掺矿渣／粉煤灰混凝土的低周疲劳性能.pdf

第 4卷第 3期 2 O O 7年 6月 铁道科学与工程学报 J OUR NA L OF R I l 、 A Y S cI E N CE A ND E NGI NE E RI N G V o I 4 No 3 J u n e 2 ID 掺矿渣 粉煤灰混凝土的低周疲劳性能 郑克仁 - 一 ， 孙伟 ， 刘运华 ，郭丽萍 ( 1 东南大学 混凝土及预应力混凝土结构教 育部重点实验室， 江苏 南京， 2 1 0 0 9 6 ； 2 中南大学 土木建筑学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ； 3 东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 2 1 0 0 9 6 ) 摘要： 测试了水胶比为 0 3 5 ， 矿渣掺量为 3 0 ， 5 0 和 8 0 及粉煤灰掺量为3 0 和 5 0 的混凝土在应力水平 S 0 8 0时 的抗弯疲劳寿命 ， 分别采用热分析法和压汞法测试了胶凝材料组成、 水胶比与相应混凝土配合比相同的硬化浆体的非蒸发 水量和孔隙率。测试结果显示： 在应力水平 SI0 8 5时， 混凝土的疲劳寿命随强度的提 高而提高； 在水胶 比相 同的情况下， 非蒸发量随矿物掺合料掺量而变化， 从而使基体孔隙率产生变化， 影响混凝土强度和低周疲劳性能。基体孔隙率的降低 ， 提 高了基体密实性和基体抑制裂缝扩展的能力， 从而提高了混凝土低周疲劳性能。 关键词 ： 混凝 土； 低周疲 劳； 孔 隙率； 粉煤灰 ； 矿渣 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 0 7 0 3 0 0 4 3 0 5 L o w c y c l e f a t i g u e b e h a v i o r o f c o n c r e t e wi t h mi n e r a l a d mi x t u r e s Z H E N G K e r e n ， 一 ， S U N We i ， L I U Y u n h u a 2 ， G U O L i p i n g s ( 1 K e y L a b o r a to r y o f C o n c r e te a n d P r e s t r e s s e d C o n c r e t e S t r u c t u r e o f Mi n i s t r y o f E d u c a ti o n ，N a n j i n g 2 1 0 0 9 6 ，C h i n a ； 2， S c h o o l o f Ci v i l an d Ar c h i t e c t u r al E n g i n e e r i n g，Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ，Ch a n g s h a 41 0 0 7 5，C h i n a ； 3 D e p a r t me n t o f Ma t e ri a l S c i e n c eE n gi n e e ri n g ，Sou t h e a s t U n i v e r s i t y ， N a i n g 2 1 0 0 9 6 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： n u mb e o f c y c l e t o f a i l u r e o f c o n c r e t e wi t h fi x e d r a t i o o f wa t e r t o b i n d e r o f 0 3 5 a n d wi t h 0 ，3 0 ， 5 0 ，8 0c e me n t r e p l a c e d b y b l a s t f u r n a c e s l a g，3 0 ，5 0c e me n t r e p l a c e d b y f l y ash we re t e s t e d u n d e r h i g h s t res s l e v e l ( S 10 8 O )fl e x u r a l c y c l e l o a d N o ne v a p o r a b l e w a t e r c o n t e n t a n d p o r o s i t y o f p ast e s w i t h t h e s a m e w a t e r t o b i n d e r r a t i o a n d c e me n t rep l a c e me n t s t o c o r r e s p o n d i n g c o n c r e t e mi x t u r e s we r e a l s o t e s t e d b y DS C TG a n d Me r c u r y I n t r u s i o n P o ms i me t ry res p e c t i v e l yTh e r e s u l t s s h o w t h a t f a t i g ue l i f e i n c rease s wi t h t h e i n c r e ase o f s t ren g t h o f c o n c r e t e wh e n s t res s l e v e l S 1 0 8 5T h e n o ne v a p o r a b l e wa t e r c o n t e n t d