冻融后引气再生混凝土与钢筋黏结性能的试验研究.pdf

2 0 1 5 年 第 9期 ( 总 第 3 1 1期) N u mb e r 9 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORET【CAL R ES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 9 0 0 8 冻融后引气再生混凝土与钢筋黏结性能的试验研究 商 帅 ， 李玉朋 ，王晓明 。朱国栋 ( 1 青岛理工大学 土木工程学院， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ； 2 山东省蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心， 山东 青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 通过在再生混凝土中添加引气剂配制出引气再生混凝土， 并制作了不 同直径钢筋 一引气再生混凝土中心拔 出试件 。 将 试件放在冻融环境为淡水与盐浓度为 5 的人工海水中进行了2 5 、 5 0 、 7 5次快速冻融循环 ， 然后对未经冻融循环作用以及经过不 同次数冻融循环作用的中心拔 出试件进行了黏结性能试验研究。 试验中测试了钢筋与混凝土间的黏结强度 、 黏结滑移 ， 观察了 试件开裂形态随施加荷载、 钢筋直径、 冻融循环次数的变化情况 。 依据试验结果， 分析了钢筋直径、 冻融循环次数对黏结强度、 黏 结滑移的影响规律。 试验表明， 随着冻融循环次数的增加 ， 钢筋与混凝土黏结力逐渐下降， 峰值荷载减小， 峰值滑移量变大 ， 且在 海水中冻融的试块黏结力损失更为严重。 关键词 ： 引气再生混凝土 ； 快速冻融循环 ； 引气剂； 黏结强度； 黏结滑移 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 5 ) 0 9 0 0 2 7 0 4 E x p e r i me n t a l s t u d y on b o n d b e h a v i o r 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 a n d r e i n f o r c e d b a r a f t e r f r e e z i n g t h a wi n g c y c le s S HANG Hu a J s hu a i 一， LI Yu pe n g ， W ANG Xi a o mi n g ， ZH U Gu o d o n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e rin g ， Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y ， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， Ch i n a ； 2 Co l l a b o r a ti v e I n n o v a ti o n C e n t e r o f E n g i n e e ri n g Co n s t r u c t i o n a n d S a f e t y i n S h a n d o n g Bl u e E c o n o mi c Z o n e ， Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3， C h i n a ) Abst r a c t： By a d d i n g a i r e n tra i n i n g a g e n t i n t h e r e c y c l e d c o n c r e t e a n d f o r mul a t e d e n t r a i n i n g r e c y c l e d c o n c r e t e， t h e n I p r o d u c e d d i f f e r e nt d i a me t e r s t e e le n t r a i n i n g c e n t e r p u l l o u t o f r e c y c l e d c o n c r e t e s p e c i me n s Th e s p e c i me n we r e 2 5， 5 0， 7 5 ti me s f a s t e r fre e z i n gtha wi n g c y c l e i n t h e e n v i r o n me nt t h a t i s f r e s h wa t e r a n d s a l t c o nc e n t r a t i o n o f 5 a r t i fic i a l s e a wa t e r ， a n d the n t he s e c e n t e r p u l l s pe c i me ns wha t i s wi t h o u t t he e f f e c t o f f r e