超声回弹综合法推定纤维纳米混凝土强度及经历高温.pdf

第 1 7 卷第 6 期 2 0 1 4年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS Vo I 1 7。 No 6 De C ， 2 0 1 4 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 1 0 2 5 0 6 超声 回弹综合法推定纤维纳米 混 凝 土 强 度及 经 历 高丹盈 ， 李 晗 吉 日 同I r r n ( 郑州大学 新型建材与结构研究中心，河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘 要 ： 通 过 纤维 纳米 混凝 土立 方体 试块 高温 前后 超 声 、 回弹 和 抗压 强度试 验 ， 探 讨 了钢 纤 维 、 纳米 S i O 。和纳米 C a C 0。 对高温前后超 声波速和回弹值 的影响以及 纤维纳米混凝土抗压 强度 、 经历最 高温度与超声波速和回弹值的相互关系 结果表 明： 在混凝土中掺入钢纤维、 聚丙烯 纤维和纳米材 料 ， 改善 了混凝 土微观 结 构 ， 使 高温前后 超 声 波速和 回弹值 均 有 一 定程 度提 高； 纤 维纳 米 混凝 土 高 温后抗压强度与超声波速和回弹值具有良好的相关性 ， 超声回弹综合 法适用于推定纤维纳米混凝 土高温抗压强度及经历最高温度 通过对试验数据的回归分析 ， 建立了超 声回弹综合测强曲线及 推 定经历 最 高温度 的 公式 关 键 词 ：纤维混 凝 土 ；纳 米材料 ；超声 波 ；回弹值 中 图分类 号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 6 0 1 5 Ev a l u a t i o n o f Co mpr e s s i v e S t r e n g t h a n d t h e Hi g he s t Ex p o s u r e Te m pe r a t u r e o f Fi b e r a n d Na no s i z e d M a t e r i a l s Re i nf o r c e d Co nc r e t e b y Ul t r a s o n i c - Re b o u n d Co mb i n e d M e t h o d GAO Dan yi n g ， ( Re s e a r c h Ce n t e r o f Ne w St y l e Bu i l d i n g Ma t e r i a l& S t r u c t u r e LI H at Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t：By t he e xp e r i me nt s of u l t r a s o ni c p ul s e v e l oc i t y，r e b ou nd a nd c o mpr e s s i on，t he e f f e c t o f s t e e l f i b e r a n d n a n o s i z e d ma t e r i a l s o n u l t r a s o n i c p u l s e v e l o c i t y ( UP V)a n d r e b o u n d n u mb e r ( RN)o f f i b e r 8 L n a n o s i z e d ma t e r i a l s r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( F NM RC)b e f o r e a n d a f t e r e x p o s i t i o n t o h i g h t e mp e r a t u r e ，a n d t h e r e l a - t i o ns hi p o f c ompr e s s i ve s t r e ng t h o f FNM RC，t he hi g he s t e x po s u r e t e m p e r a t u r e we r e i n ve s t i ga t e d Te s t d a t a i nd i c a t e s t ha t t he s ui t a bl e u s a ge o f s t e e l f i be r， p o l yp r op yl e ne f i be r a n d na no s i z e d ma t e r i a l s i mpr o ve s t he mi c r o s t r u e t u r e of c o nc r e t e，i n c r e a s e s i t s UPV a nd RN i n c e r t a i n de gr e e Be c a us e t he r e i s a go o d r e g r e s s i v e r e l a t i o n s h i p b e t we e n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d UPV & RN t h e u l t r a s o n i c r e b o u n d c o mb i n e d me t h od i s s ui t a bl e f o r e v a l u a t i n g c o m p r e s s i v e s t r e n gt h a nd t he hi g he s t e xp os ur e t e mpe r a t ur e of FNM RC Ba s e d o n t h e r e g r e s s i o n a na l y s i s o f t e s t da t a，t he ul t r a s o ni c r e bo un d s t r e ng t h c ur v e a n d t h e mo de l f or e va l ua t i ng t he hi gh e s