高温后再生卵石混凝土抗压性能试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 8 期 (总 第2 9 8 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 01 4( T o t a l No 2 9 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE 高温后再生卵石混凝土抗压性能试验研究 苏益声 a ，孟二从 a ，陈宗平 a , b ，陈朋朋 ( 广西大学 a 土木建筑工程学院；b 广西防灾减灾与工程安全重点实验室 ，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要： 为研究高温后再生卵石混凝土的抗压性能， 完成 了 2 4个不 同再生骨料取代率试件经不同高温后的单轴加载试验。 研究结果表明： 随着温度的不断升高 ， 试件颜色逐渐 向银灰色转变， 表面逐渐出现裂缝 、 掉皮等现象 ； 试件的峰值应力 、 峰值应变 、 弹 性模量随着取代率的变化分别在 1 0 、 5 、 1 5 的范围内波动 ； 峰值应力及弹性模量随着温度的上升而逐渐下降， 峰值应变随着温 度的上升而逐渐上升 ； 基于试验数据， 拟合出了相关计算式 ， 可为相关研究提供参考。 关键词： 再生卵石混凝土；抗压性能 ；试验研究 ；高温 中国分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 0 7 8 0 4 E x p e r i m e n t a l s t u d y o n c o m p r e s s i v e p e r f o r ma n c e o f r e c y c l e d p e b b l e c on c r e t e a f t e r h i gh t e mpe r a t u r e SU Yi s h e n g a , b MENGEr c o n g。 CHEN Zo n g pi n g _ _ CHEN P e n g p e n g。 ( a S c h o o l o f Ci v i l a n dAr c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g； b Ke yL a b o r a t o r yo f Di s a s t e r P r e v e n t i o na n d S t r u c t u r a l S a f e t yo f Gu a n g x i ， Gu a n g x i Un i v e r s i ty， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4， Ch i n a ) A b s t r a c t ： T o s tu d y t h e m e c h a n i c a l p e r f o r ma n c e o f r e c y c l e d p e b b l e c o n c r e t e s u b j e c t e d t o h i g ht e m p e r a tu r e ， 2 4 c y l in d r i c a l s p e c i me n s u n d e r u n i a x i a l l o a d i n g c o n d i t i o n wi t h d i ff e r e n t r e c y c l e d a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o a ft e r d i f f e r e n t h i g h t e mp e r a tur e we r e c o mp l e t e d T h e r e s u i t s s h o we d t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f t e mp e r a t m e ， t h e c o l o r o f s p e c i me n s g r a d u a l l y t u rne d t o a y a n d t h e s u r f a c e gra d u a l l y a p p e a r c r a c k s ， pe e l i n g an d o t h e r ph e n o me n a Th e p e a k s t r e s s ， pe a k s t r a i n a nd e l a s t i c mo d u l us c ha n ge d wi th the r e pl a c e me n t r a t i o flu c t ua t e d i n the r a ng e of 1 0 、 5 a n d1 5 W i t ht h ei n c r e a s eo f t e mpe r a t