e p e n d s o n t h e c e me n t rep l a c e me n t l e v e l s wh e n wi t h a fi x e d w a t e r t o b i n d e r rat i o ，h e n c e i n fl u e n c e p o r o s i t y ， s t r e n gth a n d l o wc y c l e f a t i gue b e h a v i o r o f c o n c ret e R e l a t i o n - s h i p b e t we e n p o r o s i t y a n d l o w c y c l e f a t i gu e b e h a v i o r i n d i c a t e s t h a t l o w c y c l e f a t i gu e b e h a v i o r c a n b e i mp r o v e d b y r e d u c i n g t h e p o ros i t y o f t h e ma t r i x Ke y wo r d s： c o n c r e t e；l o w c y c l e f a t i gu e b e h a v i o r ；p o r o s i t y ；fl y ash；b l ast f u rna c e s l ag 混凝土是一种多相 、 多孑 L 材料 。从细观尺度来 看 ， 可以分为集料、 界面过渡区和水泥石 ， 有时还将 细集料与水泥石构成的砂浆统称为基体。通常根 据混凝土材料破坏时疲劳荷载的循环次数大致将 疲劳荷载分为两类 1 ： 高周低幅与低周高幅。高周 疲劳是指应力水平低 、 材料或结构在疲劳失效前应 收稿日期： 2 0 0 6 1 01 7 基金项 目： 国家自然科学基金重点资助项 目( 5 9 9 3 8 1 7 0 ) ； 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室访问学者基金资助项 目 作者简介 ： 郑克仁( 1 9 7 0一) ， 男 ， 湖南隆 回人 ， 博士 ， 讲 师 ， 从事高性能混凝 土 、 先进 土木工程材料 的研究 维普资讯 http:/ 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 O 0 7年 6 月 力循环 次数达 到 N=l o 3 1 0 ， 如机场跑道道 面 ， 公路路面属于这种疲劳模式 。当应 力水平较高 ， 混 凝土破坏前应力循 环次数 N0 8 5 ) 作用下的疲 劳寿命延长 ， 高强度混凝土低 周疲劳性能优于低强度混凝土。 2 ) 在高应力水平疲劳荷载作用下 ， 混凝土的疲 劳破坏以疲劳裂缝在基体中的扩展形成“ 贯穿性裂 缝” 的阶段为主。基体结构是影响混凝土低周疲劳 性能的主要因素 ， 基体孔隙率越低 ， 基体抑制疲劳 损伤的能力越强 ， 混凝土的低周疲劳性能越好。 3 ) 通过提高基体密实程度 ， 减少基体 中的各种 缺陷， 提高基体抑制疲劳裂缝扩展的能力可使混凝 土低周疲劳性能提高。 参考文献： 1 L e e M K ，B a n B I G A n o v e r v i e w o f t h e f a t i g u e b e h a v i o r o f p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ，2 0 0 4，2 6( 4) ：2 9 93 0 5 ， l 2 j T a y l o r H F WC e m e n t C h e m i s t r y l M L o n d o n ：T h o m a s l f n r d t S b l i s h i n g 1 9 9 7 1 3 j S h a h S P ， A h m a d S HH i g h p e rf o r m a n c e c o n c r e t e s a n d a p p l i c a t i o n s l Mj Lon d o n ：E d w a r d A r n o ld ，1 9 9 4 1 4 j K i n J K ， KimYY E x per i m e n t a l s t u d y o f t h e f a t i g u e beh a v i o r o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e J C e m e n t &C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 1 O ) ： 1 5 1 31 5 2 3 5 吴佩刚， 赵光仪 ， 白利明 高强混凝土抗压疲劳性能研 究 J 土木工程学报，1 9 9 4 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 3 4 0 W U Pe i g a n g，Z HAO Gu a n g - y i ，BAI Li mi ngF a t i gue be h a v i o r o f h i g h s t r e n gt h c o n c r e t e u n d e r c o mp r e s s i v e c y c l i c l o a d i n g l J j C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n al，1 9 9 4 