t e x po s u r e t e m p e r a t u r e we r e p r op os e d Ke y wo r ds ：f i be r r e i nf o r c e d c on c r e t e；na no s i z e d ma t e r i a l ；ul t r a s o ni c p ul s e；r e b ou nd v a l ue 混 凝土 是使 用 最 广泛 的建 筑 材 料 ， 一 般 由水 泥 、 砂 、 碎石 和水 拌 和而成 研 究表 明 ， 混凝 土 中掺 入 钢纤 维 能提 高混 凝 土 的强 度 和韧 性 引， 延 缓 微 观裂 缝 发展 ， 改善 宏 观裂缝 形 成后 的延 性 以及 混凝 土 抗爆裂和抗渗性能 混凝土 中掺入纳米粉可 以提 高强度 ， 增加抗 渗透性 引， 控制混凝 土 中钙 的溶 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 2 9 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 0 8 0 6 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 4 3 4 ) 第 一作者 ： 高丹盈( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 河南三门峡人 ， 郑州大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： g d y Z Z U e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 2 6 建筑材料学报 第 1 7 卷 出 ， 有 效 防止混 凝土 的各 种劣 化 纳米粉 可 作 为水 泥相的“ 核心” ， 能不断促进水泥水化口 纤维 纳 米 混 凝 土 ( f i b e r& n a n o s i z e d ma t e r i a l s r e i n f o r c e d c o n c r e t e ， F NMRC ) 是将纤维和纳米粉掺 人混凝土中， 利用微细观复合化方法改性 的新型建 材 ， 具有 良好 的力 学性 能 和耐久性 能 ， 综合 经 济效 益 优 异 1 引， 多用 于 重 要 或 有 特 殊 功 能 要 求 的结 构 中 ， 如高温或腐蚀环境 中的结构或构件 纤维纳米混凝 土结构或构件经历火灾等高温作用后 ， 采用表观和 锤击等检测方法评估其性能存在精度 问题 ， 采用取 芯等有损检测势必对结构产生一定损伤 超声 回弹 综合法较单一的超声或回弹无损检测方法具有精度 高 、 适 用 范 围广 等优 点 ， 在 超声 和 回弹 基础 上 ， 通过 建立超声波速和回弹值与混凝土抗压强度之 间的相 互关系 ， 用超声波 速和回弹值综合反 映混凝土抗压 强度 研究 1 表明 ， 超声回弹综合法适用于高温后 混凝 土 抗压强 度 的评定 本文采用超声 回弹法推定高温后纤维纳米混凝 土抗压强度及其经历 的最高温 度， 建立适合于纤维 纳米混凝土的测强 曲线和计算 公式 ， 为火灾后结构 检测鉴定提供试验依据 1 试 验材料及 方法 试验采用 PO 4 2 5硅酸盐水泥( C ) ； 级配 良好 中砂 ( S ) ， 粒 径 5 2 0 mm 级 配 连 续 的 石 灰 岩 碎 石 ( G ) ； J KH 一 1 型粉状高效减水剂， 掺量 为 7 5 k g m。 ； 钢纤 维 为 AMi 0 4 3 2 6 0 0钢 锭 铣 削 型钢 纤 维 ( S F) ， 长径 比 3 4 3 2 ， 抗 拉 强 度 7 0 0 MP a ； 束 状 单 丝 聚丙 烯纤维 ( P P F) ， 其长约 1 9 mm， 直径 4 8 m， 相对密 度 0 9 1 ， 熔点 1 6 0 ， 掺 量为 0 9 1 k g m。 ； 纳米 二 氧 化硅( NS ) 为 VK S H3 O白色粉末状 ， 杂质含量( 质量 分 数 ) 0 5 ， 平 均 粒 径 3 0 n m， 比 表 面 积 ( 2 0 0 1 0 )m g ， 表 观密度 4 O 6 0 g c m。 ， 烧 失 量 ( 质 量 分 数) 1 ， p H 值 5 0 7 0 ； 纳米 碳酸 钙 ( NC) 为 VK C a 0 1白色 粉末 状 ， 杂质 含 量 1 5 ， 平 均粒 径 1 5 4 0 n m， 比 表 面 积 2 4 3 2 m。 g ， 表 观 密 度 0 6 8 g c m。 ， 烧 失量 1 ， p H 值 8 0 9 0 ； 自来 水 ( w) 试验以钢纤维掺量( 体积分数) 、 纳米粉种类和 掺量( 纳米粉取代水泥 的质量分数 ) 为主要参数 ， 共 设计 了 1 O种纤维纳米混凝土配合 比， 见表 1 ， 括号 中的百分数表示所掺料等量替代水泥的质量分数或 体积分数 表 1 纤维 纳米 混凝土配合 比 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f f i b e r n a n o s i z e d ma t e r i a l s r e i n f o r c e d c o n c r e t e 5 0 5 0 5 0( 1 0 ) 5 0 0( O ) 2 5 ( 0 5 ) 1 0 0( 2 0 ) 2 5( 0 5 ) 5 0( 1 o ) 1 0 0( 2 o ) o( O ) 3 9 0 ( O 5 ) 7 8 o ( 1 0 ) l 1 7 0 ( 1 5 ) 7 8 o 7 8 0 7 8 O 7 8 0 7 8 0 7 8 O 采用边长 1 5 0 mm 的立方体试 块测定抗 压强 度 浇筑试块时， 为使纳米粉和纤维均匀分散于拌和 物 中 ， 采 用 强制 式 搅 拌 机拌 和并 规 范 投 料 和搅 拌 顺 序 拌和前 ， 先将水泥、 纳米粉和减水剂充分混匀 搅 拌机润湿后 ， 加入粗细骨料， 干拌 1 mi n ， 接着加入水 泥、 纳米粉和减水剂的混合物 ， 再搅拌 1 rai n 然后沿 搅拌机作业面均匀撒入钢纤维和聚丙烯纤维 ， 搅拌 3 0 S ， 加水湿拌 1 mi n出料 