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高温后再生混凝土三轴受压本构关系.pdf
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1、第 1 8卷第 6期 2 0 1 5 年 1 2 月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI I DI NG MATERI AI S Vo 1 1 8。 NO 6 De c 2 O1 5 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 9 4 6 0 7 高温后再生混凝土三轴受压本构关系 苏益声 。 , 孟二从 , 陈宗平 , 陈朋朋 ( 1 广西 大学 土木建筑 工程 学 院 , 广 西 南 宁 5 3 0 0 0 4 ; 2 广西 大学 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:对高温后再生混凝土
2、 圆柱体试件( 1 0 O 2 0 0 mm) 进行 了常规三轴加载试验 , 获得 了高温后 再 生混凝 土应 力一 应 变全过程 曲线 , 拟合 了高温后再 生混 凝土 三轴 受压本 构方程 结 果表 明 : 在 单 向 应力下, 高温后再生混凝土应力一 应变全过程曲线有比较明显的尖峰 随着侧向围压的增加 , 高温后 再 生混凝 土应 力一 应 变全过程 曲线逐渐 变得 平缓和 丰满 高温后 再 生混凝 土三 轴受压 本构 关 系曲线 变化趋势与普通混凝 土类似 所拟舍 出的 高温后再生混凝土三轴受压本构方程 能较好拟合试验 结 果 关 键词 : 再 生混凝 土 ; 本 构关 系;三轴 受压
3、 ;应 力一 应 变全 过程 曲线 ;高温 中图分 类号 : T U5 2 8 0 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 5 0 6 0 0 6 Co n s t i t u t i v e Re l a t i o n s o f Re c y c l e d Co n c r e t e u n d e r Tr i a x i a l Co mpr e s s i o n a f t e r Hi g h Te mp e r a t u r e SU Yi s he ng ”,M EN G Er c
4、 o ng ,CH EN Zo n gpi n g ,CH EN Pe n gpe n g ( 1 Sc ho ol o f Ci v i l a n d Ar c hi t e c t ur a l Eng i ne e r i ng,Gua n gx i Uni ve r s i t y,Na nning 5 3 00 04,Chi na;2 Ke y La bo r a t or y of Di s a s t e r Pr e ve nt i on a nd St r uc t ur a l Sa f e t y o f Gua n gxi ,Gu a ng xi Uni v e r
5、s i t y,Na n ni n g 5 30 00 4,Ch i na ) Ab s t r a c t :Cy l i n dr i c a l r e c y c l e d c o nc r e t e s p e c i me n s wi t h t h e s i z e o f 1 OO 2 00 mm a f t e r h i g h t e mpe r a t u r e we r e d e s i g ne d t o c o nd u c t e d c o n v e n t i o n a l t r i a x i a l 1 o a d t e s t 。
6、b a s e d o n wh i c h t he c o mpl e t e s t r e s s s t r a i n c ur v e s we r e a c q u i r e d Th e c o n s t i t u t i v e e q u a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e u n d e r t r i a x i a l c o mp r e s s i o n a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e wa s p r o p o s e d Th e r e s u
7、 l t s s h o w t h a t u n d e r u n i a x i a l s t r e s s ,t h e c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c u r v e o f r e c y c l e d c o n c r e t e h a s o b v i o u s s p i k e ,a n d wi t h t h e i n c r e a s e o f l a t e r a l c o n f i n i n g p r e s s u r e ,t h e c u r v e b e c o me s
8、 s mo o t h a n d p l u mp The c ha n ge t r e n d of c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n c ur v e o f r e c y c l e d c o n c r e t e un d e r t r i a x i a l c o mp r e s s i o n a f t e r hi gh t e m pe r a t u r e i s s i m i l a r t o t he n o r ma l c o nc r e t e Th e f i t t i n g c o ns