u r e， t h epe a k s tre s san de l a s t i cmod u l us gra d u a l l yde c r e a s e dan dt h epe ak s t r a i ng r a d u a l l yi n c r e a s e d Ba s e d o n e x pe rime nt a l d a t a， r e l a t e d c a l c ul a t i o n f o r mu l a s a r e gi v e n， i t c a n p r o vi d e r e f e r e n c e f o r r e l a t e d r e s e a r c h Key wor ds ： r e c y c l e d p e bb l e c o n c r e t e； me c han i c a l p e r f o rm a n c e； e x p e rime n t a l s tud y； hi g h t e mp e r a t u r e 卵石在我 国分布较广 ， 其作为骨料来源广泛应用于房 屋建筑 ， 道路建设 当中， 卵石表面光滑 ， 没有普通碎石应有 的凹凸面， 从而无法对周围的粗细集料形成稳定 的黏接力 ； 此外 ， 大量的开采卵石 ， 使得其原本周 围的水文环境遭 到破 坏 ， 天然卵石资源 日益枯竭 ； 另一方面 ， 近年来 ， 因地震 、 道 路更新 、 城市化建设等原因所产生的由卵石作为粗骨料 的 建筑垃圾 日 益增多。 大量 的建筑垃圾严重影响了周围环境 ， 给城市生活带来诸多不便 ； 而再生卵石混凝土则是解决上 述问题的有效 手段 。 再生混凝土是指利用废混凝土块破碎 加工而成的骨料 ， 部分或全部代替天然骨料配制而成 的新 混凝土 ， 目前 国内外很多学者 已对再生混凝土的力学性能 进行 了大量的研究 ， 并取得 了一定的成果 - 5 ， 但大都集 中于 常温情况下。 实际工程中， 一些结构常处于高温工作状态， 如冶金和化工车间受高温辐射的结构( 2 0 3 0 0 ) 、 核电站 的压力容器和安全壳( 6 0 1 2 0 ) ， 烟囱内衬( 5 0 0 6 0 0 ) 和 外壳( 1 0 0 3 0 0) 等 6 1 ， 高温会导致再生混凝土力学性能 的劣化 ， 从 而影 响再生混凝土结构 的耐久性 ， 因此对 高温 后再生混凝土的力学特性进行研究是有必要 的。 目前国 内 外对高温后再生混凝 土力学性能的研究很少 ， 并且大多集 中于再生碎石混凝土(7 - 9 ， 关于高温后再生卵石混凝土的研 究则未见报道 ， 而不同类型混凝 土的抗火性能存在较大的 差异f9 ， 为此本研究通过对 不同取代率 的再 生卵石 昆 凝土 经不同高 温后 的抗压强度进行试验研究 ， 分析高温后再生 卵石混凝 土力学性能的变化规律 ， 为再生卵石混凝土的进 一 步理论研究及推广应用提供理论及试验依据。 1试 验 概 况 1 I 试验材料 本 试验 中 ， 砂采 用普 通天 然黄砂 ， 水 泥采用 海 螺牌 P O 3 2 5 R级水泥 ， 拌和水为 自来水 ， 天然粗骨料为连续 级 配的卵石 ， 再生粗骨料来源于某小学某栋服役近 5 0 年的教 学楼混凝 土 ， 经人工破碎 、 筛分 、 清洗 、 晾晒后而得到 ， 天然 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 2 - 2 5 基金项 目：高等学校博士学科点专项科研基金联合资助项 目( 2 0 1 3 4 5 0 1 1 1 0 0 0 1 ) ； 广西理工科学实验 中心重点项 目( L G Z X 2 0 1 1 0 2 ) ； 广西防 灾减灾与T程安全重点实验室项 目( 2 0 1 2 2 D X 0 2 ) 78 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 小从而导致其变形较大的缘故 ； 取代率在 7 0 Ft ,- j 试件的峰 值应变最小 ， 这可能是 因为此时试件弹性模量较大的原因。 3 1 - 3 取代率对弹性模量的影响 对弹性模量 的处理同峰值应力 的方法 ， 图 7 给 出了各 取代率试件的弹性模量及其研究值变化情况 。 3 5 3 0 2 5 害 2 0 1 5 1 0 U 1 U 2U 3U 40 5U 60 7 0 8U 90 l O0 图 7 不同取代率试件的弹性模量研究值 由图 7可以看 出： 试件 的弹性模量 随着取代率 的变化 波动幅度在 1 5 以内； 取代率为 3 0 时试件 的弹性模量最 小 ， 取代率 为 7 0 时试件 的弹性模量最大 ， 这一现象与上 节对峰值应变随着取代率变化原 因的分析相吻合 。 3 2温 度 为使分析研究更加合理准确， 这里采用无量纲化的方 法对试验结果进行处理分析。 3 2 1 温度对峰值应力的影响 图 8 给 出了经不 同温度 后试件 的峰值 应力变化情 况及其拟合曲线 ， 其拟合方程为 ： 1 ) 式中 ； 取代率为 i 的试件经高温后的抗压强度 ； 取代率为 i 的试件在常温下的抗压强度 。 