试块在振动 台上密实成 型 ， 在 ( 2 0 5 ) 的室 内静 置 2 4 h拆 模 ， 标 准 养 护 2 8 d 后取出自然干燥 ， 分别进行 目标温度为 2 5 ， 2 0 0 ， 4 0 0 ， 6 0 0 ， 8 0 0的高温试验 试 验 中， 加 热设备 为箱式 电阻炉 ， 升 温速率 3 3 mi n ， 达 目标温 度后恒温 1 8 0 rai n ， 自动关机停止加热 ， 试块随炉冷却至室温 依据 C E C S 0 2 ： 2 0 0 5 ( 超声 回弹综合法检测混凝 土强度技术规程 和 GB 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 进行 高温前后超声 回弹 试验 和纤 维纳 米 混 凝 土立 方 体 抗 压 强 度试 验 试 验 时 ， 采用 NM- 4 A非 金 属超 声检 测 分析 仪 和 HT 2 2 5 A 0 0 0 O O O 0 0 O O 0 0 O O 0 0 O O O O ；1 l 1i 1 1 1 1 O O 0 0 0 O O O O O O 0 0 O 0 O O O 0 O 化 化 化 他 O O O 0 0 5 O 5 0 O 5 5 5 5 0 7 O 7 5 O 们 曲 O O 0 0 0 O O O 0 O O 0 0 O O O O 0 0 O 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 O 0 0 0 O O O 0 0 O 一 一 一 一 一 一 一 一 一 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 3 0 建筑材料学报 第 1 7卷 ( 2 ) 纤维纳米混凝土高温后抗压强度与超声波 速和回弹值具有 良好 的相关性 ， 超声回弹综合法较 适用于高温后纤维纳米混凝土抗压强度的评定 ( 3 ) 通过对试验数据的回归分析 ， 建立了超声 回 弹综合测强曲线及推定经历最高温度的公式 参 考文 献 ： 1 MI N DE S S S， YOUNG J F， D ARWI N D C o n c r e t e M 2 n d e d U p p e r S a d d l e Ri v e r ： Pr e nt i c e Ha l l ， 2 0 03 ： 1 - 3 2 P E NG Ga i f e i ， B I AN S o n g h u a ， GUO Z h a n q i ， e t a 1 E f f e c t o f t h e r ma l s ho c k d ue t o r a p i d c o o l i n g o n r e s idu a l me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f f i b e r c o n c r e t e e x p o s e d t o h i g h t e mp e r a t u r e s J Co n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 8， 2 2 ( 5 )： 9 4 8 9 5 5 3 CHE N J C， Y ANG H J ， CHE N H W B e h a v i o r o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n mu l t i r a c i a l l o a d i n g J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 3， 8 9 ( 1 )： 3 2 - 4 0 r 4 B ALAGURU P Co n t r i bu t i o n o f f i b e r s t o c r a c k r e d uc t i o n o f c o n c r e t e c o mp o s i t e s du r i n g t h e i n i t i a l a n d f i na l s e t t i n g p e r i o d I- J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 4 ， 9 1 ( 3 ) ： 2 8 0 2 8 8 r 5 HOL S CHE M A CHE R K， R I B AKOV M T E f f e c t o f s t e e l f i b e r s o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e J M a t e r i a l s a n d De s i g n， 2 01 0， 31 ( 5 )： 2 6 0 4 2 6 1 5 6 WANG Z， L I U Y， S HEN R S t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p o f s t e e l f i b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r d y n a mi c c o mp r e s s i o n J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 8， 2 2 ( 5 )： 8 1 卜81 9 7 J O B y u n g w a n ， KI M Ch a n g h y u n ， TAE Gh i h o ， e t a 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f c e me n t mo r t a r wi t h n a n o S i O 2 p a r t i c l e s J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 7， 21 ( 6 )： 1 3 5 1 1 3 5 5 8 CHONG K P， GARB OC Z I E J S ma r t a n d d e s i g n e