骨料取代率對(duì)再生混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的影響

骨料取代率對(duì)再生混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的影響

在國(guó)外，bairga和kirol指出，不同再生原料提取率下的再生混凝土結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系具有相似的性質(zhì)，但不同的上下段不同。主要cu和gunka通過實(shí)驗(yàn)獲得了不同再生材料提取率下的再生混凝土強(qiáng)度-適應(yīng)性曲線，但沒有給出數(shù)學(xué)公式。盧酯和atseil也對(duì)水泥反應(yīng)的壓力做出了測(cè)試。結(jié)果表明，隨著粗骨料提取率的增加，峰適應(yīng)性的增加會(huì)增加。在中國(guó)，我們對(duì)混凝土氮的強(qiáng)度和其他力學(xué)因素有了很多的研究，但對(duì)混凝土氮的結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究很少，不利于計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)再生混凝土結(jié)構(gòu)。1試驗(yàn)總結(jié)1.1粗骨料基本性能水泥為海螺牌32.5R普通硅酸鹽水泥,砂為天然黃砂,拌合水為自來水,天然粗骨料為連續(xù)級(jí)配碎石,再生粗骨料由上海某機(jī)場(chǎng)跑道廢棄混凝土加工而成.粗骨料基本性能見表1.1.2混凝土配合比定義再生粗骨料的取代率(r)為再生粗骨料占全部粗骨料的質(zhì)量百分率.本文共考慮了5種再生粗骨料取代率,即r=0,30%,50%,70%,100%.r=0時(shí),即為普通混凝土,作為基準(zhǔn)混凝土,其強(qiáng)度等級(jí)為C30.混凝土的配合比見表2.試塊分尺寸為100mm×100mm×300mm的棱柱體和100mm×100mm×100mm的立方體兩種,其中棱柱體試塊用于應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn),立方體試塊用于抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).試塊共5組,每組包括棱柱體6塊,立方體3塊.1.3剛性試驗(yàn)加載立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)在YE—1850型液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)在LAX-W500型微機(jī)控制電液伺服剛性試驗(yàn)機(jī)上完成.應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)采用4.4×10-5s-1等應(yīng)變控制加載,試驗(yàn)過程中軸壓力和縱向變形均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集,其中縱向變形值為試塊在中部100mm標(biāo)距范圍內(nèi)的壓縮量.每個(gè)棱柱體試塊在正式加載前均進(jìn)行預(yù)加載3次.2試驗(yàn)結(jié)果2.1破壞過程與形態(tài)再生混凝土立方體試塊的破壞形態(tài)與普通混凝土接近,最終形成正倒相連的四角錐,試塊宣告破壞.這里僅給出棱柱體的破壞過程與形態(tài).普通混凝土棱柱體在達(dá)到峰值應(yīng)力之前,試塊上逐漸出現(xiàn)少量豎向細(xì)微裂縫.到達(dá)峰值應(yīng)力后,承載力下降較慢,出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向短裂縫,然后形成斜裂縫.斜裂面與荷載垂線的夾角為58°～64°.再生混凝土棱柱體,超過峰值應(yīng)力后,出現(xiàn)第一條可見裂縫,此裂縫短而細(xì),平行于受力方向.繼續(xù)試驗(yàn),在很短的時(shí)間內(nèi),試塊表面迅速形成貫通的斜裂縫,有的試件還有劈裂聲響.試塊的破壞形態(tài)為斜剪破壞,破壞面與荷載垂線的夾角為63°～79°,明顯大于普通混凝土.從剪切破壞面未看到天然或再生粗骨料斷裂,這一點(diǎn)與輕骨料混凝土不同.再生混凝土試塊的典型破壞過程與形態(tài)如圖1所示.2.2再生粗骨料取代率對(duì)預(yù)應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€的影響圖2給出了實(shí)測(cè)的不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€.每條曲線均取自6塊棱柱體全曲線的平均值.由圖2可以看出,再生粗骨料取代率對(duì)混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€有較大影響,但均由上升段和下降段組成,且存在比例極限點(diǎn)、臨界應(yīng)力點(diǎn)、峰值點(diǎn)、反彎點(diǎn)和收斂點(diǎn).但隨著再生粗骨料取代率的增加,應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€上升段的斜率逐漸減小,表明混凝土的彈性模量降低;下降段變陡,表明材質(zhì)變脆.3試驗(yàn)結(jié)果的分析3.1再生粗骨料取代率fc與混凝土的抗壓強(qiáng)度f(wàn)ps不同再生粗骨料取代率下混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)平均值(已考慮0.95的尺寸效纓系數(shù))見表3.從表3中可以看出,再生混凝土的棱柱體與立方體抗壓強(qiáng)度均有所降低,但隨著再生粗骨料取代率增加,比值fc/fcu增加,這一點(diǎn)和輕骨料混凝土及碎磚無(wú)砂混凝土類似.