1 5 1 0 j 0 5 0 3 0 7 0 v 1 0 0 拟 合值 ： U l UU 2 UU j00 400 5O0 6 UU 图8不同温度下试件的峰值应力 由图 8可看 出： 试件 的抗压强度随着温度的上升而逐 渐减小 ， 相对而言 ， 在经历 2 0 0 4 0 0高温后 ， 试件抗压强 度变化幅值较小 ， 这主要是因为经历 2 0 0 4 0 0高温后 ， 试 件 内部 自由水逐渐蒸发 ， 试件 内部形成孔隙和裂缝 ， 从而 导致抗压强度下降 ， 并且 由升温 曲线可知 ， 2 0 0 4 0 0的升 温过程很快就完成 ， 而混凝土属于热惰性材料 ， 从而使得 混凝土内部温度相差不是特别大 ， 从而导致试件抗压强度 变化 幅值较小 ； 而 当经历 5 0 0 6 0 0高温后 ， 试件 的抗压 强度迅速下降， 这主要是因为粗骨料和周围水泥砂浆体的 热工性能不一样， 产生变形差和内应力 、 骨料本身受热膨 胀破裂等等原 因， 这些 因素叠合在一起 ， 导致 了试件 的抗 压强度迅速下降。 3 2 2 温度对峰值应变的影响 图 9 给 出了经不 同温度 后试件 的峰值应 变变化情 况及其拟合曲线 ， 其拟合方程 为： s ， 。 = 1 + 3 ( T 1 0 0 0 ) ( 2 ) 式中 ： s 取代率为 i 的试件经高温后的峰值应变 ； 取代率为 i 的试件在常温下的峰值应变 。 ， 图 9 不同温度下试件的峰值应变 由图 9 可以看出： 试件的峰值应变随着温度的升高而 逐渐 上升 ， 这主要 是因为随着 温度的升高 ， 试件 中的水 泥 砂浆及粗骨料逐渐变得酥松 、 试件 内部孑 L 隙水逐渐被蒸发 掉而 出现孔洞等原因， 从而使得其 峰值应变逐渐增加 。 3 2 3 温度对弹性模量的影 响 图 1 0给出了经不 同温度 后试件的弹性模量变化情 况及其拟合 曲线 ， 其拟合方程为 ： Er E 0 9 8 0 0 0 0 6 8 T ( 3) 1 图 1 0 不 同温 度 下试 件的 弹性模 量 由图 l O可以看 出： 随着 温度的上升 ， 试件的弹性模 量 逐渐下 降 ， 这是 因为随着 温度 的升高 ， 试件 内部水分逐渐 被蒸发掉 而形成空隙和裂缝 ， 骨料本身受热膨胀而变得酥 松等原因相互叠合 ， 从而使得其弹性模量逐渐下降。 4 结 i e ( 1 ) 随着 温度 的升高 ， 再生卵石混凝土试件 表面颜 色 逐渐变为银灰色 ， 当温度达 4 0 0 5 0 0 0时 ， 试件表面出现 大量裂缝 ， 当达 6 0 0 0后 ， 试件出现掉皮 、 缺角现象。 ( 2 ) 高温后再生卵石混凝 土的破坏形态与普通混凝土 相似 ， 稍有不 同的是经高温后裂缝破碎带更宽 ； 温度达到 5 0 0后 ， 试件破坏时表面布满龟裂裂缝 ， 温度达到 6 0 0 后 ， 试件破坏时混凝土大面积压酥。 ( 3 ) 高温后再生卵石混凝土的峰值应力、 峰值应变、 弹 性模量 随着取代率 的变化分别在 1 0 、 5 、 1 5 的范围 内 波动 。 下转第 8 7页 8 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 如表 7 所 示 ， E C O H D C C试件在 圆环 约束作用 下发 生了开裂 ， 且 随着抗压强度的增大 ， 弹性模量越大 ， 收缩引 起 的应力也增大。 E C O H D C C试件在 2 8 d 试验结束时 ， 可观测到裂缝数 目仅 2条 ， 且 裂缝宽度最大不超过 1 3 2 Ix m， 而传统 H D C C 在圆环约束作用下试件表面可见裂缝数 目为 1 0 条 1 1 ， 由此 进一步证明了本试验所制备的 E C O H DC C较传统 H D C C 具有更好 的综合抗裂性能。 3结 论 对采用经级配优化 的普通河砂和国产短切粗 P V A纤 维制备 的生态型高延性水泥基复合材料的抗折 、 抗压强度 、 干燥收缩 、 自干燥收缩和圆环约束综合抗裂性能进行 了研 究 ， 结论如下 ： ( 1 ) 通过合理调控水胶 比、 粉煤灰掺量及纤 维体积掺 量 ， 可制备不 同强度等级 的 E C O H D C C， 满 足不同工程应 用场合的要求。 六组 E C O H D C C配合 比的抗压强度在 2 0 6 0MP a之间。 ( 2 ) E C O H D C C的干燥收缩终值在 1 0 4 6 1 2 5 5 8 之 间， E C O H D C C较传统 H D C C具有更低的干燥收缩应变 。 ( 3 ) E C O H D C C的 白干燥收缩应变终值在 6 1 9 8 8 2 8 之间。 ( 4 ) E C O H D C C配合 比在圆环约束作用下裂缝仅 2 条 ， 最 大裂缝宽度 1 3 2 m 。 E C O H D C C较传统 H D C C具有更 好 的综合抗裂性能。 