e z i n g - t ha wi ng c y c l e s a n d t h r o u g h t h e d i f f e r e n t n u m b e r o f f r e e z i n g - t h a wi n g c y c l e we r e s t u d i e d bo n di n g p r op - e i e s Ex p e rime n t t e s t e d t h e b o n d s tre n g th an d b o nd s l i p b e t we e n s t e e l a n d c on c r e t e， o b s e r ve d s p e c i me n c r a c k i n g f o r m wi t h a p p l i e d l oa d， t h e b a r d i a me t e r a n d the c h an g e s o f fre e z i n gtha wi n g c yc l es Ba s e d o n t e s t r e s u l t s ， i t a n a l y z e d the s t e e l b ar d i a me t e r， fre e z i n g an d tha wi n g c y c l e s o n t h e e f f e c t o f bo n d s t r e n g th a n d t h e b o n ds l i p Te s t s s ho w tha t wi b t he i n c r e a s e i n f r e e z i n gtha wi ng c y c l e s s t e e l an d c on c r e t e bo n d s tre n g t h d e c r e a s e s ， t h e p e a k l o a d d e c r e a s e s ， the p e ak s l i p b e c o me s l arg e， a nd the s p e c i me n o f fre e z i n g a n d t ha wi ng i n s e a wa t e r a d h e s i o n l o s s i s mo r e s e rio us Key wor ds： e n tra i n i n g r e c y c l e d c o n c r e t e； r a p i d fre e z i ngtha wi n g c yc l es ； aire n t r a i e d a g e n t s ； b o n d s tre n g t h； bo n d s l i p 0 引言 我国建筑物设计使用年限一般为 5 0年， 每年有大量 的混凝土建筑物需要拆除， 从而产生了大量 的混凝土废弃 物。 据统计 2 0 0 5 年 ， 我国废弃混凝土排放总量就已经达到 1 亿 t ， 这其中只有小部分当做路基垫层和地基的回填， 大部 分运往郊区堆放 ， 严重污染了环境。 而再生混凝土 的使用 能很好 的利用这些废弃混凝土， 有利于节约资源 ， 保护环境。 从我国北方沿海地区来看 ， 大坝 、 桥梁 、 码头等混凝土 结构不可避免 的要受到冻融破坏 ， 造成钢筋与混凝土黏结 性能受到损失 ， 从而 导致结构 的过早 破坏 ， 因此开展 冻融 循环后钢筋与再生混 凝土 的黏结性 能研究就显得尤 为重 要 。 安新正 等就通过 试验得 出， 再生混凝土 与钢筋 的黏 结力随着冻融次数 的增 多而降低 ， 且钢 筋直径越大 ， 黏结 力下降越大。 本研究将试块在不 同环境 中经过冻 融后与钢筋 的黏 结力进行了试验 ， 并 且加入 引气剂 来提高 混凝 土的抗 冻 性 。 根据实验结果绘制出了钢筋与再生混凝土试块在淡水 与盐水中冻融后 的黏结 一 滑移曲线 ， 旨为我 国寒冷条件下 再生混凝 土的耐久性设计提供有益 的参考 。 1 试 验 介 绍 1 1试件设计 模具采用 1 5 0 m m立方 体塑料模具 ， 选用 直径为 1 4 、 1 8 mm的螺纹钢。 为保证混凝土与钢筋的黏结长度为7 d ， 在钢筋两端用 P V C管套住 ， 并灌人石 蜡 以免 浇筑 混凝土 收稿 日期： 2 0 1 4 1 2 1 8 基 金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 0 8 2 7 3 ) ； 山东省高等学校科技计划项 目( J 1 2 L G 0 7 ) ； 水资源与水 电工程科学 国家重点实验室开放研究 项 目( 2 0 1 3 B 1 1 3 ) ； 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放研究项目( I WH R S K L 一 2 0 1 3 0 5 ) 2 7 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 重 ， 内部裂缝 电更为严重。 二是由于钢筋 为 1 8 m m 的试块 黏结长度较长 ， 钢筋与混凝 土的接触面积 较大 ， 从 而使得 钢筋对混凝土的环 向拉应力把再生混凝土试块拉裂 。 