r s t r u c t u r a l ma t e r i a l s y s t e ms J P r o g r e s s i n S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d M a t e r i a l s ， 2 0 02 ， 4( 4 )： 4 1 7 - 4 3 0 9 GAI T E RO J J ， C AMP I LL O I ， G UE R RE RO A Re d u c t i o n o f t h e c a l c i u m l e a c hi n g r a t e o f c e me n t p a s t e b y a d d i t i o n of s i l ic a n a n o p a r t i c l e s 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 8 ， 3 8 ( 8) ： 1 11 2 - 1 1 1 8 1 O S O B OL E V K， F E R RAD A GUTI I RR EZ M Ho w n a n o t e c h n o l o g y c a n c h a n g e t h e c o n c r e t e wo r l d ： P a r t l E J Ame r ic a n C e r a mi e S o c i e t y Bu l l e t i n， 2 0 05， 84 ( 1 0) ： 7 - 1 4 1 1 1 J E NNI NGS H M， B UL L AR D J W ， THOMAS J J ， e t a 1 C h a r a c t e r i z a t i o n a n d m o de l i n g o f p o r e s a n d s u r f a c e s i n c e me n t p a s t e ： C o r r e l a t i o n s t o p r o c e s s i n g a n d p r o p e r t i e s J J o u r n a l o f Ad v a n c e d Co nc r e t e Te c h n o l o g y， 2 0 0 8， 6 ( 1 )： 5 - 2 9 1 2 Y E Qi n g ， Z HANG Z e n a n ， L I S h e n g ， e t a 1 A c o mp a r a t i v e s t u d y o n t h e p o z z o l a n i c a c t i v i t y b e t we e n na n o S i O2 a n d s i l i c a f u me J J o u r n a l o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y Ma t e r i a t s Sc i e nc e Ed i t i o n， 2 0 0 8， 2 1( 3 )： 1 5 3 1 5 7 1 3 李晗， 高丹盈， 赵军 纤维纳米混凝土力学性能和抗氯离子渗透 性能的研究口 华北水利水电学 院学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 6 ) ： 3 9 4 5 LI Ha n， GAO Da n y i n g， ZHAO J u n Re s e a r c h o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n r e s i s t a n c e o f f i b e r a n d n a n o me t e r ma t e r i a l s r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f No r t h 1 5 3 1 6 1 7 1 8 1 9 2 O 2 1 Ch i n a I n s t i t u t e o f W a t e r Co ns e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c Po w e r ， 2 0 1 2， 3 3( 6 )： 3 9 45 ( i n Chine s e ) 盂宏睿 高温作 用后混凝 土力学性 能及 无损检测 的试验研 究 D 西安 ： 西安建筑科技大学， 2 0 0 5 M ENG Ho n gr u i The r e s e a r c h o f t h e me c h a n i c a l p e r f o r m a n c e a n d i ns p e c t i o n t e c hn o l o g y i n n o d a ma g i n g me t h o d o f f i r e d c o n c r e t e D X i a n： Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o gy ， 2 0 05 ( i n Ch i ne s e ) 吕天启 ， 赵国藩 ， 林 志伸， 等 应用 回弹超 声方 法评定火灾高 温 静置混凝土抗压强度的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 8 ) ： 2 1 2 3 LU Ti a n q i ， ZHAO Gu o f a n， LI N Z hi s h e n， e t a 1 Th e e x p e r i me nt a l r e s e a r c h o n a p p l y i n g r e b o u n d a nd ul t r a s o n i c t o a s s e s s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o f i r e a n d c o n s i d e r e d s t a n d i n g t i me e f f e c t a f t e r f i r e J C o n c r e t e ， 2 0 0 2 ( 8 ) ： 2 1 2 3 ( i n Ch i n e s e ) 阎继红 ， 胡云昌， 林志伸 回弹法 和超声 回弹综合法判定高温后 混凝土抗压强度 的试验研究口 工业建筑 ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 2 ) ： 4 6 4 7 YAN J i h o n g。 