参考文献 ： 【 1 】L I V C T a i l o r i n g E C C f o r s p e c i a l a t t ri b u t e s ： A r e v i e w I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s a n d Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ， 6 ( 3 ) ： 1 3 5 1 4 4 2 】Z HANG J ， G ONG C X， G u o Z L， e t a 1 En g i n e e r e d c e me n t i t o u s c o mp o s i t e w i t h c h a r a c t e r i s t i c o f l o w d r y i n g s h r i n k a g e J J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 4 ) ： 3 0 3 3 1 2 3 】 C HE UN G A K F， L EU NG C K Y S h r i n k a g e r e d u c t i o n o f h i 【g h s t r e n g t h fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t i t i o u s c o m p o s i t e s ( H S F R C C ) w i t h 上接第 8 1页 ( 4 ) 高温后再生卵石混凝土的峰值应力及弹性模量随 着温度 的上升而逐渐下降 ， 峰值应变随着温度的上 升而逐 渐上升 ， 基于试验数据 ， 拟合 出了相关计算式 ， 可为相关研 究提供参考。 参考文献： 【 1 】XI A O J i a n - z h u a n g ， L I A J i a - b i n ， Z HAN G C h i Me c h a n i c al p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e u n d e r u n i a x i a l l o a d i n g J 】 C e me n t a n d C o n e r e t e R e s e a r c h 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 1 1 8 7 1 1 9 4 2 】T AB S H S W ， AB DE L F A T AH A S I n fl u e n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s o n s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e j C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 1 1 6 3 - 1 1 6 7 【 3 】 胡敏萍不 同取代率再生粗骨料混凝土的力学性能 J J 混凝土 ， 2 o 0 7 ( 2 ) ： 5 2 5 4 【 4 】 陈宗平 ， 薛建阳 ， 等 再生混凝土轴心抗压强度试验研究【 昆凝 土 ， 2 0 1 1 ( 9 )： 4 - 1 1 v a r i o u s w a t e r t o b i n d e r r a t i o s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 6 ) ： 6 6 1 6 6 7 4 J Z HANG W Y， MO HAME D Z， YU KI O H I n fl u e n c e o f a g g r e g a t e ma t e r i a l s c h a r a c t e r i s t i c s o n t he d r y i n g s h r i n k a g e p r o pe rti e s o f mo rta r a n d c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 1 3 ， 4 9 ： 5 0 0 5 1 0 【 5 】S AHMARA N M， L AC HE MI M， HOS S AI N K M A， e t a 1 I n t e r n a l c u r i ng o f e n g i n e e r e d c e me n t i t i o us c o mp o s i t e s f o r p r e v e n t i o n o f e a r l y a g e a u t o g e n o u s s h ri n k a g e c r a c k i n l I： 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 9 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 8 9 3 9 0 1 6 】S A HMAR AN M， O Z B AY E， YU C EL H E， e t a 1 F r o s t r e s i s t a n c e a n d mi c r o s t r u c