 5 0 1 2 之间， 失稳韧度值呈线性上 升， 之后试件的断裂韧度值 随温度上升 而明显下降， 但 6 0 0 下试件的失稳韧度值较常温值上升 6 6 。起裂韧度 值和失稳韧度值与温度的关系， 可由如下公式表示： 醢 = 一 0 0 0 1 +0 6 0 7 ， R= 0 9 6 5 2 0 6 0 0 ( 3 ) =0 0 0 5 4 +0 6 2 7 1， R=0 9 7 2 2 0 0 ： 5 0 0 ( 4 ) =一0 1 2 9 +9 6 7 9 9， R =1 0 0 0 5 0 0 6 0 o ( 5 ) 温度， 图5 起裂韧度随温度变化的趋势 3结语 基于双 K断裂准则， 采用楔入劈拉法研究了高温后混 凝土试件的断裂韧度， 设置 6 56 0 0 ：共 9组温度。记录楔 人劈拉试件在各温度下起裂荷载 、 极限荷载以及对应的裂 缝开口位移， 由此计算出试件的开裂韧度、 失稳韧度。通过 以上工作， 可得到如下结论： 。 三 o o L 一 O 2O 0 4 0 0 6 0 0 温度， 图6 失稳韧度随温度变化 的趋势 试验测得位移荷载全曲线( P C M O D ) ， 并确定了起裂 荷载 P 峰值荷载 P 以及相应的裂缝开裂位移 C M O D ， 计 算得到试件的起裂韧度、 失稳韧度。研究表明试件起裂韧 度随温度单调下降， 6 0 0 ：时其值较常温值下降 9 0 ； 失稳 韧度存在三个变化阶段， 即： 保持 一上升 一 下降， 6 0 0 时失 稳韧度较常温时上升 6 6 ， 而断裂能值下降3 5 。 王宝义 ： 破碎方式对石屑混凝土抗盐冻性 能的影 响 3 破碎方式对石屑混凝土抗盐冻性能的影响 王宝义 ( 黑龙江省纺织工业设计院， 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 主要研究了颚式和反击式两种破碎方式所得的石屑对混凝土抗盐冻性能的影响。试验研究结果 表明： 随着石屑取代率的增大， 混凝土抗盐冻性能呈现先提高后降低的趋势， 掺量为 6 0 时混凝土的抗盐冻性能 最好， 鄂式破碎石屑混凝土的抗盐冻性能优于反击式破碎石屑混凝土； 石屑中的石粉含量对混凝土的抗盐冻性能 影响显著， 石粉的最佳含量为7 5 。 【 关键词】 石屑； 破碎方式； 混凝土； 抗盐冻性能 【 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 ) 0 1 0 0 0 3 0 2 O引言 随着混凝土工程建设 规模的扩大， 砂的需求量亦逐年 增加， 对其质量要求也不断提高。而天然河砂是不可再生 资料， 因此， 必须考虑采用其它材料代替河砂。目前主要有 两类 ， 一类是采用海砂或山砂 ， 另一类是采用石屑。海砂的 氯离子含量较高， 需冲洗后才能使用， 若直接使用会对建筑 物的寿命带来严重影响， 山砂资源较少 ， 不宜作为替代河砂 的主要途径。石屑是在机械加工碎石的过程中产生的副产 品， 约为碎石产量的 2 0 一3 0 ， 作为石料场的废弃堆积 物， 既占用场地又污染环境 。自2 O世纪 印 年代开始， 许多砂少石多地区便采用石屑来配制水泥砂浆和低强度等 级混凝土， 如今， 以石屑代替天然砂配制的混凝土在实际工 程中大量应用 J 。石屑的推广应用既可避免滥采滥挖， 保 护耕地， 又能给采石场减少环境污染 ， 给建筑单位带来经济 效益， 也减少了不合格的河砂进入建筑市场 ， 有利于提高建 筑工程质量。因此， 用石屑代替河砂具有很高的经济和社 会价值。 目前， 对于石屑混凝土还缺乏系统的研究 ， 尚存在许多 需要解决的问题， 不同破碎方式生产的石屑颗粒分布、 石粉 含量等物理性能指标波动较大， 对混凝土性能的影响程度 也不同。在北方， 冬季撒盐除冰带来的混凝土盐冻破坏现 象十分普遍， 因此 ， 文中着重研究鄂式和反击式两种破碎方 式生产的石屑对混凝土抗盐冻性能的影响。 1 原材料及混凝土配合比 表 1 细 集 料 基 本 性 能 参考文献 【 1 R I L E M D r a f t R e c o m m e n d a t i o n( 5 O F C M) D e t e r m i n a t i o n o f t h e f r a c t u r e e n e r g y o f mo r t a r a n d c o n c r e t e b y me a n s o f t h ree p o i n t b e n d t e s t s o n n o t c h e d b e a m s J M a t e r i a l s a n d s tr u c t u re s ， 1 9 8 5 ，1 8 ( 1 0 6 ) ： 2 8 5 2 9 o 2 D I Y T 5 3 3 2 2 0 0 5 ， 水工混凝土断裂试验规程 s 3 Z h a n g B ， B i c a n i c N ， P e a r e e C J 。 B al a b a n i e G R e s i d u a l f r a c tu r e p r o p e r ti e s o f n o r m a l a n d h i s h - s t ren g t h c o n c ret e s u b j e c t t o e l e v a t ed t e m p e r a t u r e s J M a g a z i n e o f C o n c re t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 5 2 ( 2 ) 4 N i e l s e n C V ，B i e a n i c N R e s i d u a l f ra c t u re e n e r g y o f h i g h p e r - f o n n a n c e a n d n o r m a l c o n c re t e s u b j e c t t o h i g h t e m p e ra t u re s J R 1 L E M M a t e r i al s a n d S t r u c tur e s ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 2 6 2 ) ： 5 l 5 5 G a i f e i P e n g ， We n Wu Y a n g ， J i e Z h a o ， ir e F e n g L i u ， S o n g Hu a Bi a n，Li Ho n g Z h a o Ex pl o s i v e s p a ll i n g a n d res i d u al me c h a n i e al p r o p e r t i e s o f fi b e rt o u s h e n ed h i g h p e rf o rm a n c e c o n c r e t e s u b j e e t t o h i s h t e m p e r a t u re s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， ( 3 6 ) ： 7 2 3 7 2 7 6 S h i L a n g X u ， H a n s W Rei n h a r d t D e t e rmi n a t i o n of d o u b l e K c rit e rio n f o r c rac k p r o p a g a t i o n i n q u a s i b rit t l e fr a c t u r e ，P a r t I I I ： Co mp a c t t e n s io n s p e c i me n s and wedg e s p l i t t i n g s pec i me n s I n t e r - n a t i o n a l J o u r n a l of F rac ture。1 9 9 9。9 8： 1 7 9 收稿日期】 2 0 1 1 - 0 9- 2 6 【 作者简介 黄伟( 1 9 8 7一 ) ， 男， 江西上饶人， 硕士， 研究方 向： 混凝土抗火 。