图 5 劈 裂破 坏试 块 2 3 荷载一 滑移 曲线 在 中心拔 出试验中， 将冻融次数与极 限黏结强度 的关 系绘制成图 6 ， 并建立起黏结强度与冻融循环次数 N 的回 归方程式如 1 、 2 所示 。 茎 姆 撩 鬟 主 嗣 蔗 晕 冻 融循环 次数 次 ( a ) f b、 图 6极 限黏 结强度 与 冻融 次数 的关 系 4 m m 试 块 ： - 0 0 24 61 N + 6 24 0 8 18 m m 试 块 1 =- 一- 0。 。0 219 78 NN + 55 ； c2 采集到试块加 载端 的拉拔力 J P 与加载端 滑移量 S 的 数据 ， 自由端滑 移量作为参考 值 ， P与 S 取 三个试块 中中 问试块 的值 ， 并按照 计算式 = 计算得 到平 均黏结 强 度 ， 其中 为钢筋直径 ， z 为 钢筋与混凝土的黏结长度 。 将 试块冻融后 的 r s曲线进行 函数拟 合 ， 取最优拟合 曲线 如 图7、 图 8 。 2 4 拉 拔结果分析 从 图 6 、 7 、 8中可 以看出 ， 总体来讲两种冻融环境 中的 试块黏结强度都是 随着冻融次数 的增加而降低 ， 而海水中 的试块黏结力损失要大于淡水中试块。 经过 7 5次冻融后 ， 淡水 中的 1 4 m _ n试块黏结力损失约 2 9 6 3 ， 1 8 mm试块 下降 2 5 0 1 ， 而海水 中 1 4 m n l 试块黏结力下降了3 7 0 4 ， 1 8 i r l i n试块下降 3 5 。 发生劈裂破坏 的试块 ， 由于下 降段 很突然 ， 所以只绘制 出其上升段曲线 。 Ur 一ut 淡水2 5 次 一 一 淡水2 5 次 淡水 5 0 次 淡水5 0 次 淡水7 5 次 淡水7 5 次 滑 移量 ram ( a ) J 、 鼻 1 O l 2 3 4 滑移量 mm ( b ) 图 7 钢筋直径 1 4 mm试块冻融后 T一 8曲线 、 。 0 1 2 3 4 5 滑移量 m m ( a ) 海水2 5 次 海水2 5 次 _海水5 O 次 一 一 海水5 0 次 海水7 5 次 - - 海水7 5 次 l 2 3 4 滑移量 m m ( b ) 图 8 钢筋直径 1 8 mm试块冻融后 T S曲线 从 7 一 s曲线 的形 状来 看 ， 两种钢筋直径 的试块 大体 相近 ， 刚开始加载 阶段荷载与 滑移量 基本成线性关 系 ， 随 着荷载的继续增加 ， 滑移量增 长幅度 变大 ， 曲线 由线性 变 为非线性发展 。 达到峰值荷载后黏结强度 降低 ， 滑移量继 续增大 ， 在下降段 的后期 ， 荷载下 降很少但 滑移量却增加 较多。 随着冻融次数的增加 ， 峰值荷载减小 ， 相应 的滑移量 却越多。 淡水中 1 4 r l u n试块经过 2 5次冻融 后 ， 峰值荷 载 29 7 6 5 4 3 2 1 葛、 爆 好桶 6 5 4 3 2 1 口 d 苫_， 跫姆 6 5 4 3 2 1 B d 苫、 巡骤好标 鳖 5 4 3 2 1 O 薹 暖 蚂棵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 对应 的滑移量 为 0 4 4 0 m m， 7 5次后 为 0 4 8 9 mm。 而海水 中的 1 4 mm 试 块 2 5次 冻 融 后 为 0 5 3 9 I n i n ， 7 5次 为 0 6 1 8 mm， 这表明相 同次数 的冻融 ， 海水 中的试块滑移量 要大于淡水中试块。 袁文革 、 冀 晓东 等也做过冻融后混凝 土与钢筋黏 结性能 的研究 ， 与其对 比可以发现 ， 本次试验所 得极 限黏 结力较低 ， 究其原因有多方面的。 其 中最 主要原 因在于加 入引气剂虽然提高了混凝土的抗冻性 ， 但使得试块强度 降 低较多 。 由于试块本 身及 与钢筋 的接触 面上有大 量小气 泡 ， 这就大大降低 了两者之 间的黏结力 。 从 冻融后黏结力 下降情况来看 ， 本次试验所用试块下降幅度要小于以上文 献 ， 原 因在于引气剂提高 了试块 的抗冻性 。 3混凝土与钢筋冻融后黏 结退化 分析 刚开始加载 曲线成线性发展 阶段 ， 再生混凝 土与钢筋 之间的黏结应力 主要 是 由螺纹钢筋与混凝 土之间的化学 胶着力组成。 随着荷载 的增大 ， 曲线 由线性 发展开始变为 非线性发展阶段 ， 在 这期间化学胶着力 开始 丧失 ， 加载端 钢筋与混凝土之间逐渐发生脱离 ， 并且脱离现象 由加 载端 慢慢向 自由端扩展 ， 黏结应力主要 由机械咬合力跟摩 阻力 组成。 相 比线性阶段 ， 非线性 阶段荷 载增 加相 同的情况下 滑移量增大较 多。 经过 多次冻融循环 作用后 ， 再生混凝土 自身受到损伤导致对钢筋凸肋 的咬合作用减弱 ， 同时冻融 循环也使得再生混凝土与钢筋之 问的化学胶 着力减 弱， 从 而整体上降低 了两者之间的黏结力。 4 结 论 ( 1 ) 混凝土 内部产生的损伤随着冻融次数 的增多而变 上接第 2 6页 图 6 反映了实测外掺 Mg O微膨胀混凝土在不 同应变 速率下的标志性应力应变曲线与实测应力应变曲线组合图。 由图 6 选取的损伤本构模型对试验数据进行了拟合 ， 拟合结果有着较好的相容性。 