压应力状态下混凝土抗冻性能的试验研究.pdf
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1、第 1 6 卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI I DI NG MATERI AL S Vol _1 6, No 6 【 ) e C , 2O 1 3 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 6 1 0 5 8 0 5 压应 力状态下混凝土抗 冻性能 的试验研究 罗小勇 , 邹 洪波 , 周奇峰 , 梁 岩 , 王 军 ( 1 中南大 学 土木 工程学 院 , 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ;2 湖 南工程 学 院 建 筑工程 学 院 , 湖南 湘潭 4 1 1 1 0 4 ) 摘要 :通过 对压
2、 力 为 0 , 0 1 0 , 0 2 5 , 0 5 0 , 0 7 5倍 设 计 强度 下混 凝 土抗 冻性 的 比较 , 分析 压 应 力对 混凝 土抗 冻性 能 的影响 结果表 明: 当混凝 土压 应力 比控 制在 0 1 0 0 5 0时 , 随 着压应 力增加 混凝 土 冻融循 环寿命 提 高 ; 当压应 力比提 高到 0 5 0 0 7 5时 , 随 着 压应 力增 加 混 凝土 冻 融循 环 寿命 降 低 ; 在 临近 损坏 时 , 压 应 力越 高 , 相 对动 弹性 模 量下 降越 快 , 其 冻融破 坏 的 突发 性愈 强 ; 混 凝 土表 面 的剥 落损 伤与预 应
3、力大 小无 明显 关 系, 但 与冻 融 次数 关 系较 大 建 立 了不 同预 压应 力下 混凝 土抗 冻预 测模 型 , 通 过计 算对 比 , 证 明该模 型具 有一 定 的工程价 值 关键 词 :受压 混凝 土 ;冻 融 ;耐久性 ;动 弹性模 量 中图分类 号 : TU5 2 8 0 1 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 3 0 6 0 2 4 Ex p e r i m e nt a l S t u d y o n Fr o s t Re s i s t a n t Pr o p e r t
4、 y o f Co n c r e t e a t Pr e s s u r e S t r e s s S t a t e LUO Xi a o y o n g , ZOU Ho n g b o , ZHOUQi f e n g , LI ANG Y a n , WANG J u n 。 ( 1 Sc ho o l o f Ci v i l Eng i n e e r i n g,Ce nt r a l So ut h Un i ve r s i t y,Cha n gs h a 41 0 07 5,Ch i n a; 2 De pa r t me nt o f Bui l d i ng E
5、ng i ne e r i ng,H u na n I ns t i t ut e of Eng i ne e r i n g,Xi a ng t a n 41 1 1 04,Chi na ) Ab s t r a c t :Thr o u g h c o mp a r i s o n a n a l y s i s o f f r o s t r e s i s t a n t p r o p e r t y o f c o nc r e t e u n d e r 0,0 1 0,0 2 5,0 5 0,0 7 5 t i me s d e s i g n s t r e ng t h p
6、 r e s s u r e s t r e s s s t a t e s ,t h e r e l a t i o n b e t we e n p r e s s ur e s t r e s s a n d f r o s t r e s i s t a n t pr o p e r t y o f c o nc r e t e wa s f ou n d I t wa s c o n c l u d e d t h a t t he c o n c r e t e f r e e z e - t ha w c yc l e l i f e wi l 1 i nc r e a s e