t u r e o f E n g i n e e r e d C e me n t i t i o u s C o mp o s i t e s ： I n fl u e n c e o f fl y a s h a n d mi c r o p o l y - v i n y l - a l c o h o l fi b e r J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 2 ) ： 1 5 6 1 6 5 7 AL R I F A I A， AG GOU N S ， K ADRI A， e t a 1 P a s t e a n d mo rt a r s t u d i e s o n t h e i n fl ue n c e o f mi x d e s i g n p a r a me t e r s o n a u t o g e n o u s s hr i n k a g e o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 201 3， 4 7： 9 6 9 9 7 6 8 L I Y， B AO J L， GU O Y L T h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n a u t o g e n o u s s h ri n k a g e a n d p o r e s t r u c t u r e o f c e me n t p a s t e w i t h mi n e r a l a d mi x t u r e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i al s ， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 1 0 ) ： 1 8 5 5 1 8 6 0 【 9 黄国兴 ， 惠荣炎 ， 王秀军 混凝土徐变与收缩【 M 】 京 ： 中国电力 出版社， 2 0 1 2 ： 2 1 3 2 1 4 1 O 田倩- 1 氏水胶比大掺量矿物掺合料水泥基材料的收缩及机理研 究 D 】 ： 南京 ： 东南大学， 2 0 0 6 1 1 Z HAN G J ， G AO Y， WAN G Z B E v a l u a t i o n o f s h r i n k a g e i n g u c e d c r a c k i n g p e r f o r ma n c e o f l o w s h r i n k a g e e n g i n e e r e d e e me n t i t i o u s c o m p o s i t e s b y r i n g t e s t s J C o mp o s i t e s P a rtB： En g i n e e ri n g ， 2 0 1 3， 5 2 ： 2 1 2 9 作者简介 联 系地址 联 系电话 ： 张丽辉( 1 9 8 9 一 ) ， 女， 硕士研究生， 研究方向： 主要从事 纤维增强水泥基复合材料以及生态型高延性水泥基 复合材料研究。 江苏省南京市江宁区东南大学九龙湖校区材料学院 材化楼一 材料楼 4 0 6 ( 2 1 1 1 8 9 ) 1 58 5 0 6 3 7】 6 3 【 5 】肖建庄 ， 杜江涛 不同再生粗集料单轴受压应力一 应变全曲线 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 1 1 - 1 1 5 6 】 李卫 ， 过镇海 高温下混凝土的强度和变形性能试验研究【 J 1 _ 建 筑结构学报 ， 1 9 9 3 ， 1 4 ( 1 ) ： 8 一 l 6 7 徐明 ， 张牟， 等 高温后再生混凝土抗压强度的试验研究 J 1 _ 混凝 土 ， 2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 4 2 4 4 【 8 谢汇 ， 耿欧 ， 袁江 再生混凝土高温后性能试验研究f J f 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 1 8 2 0 9 肖建庄 ， 黄运标 高温后再生混凝土残余抗压强度 J 1 建筑材料 学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 3 ) ： 2 5 5 2 5 9 【 1 0 过镇海 ， 时旭东 冈 筋混凝土原理和分析【 M 】 E 京 ： 清华大学 出 版社， 2 0 0 3 ： 3 9 5 4 0 0 作者简介 联系地址 ： 联系电话 ： 苏益声 ( 1 9 5 6 一 ) ， 男 ， 教授 ， 博 导 ， 主要从事结构工程 研究。 厂西南宁市广西大学土木建筑工程学院( 5 3 0 0 0 4 ) 1 3 8 0 7 8 l 1 3 9 6 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m