5 结 论 ( 1 ) 外掺 Mg O微膨胀混凝 土的抗压强度 随着应 变速 率的提 高而增大， 表现出明显的率效应。 ( 2 ) 随着 Mg O掺量 的升 高， 混凝土 的极 限抗 压强度 值以及峰值应变表现 出升高 的趋势 。 随着 Mg O活性 的升 高 ， 混凝土的抗压强度的变化规律不明显 ， 说 明 Mg O活性 对于混凝土的强度以及变形影响不大。 ( 3 ) 随着 Mg O活性的增加 ， 混凝土的弹性 阶段表现的愈 加明显。 Mg O掺量对混凝土应力应变曲线的影响不明显。 ( 4 ) 根据试验数据 ， 构建了混凝土损伤本构模型 ， 拟合 分析表明， 新建的损伤本构模型能够较好 的描述混凝 土应 力应变曲线 。 参考文献： 1 陈鹏 飞， 李守义 利用 Mg O混凝土解决重力坝温度应力问题 的应用研究 D 西安： 西安理工大学 ， 2 0 0 7 3 0 严 重， 冻融使得混凝土 内部 开始出现微小裂缝 ， 且 海水 中 的试块 内部变化更大 。 ( 2 ) 对于直径为 1 4 i n m 与 1 8 mm螺纹钢筋的试块 ， 在 淡水 中冻融后都 出现拔 出破 坏 ， 在海水 中冻融 7 5次 后钢 筋直径为 1 8 mm 的试块部分出现劈裂破坏。 ( 3 ) 冻融之后 ， 钢筋与混凝土的黏结力下降 ， 冻融次数 越多， 峰值荷载越低， 滑移量越大。 相比于淡水中的试块， 在海水中冻融的试块 ， 钢筋与混凝 土的黏结力下 降更 多 ， 峰值滑移量也更大。 参考 文献 ： 1 王欣然 含气量对再生混凝土力学性能及抗冻性影响实验研 究 D 哈尔滨： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 1 1- 2 3安新正 ， 易成， 王小学 冻融后钢筋与再生混凝土黏结性能研 究 J 实验力学 ， 2 0 1 3 ， 2 8 ( 2 ) ： 2 2 7 2 3 4 3 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 普通混凝土配合比设计规程 s 北京： 中国标 准出版社， 2 0 1 1 4 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方 法标准 s 北京： 中国标准出版社 ， 2 0 0 9 5 3占宝剑， 盐水侵蚀和冻融对混凝土性能的影响研究 D 武汉： 武汉理工大学 ， 2 0 0 9 6 袁文革 冻融后不同强度混凝土与钢筋黏结性能影响 J 低温 建筑技术， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 2 5 1 2 6 r 7 冀晓东， 宋玉普 冻融循环作用后钢筋与混凝土黏结性能试验 研究 J 大连理工大学学报 ， 2 0 0 8 ， 4 8 ( 2 ) ： 2 4 0 2 4 5 第一作者 ： 商,l0 m ( 1 9 8 0一) ， 男， 副教授 ， 主要从事结构工程、 混 凝土耐久性能研究。 联 系地址 ： 山东省青岛市 市北区抚顺 路 1 1 号 青岛理工大 学 ( 2 6 6 0 3 3 ) 联 系电话 ： 1 3 5 8 9 3 3 0 2 4 5 1- 2 叶青 膨胀型水泥及混凝土的性能与机理研究 D 浙江 ： 浙江 大学， 1 9 9 8 3 E MMO R S W F ， L A O I K O L H o m b y P L C o n tr o l o f c r a c k i n g i n T V A c o n c r e t e g r a v i t y d a ms J P r o c AS C E， 1 9 6 0 ( 1 ) ： 4 8 55 4 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9： 5 3 4 5 3 8 5 陈昌礼 ， 李承木 外掺 Mg O与水泥内含 Mg O在大体积混凝土 中的膨胀效应 J 混凝土， 2 0 0 9 r 6 李承木， 袁明道外掺Mg O微膨胀混凝土筑坝技术应用综述 J 水利水电科技进展 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 5 7 6 3 - 7 3李承木 外掺 Mg O混凝土自生体积变形的长期研究 J 四川 水力发电， 1 9 9 9 ( 6 ) ： 6 8 7 2 8 肖诗云， 林皋， 逯静洲， 等 的影响 J 哈尔滨建筑大学学报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 5 ) ： 3 5 3 9 1- 9 钱济成 ， 周建方 混凝土的两种损伤模型及其应用 J 河海大 学学报 ， 1 9 8 9 ( 3 ) 第一作者 联系地址 联 系电话 通讯作者 联系电话 田为( 1 9 9 1 一) ， 男， 硕士， 从事混凝土结构抗震性能方 面研究。 湖北省宜昌市大学路 8 号( 4 4 3 0 0 2 ) l 8 8 7 2 51 8 2 6 2 彭g 0 ( 1 9 6 3 一) ， 男 ， 教授、 博士生导师 ， 从事混凝土材 料动力性能与结构抗震方面研究。 】 3 9 7 2 6 0 4 4 33 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m