HU Yu n c h a n g， LI N Zh i s h e n Ex p e r i me n t s t u d i e s f o c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e d e f i n e d b y r e b o u n d m e t h o d a n d u l t r a s o n i c - r e b o u n d c o m b i n e d m e t h o d a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 2 ) ： 4 6 4 7 ( i n Ch i n e s e ) 胡小芳 ， 胡大为 ， 余爱枝 超 声回弹测强 数据分形 分析法评 价 混凝土 高 温 破 坏 安 全 性 能 J 无 损 检 测 ， 2 0 0 8 ， 3 0( 1 0 ) ： 7 1 1 71 5 HU Xi a o f a n g，H U Da we i ，YU Ai z hi Ul t r a s o n i c r e b o u n d me t h o d d a t a f r a c t a l a n a l y s i s me t h o d f o r h i g h t e m p e r a t u r e d e s t r o y e d c o n c r e t e J No n d e s t r u c t i v e T e s t i n g ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 1 0 ) ： 7 1 1 - 71 5 ( i n Ch i n e s e ) 高丹盈 。 李晗， 杨帆 聚丙烯一 钢纤维增强高强混凝 土高温性能 J 复合材料学报 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 8 7 1 9 3 GAO Da n y i n g， LI H a n， YANG F a n Pe r f o r m a n c e o f p o l y p r o p y l e n e - s t e e l h y b r i d f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a f t e r b e i n g e x p o s e d t o h i g h t e mp e r a t u r e J Ac t a Ma t e r i a e C o mp o s i t a e S i n i c a ， 2 0 1 3， 3 0 ( 1 )： 1 8 7 1 9 3 ( i n Ch i ne s e ) 陈敏 火 灾后 混凝 土损 伤超声 诊断 方法 及应用 研究 D 长 沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 8 CHEN M i n St ud y o n a p pl i c a t i o n a n d me t h o d o f d i a g n o s i n g f l a w i n c o n c r e t e s t r u c t u r e a f t e r f i r e u s i n g u l t r a s o n i c wa v e D Ch a n g s h a： Ce n t r a l So u t h Un i v e r s i t y， 2 00 8 ( i n Ch i n e s e ) 黄奕辉 ， 王全 凤 ， 罗才 松 ， 等 钢纤维 混凝土 的超 声测 强试 验 J 华侨 大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 4 ) ： 3 7 3 3 7 6 HUANG Yi h u i ， W ANG Qu a n f e n g， LUO Ca i s o n g， e t a 1 U1 一 t r a s o n i c s t r e n g t h t e s t o n s t e e l f ib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f Hu a q i a o Un i v e r s i t y： Na t u r a l Sc i e n c e， 2 0 0 5， 2 6( 4)： 3 7 3 3 7 6 ( i n Ch i n e s e ) 曾令军 ， 朱合华 ， 闫治 国， 等 用超声波法评估 纤维对 混凝 土的 抗火作用 J 中国建材科技 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 1 8 2 2 Z E NG L i n g j u n ， Z HU He h u a ， YAN Z h i g u o ， e t a 1 Ap p l i c a t i o n o f u l t r a s o n i c i n e v a l ua t i n g f i r e r e s i s t a n t p e r f o r m a n c e o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C h i n a B u i l d i n g Ma t e r i a l s S c i e n c e& Te c h n o l og y ， 2 0 06 ( 2) ： 1 8 2 2 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m