7、wi t h t he i n c r e a s e o f c O n c r e t e p r e s s u r e s t r e s s wh e n t h e c o n c r e t e p r e s s u r e s t r e s s r a t i o i S 0 1 00 5 0,bu t wh e n t he s t r e s s r a t i o i n c r e a s e s t O 0 5 00 7 5,t h e c o n c r e t e f r e e z e - t ha w c y c l e l i f e wi l l d
8、e d uc e wi t h t h e i n c r e a s e o f c o n c r e t e p r e s s u r e s t r e s s App r O a c hi n g t he d a ma g e ,t h e h i g h e r t he s t r e s s , t h e r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s d e c r e a s e d f a s t e r 。t he f r e e z e - t h a w d a ma g e i s i n s
9、h o r t e r t i me M e a n whi l e i t wa s f o un d t h a t t h e c o nc r e t e s u r f a c e s p a l l i n g d a ma g e h a s n o o b v i o u s r e 1 a t i o n s hi p wi t h p r e - s t r e s s e d c a p a c i t y,b u t i s r e l a t i v e t o f r e e z e - t h a w c y c l e t i me s Th e c o n c
10、 r e t e f r o s t _ r e s i s t a n t f o r e c a s t mo d e l wa s e s t a b l i s he d a t t h e d i f f e r e n t p r e s s u r e s t r e s s s t a t e s f i n a l l y Thr o u g h c a l c ul a t i n g a n d c o n t r a s t ,i t i s k n o wn t ha t t h e mo d e li S u s e f u l f o r e ng i n e e
11、 r i n g Ke y wo r ds :pr e s t r e s s e d c on c r e t e;f r e e z e t h a w ;d ur a b i l i t y;d y na mi c e l a s t i c mo du l u s 地 处 寒 冷地 区的水 电站 、 工业 厂 房 、 铁 道 桥涵 、 桥梁 及市 政工 程 等 的混 凝 土 , 其 冻 融破 坏 已成 为 建 筑物 老化 病害 的 主要 问题 之 一 , 严 重影 响 了建 筑 物 的长 期运 行和 安 全运 行 】 国 内外 对 混 凝 土 抗 冻性 研究较 多 , 但大多 是无 应
12、力状 态 下的研 究 应 力状 态 下混凝 土抗 冻性研 究则 多集 中于 受拉 状 态 文献 E s 研究发现, 拉应力和弯曲应力的存在可加速混凝 土 的劣 化过 程和 损 伤 程 度 , 而且 这 种 劣 化过 程 和 损 伤程度 会 随着应 力 比的增 大 而 加快 加 深 , 在 荷 载 和 冻融双 因子作 用 下 , 混 凝 土 的损 伤 程度 远 大 于 两个 因子单独作用时损伤程度的叠加 在实际工程中, 很 多 混凝 土 构件 如 柱 、 桥墩 、 预 应 力梁 , 其 混 凝 土处 于 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 6 2 6 ;修订 日期 : 2 0 1 2 - 0
13、 8 1 4 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 4 7 0 ) ; 湖南省教育厅科研资助项 目( 1 2 C 0 6 3 5 , 1 3 B 0 1 6 ) 第一作者 : 罗小勇( 1 9 6 8 ) , 男, 湖南衡南人, 中南大学教授 , 博士生导师 , 博 士 Ema i l : t u d 。 u 0 5 2 2 1 6 3 c。m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 罗小勇 , 等 : 压应力状态下混凝土抗冻性 能的试 验研 究 受压 状 态 , 压 应 力 对 混凝 土抗 冻 性 的影 响显 然有 别 于拉 应力