9、 t i t u t i v e e q u a t i o n o f r e c y c l e d c o nc r e t e un d e r t r i a x i a l c o m p r e s s i o n a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e a g r e e s we l l wi t h t h e e x pe r i m e n t a l r e s ul t s Ke y w o r d s :r e c y c l e d c o n c r e t e ;c o n s t i t u t i v e r e l
10、 a t i o n;t r i a x i a l c o mp r e s s i o n;c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c u r v e ; hi g h t e m p e r a t u r e 再生 混凝 土是 指利用 废弃 混凝 土破碎 加工 而 成 的再生粗骨料部分或全部代替天然粗骨料所制成的 混凝土 再生混凝土应用不但能有效解决建筑垃圾 和环境污染问题 , 而且还能保护混凝土骨料产地 的 生态环境, 具有显著的经济、 社会与环境效益 近年 来, 国内外学者对再生混凝土的各种力学性能进行 了广泛而深入的研究 引, 但是对其本构关
11、系的研究 还不是很全面 , 并且大多集 中于单轴应力下的本构 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 4 2 1 ;修订 日期 : 2 0 1 4 0 7 1 8 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 4 6 8 0 0 3 ) ; 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 ) ; 广西科学 研究与 技术开发项 目( 桂科转 1 4 1 2 4 0 0 5 1 2 ) 第一作者 : 苏益声( 1 9 5 6 一) , 男 , 湖南醴陵人 , 广西大学教授 , 博士生导师 , 硕士 E ma i l : s u y i s
12、 h e n g s i n a c o rn 通 信作者 : 陈宗平( 1 9 7 5 一 ) , 男 , 广西玉林人 , 广西大学教授 , 博士生导师 , 博士 E - ma i l : z p c h e n g x u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 苏益声 , 等 : 高温后再 生混 凝土三轴受压本构关 系 9 4 7 关 系研 究 目前 对 于再 生混 凝土 结构 的研 究 主要 采 用传 统 的试验手段研究 , 但传统的试验手段需要付 出较大 的经 济 和时 间代 价 近年来 , 随着有 限元 理论 及 计 算 机技
13、术的不断发 展, 利用有限元 软件对材料结构进 行研究分析成为 了一种行之有效 的方法, 它不但节 约了材料结构试验所需 的经济成本 , 也节省 了大量 的试验时间, 但是在对材料结 构用有 限元理论进行 分析 时 , 材料 的 本 构关 系是 决 定 有 限元 分 析 结 果 能 否正确反映材料 结构体 系真实性能 的关键所在 另外 , 在 实 际 结 构 工 程 当 中 , 结 构 构 件 中 的混 凝 土 ( 如钢管 中的混凝土, 螺旋箍中的混凝土等 ) 常处于 三轴受压状态 , 然而 目前对 三轴应力下混凝土力学 性能 的研 究并 不 是很 多 1 再者 , 对 于一 些特 殊 的 结
14、构 , 如冶金和化工车间建筑结构、 烟囱内衬 和外壳 结构等 , 结构构 件 中 的混 凝 土都 处 于高温 工作 状 态 1 3 - 1 5 综上可知 , 对高温后再生混凝土三轴受压本 构关系进行研究是极其必要的 本文对高温后再生混凝土 圆柱体试 件( 1 o o 2 0 0 ram) 进行了常规三轴加载试验 , 获取 了高温后 再生混凝土应力一 应变全过程曲线, 拟合了高温后再 生 混凝 土 三轴 受 压 本构 关 系 , 以 为再 生 混 凝 土 相关 理论研究提供参考 1 试验简 介 1 1 试件设计与制作 试验共设计 了 1 2 0个 1 0 0 2 0 0 mm 圆柱体试 件 ,
15、试件编号为 RC i - j - k , 其中 i 表示再生粗骨料取 代率R( , 质量分数 ) 的取值 ( 0 , 3 0 , 7 0 , 1 0 0 ) , J表 示 温度 t ( ) 的取 值 ( 2 0 , 2 0 0 , 3 0 0 , 4 0 0 , 5 0 0 , 6 0 0 ) , k 表 示侧 向围压 口 2 ( MP a ) 的 取值 ( 0 , 5 , 1 0 , 1 5 , 2 0 ) 混 凝土拌和物为人工拌制, 其设计强度为 C 3 0 , 配合 比 如表 1所示 , 其中拌和水( W) 为 自来水 , 砂为普通天 然黄砂 , 水泥( C ) 为海螺牌 PO 3 2
16、5 R级水泥 , 天 然粗骨料 ( 堆积密度 1 5 2 3 k g m。 ) 为连续级配卵石 , 再生粗骨料( 堆积密度 1 3 4 7 k g m。 ) 为某教学楼废 旧混凝 土经破碎、 清洗、 筛分后得到 , 天然粗骨料与 再生 粗 骨料 的粒 径均 为 5 2 0 mm 试 件浇筑 完 毕后 放进标准养护室 中养护 2 8 d 表 1 混凝土配合比 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e s 1 2 试 件升 温 与加载 过 程 将养护好 的试件置于 RX 。 一 4 5 9工业 电阻炉内, 然后开始升温,
17、达到预定温度后恒温 1 h 取 出试件 并将之置于空气 中自然冷却 , 2 4 h后开始进行常规 三轴 加 载试验 试 件 的升 温 曲线如 图 1所示 图 1 试 件升温曲线 试件采 用 R MT - 2 0 1岩 石与混 凝 土力 学试 验 压力机进 行加 载 试 件加 载装 置及 受力模 型分 别 见图 2 ( a ) , ( b ) 为 了获取试 件受力全 过程 的应 力 ( ) 一 应变 ( ) 曲线 , 试验采 用荷载 和位移混合控 制 的加载 制 度 , 即先 按 预 定 设 计 值 施 加 侧 向 围 压 ( a 2 ) , 同时按 1: 1比例施 加竖 向荷载 ( ) , 此