通過統(tǒng)計(jì)回歸,建議再生混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度(frcrc)與立方體抗壓強(qiáng)度(frcurcu)和再生粗骨料取代率(r)之間的關(guān)系為frc=0.76frcu(ρr2400)(1+rA),R=0.99(1)frc=0.76frcu(ρr2400)(1+rA),R=0.99(1)式中:ρr為混凝土的表觀密度,kg·m-3;A=-89.338r2+131.49r-37.572.R為統(tǒng)計(jì)回歸系數(shù).3.2再生粗骨料彈性模量的影響取應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€上原點(diǎn)及0.4fc點(diǎn)之間的割線模量作為再生混凝土的彈性模量,不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的彈性模量見圖3.由圖3可以看出,再生混凝土的彈性模量較普通混凝土低,當(dāng)再生粗骨料取代率為100%時(shí),彈性模量降低45%.彈性模量降低的主要原因是再生粗骨料的彈性模量較低.通過統(tǒng)計(jì)回歸,建議再生混凝土的彈性模量按下式計(jì)算:Erc=5.5×103√frc(ρr2400)?(1-r2.2876r+0.1288),R=0.99(2)Erc=5.5×103frc??√(ρr2400)?(1?r2.2876r+0.1288),R=0.99(2)式中:Erc為再生混凝土的彈性模量,frc為再生混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度,ρr為再生混凝土的表觀密度,kg·m-3,r為再生粗骨料取代率.3.3再生混凝土c再生混凝土的峰值應(yīng)變見圖4.從圖4中可以看出,隨再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的峰值應(yīng)變?cè)龃?當(dāng)再生粗骨料的取代率為100%時(shí),再生混凝土峰值應(yīng)變(εr0r0)增加約20%.再生混凝土峰值應(yīng)變?cè)黾拥闹饕蚴怯捎谠偕止橇蠌椥阅Ａ康?采用如下所示模式進(jìn)行回歸分析:εr0={0.00076+[(0.626frc-4.33)×10-7]0.5}?(1-rB(r))(3)εr0={0.00076+[(0.626frc?4.33)×10?7]0.5}?(1?rB(r))(3)式中:B(r)為參變量.通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)回歸,得B(r)=65.715r2-109.43r+48.989.3.4再生粗骨料取代率對(duì)混凝土極限應(yīng)變的影響如果取混凝土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系全曲線下降段中應(yīng)力值等于峰值應(yīng)力85%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)闃O限應(yīng)變(εrcurcu),則不同再生粗骨料取代率下混凝土的極限應(yīng)變?nèi)鐖D5所示.由圖5可見,再生混凝土的極限應(yīng)變低于普通混凝土,但是隨著再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的極限應(yīng)變反而增大.當(dāng)再生粗骨料的取代率為100%時(shí),其極限應(yīng)變與普通混凝土基本相同,這一現(xiàn)象值得今后進(jìn)一步研究.4再生粗骨料取代率b以σ/frcrc和ε/εr0r0為坐標(biāo)的應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€見圖6,其中σ為應(yīng)力,ε為應(yīng)變.由圖6可見,曲線的上升段和下降段有明顯的區(qū)別,這里采用過鎮(zhèn)海教授提出的方程進(jìn)行擬合y={ax+(3-2a)x2+(a-2)x3,0≤x＜1xb(x-1)2+x,x≥1(4)將試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù),用最小二乘法計(jì)算擬合,得到各再生粗骨料取代率下待定參數(shù)a和b值見表4,相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別在0.99和0.91以上.由表4可見,再生混凝土的a值比普通混凝土小,而且隨著再生粗骨料取代率增加,a值不斷減小,表明混凝土的彈性模量降低.而再生混凝土的b值比普通混凝土大,且隨著再生粗骨料取代率增加而增大,說明再生混凝土的脆性增大.經(jīng)過統(tǒng)計(jì)回歸,可以得到參數(shù)a和b與再生粗骨料取代率r的關(guān)系為a=2.2(0.748r2-1.231r+0.975),R=0.98(5)b=0.8(7.6483r+1.142),R=0.97(6)分別以r=50%和r=70%為例,利用式(5)和(6)計(jì)算的a和b值,代入式(4),得到的全曲線與實(shí)測(cè)的全曲線對(duì)比(見圖7),經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),二者吻合良好.5再生混凝土比選(1)再生混凝土棱柱體的破壞形態(tài)類似于普通混凝土;再生混凝土的破壞面與荷載垂線的夾角為63°～79°,而普通混凝土的破壞面與荷載垂線的夾角為58°～64°.(2)隨再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的立方體、棱柱體抗壓強(qiáng)度和彈性模量均下降;再生混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值高于普通混凝土;再生混凝土的峰值應(yīng)變值大于普通混凝土;再生混凝土的極限應(yīng)變低于普通混凝土.(3)再生混凝土的單