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 3 4 U 6 赵光仪 ， 吴佩刚， 詹巍巍， 高强混凝土的抗拉疲劳性能 J 土木工程学报，1 9 9 3 ， 2 6 ( 6 ) ： 1 3 1 9 ZHAO Gu a n g - y i WU P e i g a n g，Z HAN We i we i Th e f a ti gu e beh a v i o r o f h i g h s t r e n gt h c o n c r e t e u n d e r t e n s i o n c y c l i c l o a d - i n g C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n al，1 9 9 3 ，2 6 ( 6 ) ： 1 3 1 9 7 D o M T F a t i gue d e s b t o n s 6 h a u t e s p e r f o r m a n c e s D S h e r b r o o k e：Un i v e r s i t y o f S h e r b roo k e，1 9 9 4 8 龙广成 ， 谢友均， 尹健 ， 等 掺矿物掺合料结构混凝土 性能与其孑 L 隙率的关系研究 J 铁道科学与工程学 报 ， 2 0 0 6 ， 3 ( 3 ) ： 6 5 6 8 L O N G G u a n g - c h e n g， X I E Y o u - j u n ， Y I N J i a n ， e t a1 S t u d y o n r e l a t i o n s h i p be t we e n pr o pe l t i e S a n d po r o s i t y o f c o n c r e t e wi t h h i g h a m o u n t f l y a s h a n d s l a g o n s i t e l J J o u r n al o f R a i l w a y S c i e n c e a n d E n gi n e e ri n g， 2 0 0 6， 3 ( 3 )： 6 5 6 8 9 j N e t a n fi K M， Mo n t e i r o P J M A n e w me t h o d t o o b s e rve t h r e e d i me n s i o ml f r a c t u r e s i n c o n c r e t e u s i n g l i q u i d me t a l poro s i m e t r y t e c h n i que J j C e m e n t& C o n c re t e R e s e ar c h ， 1 9 9 7 ，2 7 ( 9 ) ，1 3 3 3 1 3 4 1 1 0 H s u T T C ， S l a t e F O T e nsi l e b o n d s t r e n gt h bet w e e n a g g r e g a t e a n d c e m e n t p a s t e o r m o r t ar J A C I J o u r n al，1 9 6 3 ， 6 O( 4 )：4 6 54 8 6 1 1 1 j C a c h i m P B ，F i gue i r a s J A ， P e re i r a P A A F a ti gue b e h a v i 【) r o f fi b e r r e i nf o r c e d c o n c r e t e i n c o m p res s i o n J c e me n t & C o n c r e t e C o mpos i t e s ，2 0 0 2 ，2 4( 2 ) ： 2 1 1 2 1 7 1 2 C E B B e h a v i o ur a n d anal y s i s o f r e i nf o r c e d c o n c r e t e s t r u c t ure s u n d e r alt e r n a t e a c t i o n s i n d u c i n g i n e l a s t i c r e s pons e R【 B u l l e t i n d I nfo r m a t i o n ，1 9 9 1 N o 2 1 0 1 1 3 j R I L E M C o m n fi t t e e 3 6一R D L Lon g t e rm r a n d o m d y n a m i c l o a d i n g o f c o n c r e t e s t r u c t u re s J Ma t e r C o n s t r u c t ，1 9 8 4 ， 1 7 ( 9 7 ) ： 1 2 7 1 1 4 j C E B F a t i gue o f c o n c r e t e s t r u c t ure s s t a t e o f t h e a r t r e port R B u l l e t i n d I nfo m m t i o n ，1 9 8 8 ， N o 1 8 8 1 5 H s u T T C F a t i gue and m i c ro c r a c k i n g o f c o n c rct e J Ma t e ri al s and S t r u c t u r e ，1 9 8 4 ，1 7 ( 9 7 ) ： 5 1 5 4 维普资讯 http:/