18、后保 持侧向围压恒定 , 采 用位移控制 的加 载制度( 加载 ( a ) Lo a d i n g d e v i c e ( b ) F o r c e mo d e l 图 2 试件 加载装置和受 力模 型 Fi g 2 L o a d i n g d e v i c e a n d o r c e m o d e l f o r s p e c i me n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 4 8 建筑材料学报 第 1 8卷 速率 0 0 1 mm s ) 施 加竖 向荷载 , 直 至 试件 破 坏 对 试验机 自动采集 的各试件受力全过程轴 向荷载
19、一 位 移 曲线进 行 相 关 处 理 , 得 到 试 件 应 力 一 应 变 全 过 程 曲线 2 试验 结果分析 2 1 应 力一 应 变全 过程 曲线 再生混凝土应力一 应变全过程曲线见图 3 0 3 6 9 1 2 I 5 1 8 2 1 0 5 l O I 5 2 o 2 5 3 O 3 5 4 0 0 5 1 0 I 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 0 5 1 0 l 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 0 5 1 0 l 5 2 0 2 5 3 0 3 5 1 0 l O s xl 0 sx1 0 x 1 0 ( a lI a 2= O MP
20、a ( b ) 0 2 = 5 MP a ( c 】 o 2 = 1 0 MP a 【 d ) o 2 = 1 5 MP a (e ) : 2 0MP a ( 6 ) 6 0 0 图 3 再生混凝土应力一 应变全过程 曲线 Fi g 3 Compl e t e s t r e s s s t r a i n c ur ve s of r e c y c l e d c onc r e t e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 苏 益声 , 等 : 高温后再生混凝土 三轴受 压本构关系 9 4 9 由图 3可 知 : 在 单 向应 力 ( d = =
21、= 0 ) 下 , 再 生 混 凝 土应力一 应变全过程曲线有 比较明显的尖峰 随着侧 向围压 ( 。 ) 的增加, 再生混凝土应力一 应变全过程曲 线 逐渐 变得 平缓 和 丰满 , 峰 部逐 渐抬 高 当侧 向围压 为 5 MP a 时 , 再 生 混 凝 土应 力 一 应 变 全 过 程 曲线 有 较明显的峰点 , 当侧 向围压为 1 0 MP a时, 曲线 峰点 已不是很 明显 , 当侧 向围压 1 5 MP a后 , 曲线 峰点 已很不 明显 从 图 3中读取不 同温度 、 不 同侧 向围压下不 同 再生粗骨料取代率再 生混凝土 的峰值应 力 这 里需特别说明, 有极个别试件在试验结
22、束 时还未 出 现峰值应力 , 对于这些极个别试件, 笔者取试验结束 时的应力作为峰值应力 拟合再生混凝土 : , ; 。 一 , 一 。 ( 。 表示 不 同温度和单轴应力下不同再生粗骨料取代率再生 混凝 土 的峰 值应 力 ) 之 间 的关 系 , 得 到 如 下拟 合 方 程 : 亚一1 +5 3 7 ( 1 ) ; o ; , 一 。 再生混凝土 j , a j 。 一 2 a 。 拟合曲线见 图 4 由图 4可见 , 随着 i , k o 的增加 , 再生混凝土的 o i 。 近乎呈直线上升的趋势 拟合再生混凝土峰值应力一 温度之间的关 系, 得 到如下拟合方程 : ( a ) Un
23、 i a x i a l s t r e s s 2 5 2 0 1 5 b 1 0 5 U l 2 3 4 5 o 如 l q 图 4 。 一 。 。 拟合曲线 Fi g 4 Fi t t i ng c ur ve f o r a i 0 一 2 o ( 1 ) 单轴 应力 下 一再 ( 2 ) 式中: 磊 表示常温( 2 0) 和单轴应力下不同再生 粗骨料 取 代率 再生 混凝 土 的峰值 应力 ( 2 ) 三轴应 力 下 一 ( 3 ) 式中: ; 表示常温 ( 2 0) 和三轴应力下不 同再生 粗骨料取代率再生混凝土的峰值应力 单轴应力下再生混 凝土 。 o ! S 2_ 0 o t拟
24、合 曲 线见图 5 ( a ) ; 三轴应力下再生混凝 土 t 7 ; , z o _ t拟 合 曲线见 图 5 ( b ) 图 5 d 。 一 t , , 2 o _ t 拟合 曲线 Fi g 5 F i t t i n g c u r v e s f o r , 0 一 t , , 2 o _ t 由图 5可知 : 在单 轴应 力 下 , 温 度对 再 生混 凝 土 峰值应力的影响较大 在三轴应力下 , 温度对再生混 凝土峰值应力 的影 响较小 2 2再 生 混凝 土三 轴受 压本 构 方程 按单 向应力 、 侧 向围压为 5 MP a和 1 0 MP a 、 侧 向围压 为 1 5 MP
25、 a 、 侧 向围压 为 2 0 MP a 这 4种 情 况 对不 同温度下不 同再生粗骨料取代率再生混凝土的 ( b ) T r i a x i a l s t r e s s e j , 曲线( 本构关系曲线 , ; , 为峰值应 变) 进 行汇总, 结果分别如图 6 ( a ) , ( b ) , ( c ) , ( d ) 所示 由图 6可以看出, 在单向应力下 , 经不同高温后, 不同再生粗骨料取代率再生混凝土本构关系曲线上 升段变化不大 , 各曲线基本重合, 下降段离散性较大 当围压值为 5 MP a 和 1 0 MP a时, 再生混凝土本构关 系曲线有较 明显 的下 降段 当围压
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