14、 或无 应力 下 的情 况 因此 , 本文将 通 过对 试 件施 加预 压力 , 研 究 不 同压 应 力 比下 混 凝 土 的抗 冻 性能 1 试 验 1 1 试验 材料 及 配合 比 试 验混 凝土 设计 强度 为 C 4 0 , 水 泥采 用 4 2 5普 通 硅酸 盐水 泥 , 细骨料 为 中河 砂 , 其 细 度模 数 2 6 O , 粗 骨料 为碎 石 , 其 最 大粒径 为 1 5 mm 试验 混凝 土配 合 比见 表 l , 其 2 8 d实 测 强 度 为 C 4 1 , 含 气 量 A 为 l - 1 ( 体积分数) 表 1 试 验混凝 土配合 比 T a b l e 1
15、Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e k g m。 1 2 试 件制 作 结合本文的研究内容 , 考虑到冻融箱的容积 , 制 作 了压应力 比( , 为试件实际压应力 , 为试 件混凝土立方体抗压 强度) 为 0 , 0 1 O , 0 2 5 , 0 5 0 , 0 7 5这 5种 荷 载 等 级 的 5组 试 件 试 件 尺 寸 为 l O 0 mm1 0 0 mm4 0 0 mm, 轴 线位 置预 留孔 道 , 上 下 对称 粘贴 应 变 片 , 采用 高强 度 螺 杆 对 混 凝 土试 件 加 载 另外 , 为 了防止 进入 预 留孔
16、 道 中的水结 冰 膨胀 导致混凝土破坏 , 在高强螺杆与预 留孔中填充泡沫 , 以起卸压作用 , 试件如图 1 所示 图 1 试件示意图 Fi g 1 Sp e c i me n d r a wi n g ( s i z e : ram ) 1 3冻融试 验 方法 采用天津市惠达试验仪器厂生产的 T DR型混 凝 土 快 速 冻 融 设 备 , 在 中 国水 电第 八 工 程 局 材 料 检 测 中 心 , 按 照 GB 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 中 的 快 冻 法 进行 冻 融 循 环 试 验
17、 , 试 件 中心 温 度 分 别 控 制 在 一 ( 1 8 2 ) 和 ( 5 2 ) , 3 h左 右 完 成 1次 冻 融 循环 依据规范 , 当试件的动弹性模量下降 6 0 9 6 或 质 量 损 失 率 达 到 5 , 即 认 为 混 凝 土 破 坏 , 停 止 冻 融 循 环 试验 2试验结果及分析 每 隔 2 0次冻 融循 环测 试试件 横 向基频 和质量 , 然 后分 别通 过式 ( 1 ) , ( 2 ) 计 算 相 对 动 弹性 模 量 和 质 量损 失 率 P 一 1 0 0 ( 1 ) W 一 ( 。 一m ) m。 1 0 0 ( 2 ) 式 中 : P 为 次 冻
18、 融 循 环 后 试 件 的相 对 动 弹 性 模 量 , ; 为 次冻 融 循 环 后试 件 的横 向基 频 , Hz ; 为冻融循 环前试 件 的横 向基频 , Hz ; W 为 n次 冻融 循环 后试 件 的质 量 损 失 率 , ; m 为 次冻 融 循 环 后试 件 的质 量 , k g ; m。 为 冻 融 循 环前 试 件 的初 始 质 量 , k g 本 次 试 验 未 出现 质 量 损 失 率 大 于 5 的情 况 , 而是 以相对 动 弹 性 模 量 下 降 到 6 0 来 作 为 试 件 破 坏 准则 2 1 应力对 动 弹性模 量 的影 响 不 同压应力 比下混凝土的相
19、对动弹性模量见 图 2 不 同冻融循环次数下压应力对混凝土相对动弹性 模量 的影 响见 图 3 三 言 鲁。 崔 号 -J 晷 导 要 0 图 2不 同 压 应 力 比 F混 凝 土 的 相 对 动 弹 性 模 量 Fi g 2 Co nc r e t e r e l a t i ve dy na mi c e l as t i c mod ul u s a t t he di f f e r e nt p r e s s ur e s t r e s s r at i o 从 图 2 , 3可 以看 出 : ( 1 ) 在压 力荷 载和 冻融 双 因 素作 用下 , 混 凝 土 的动 弹 性
20、 模 量 随 着 冻融 循 环 次 数 的增加而降低 ( 2 ) 当压应 力 比控制在 0 1 0 0 5 0 之 间时 , 初始 动 弹性模 量 随压应 力 比的提 高 而增加 , 并且 在 相 同冻 融循 环次 数 下 , 压 应力 比越 高 , 相 对 动 弹性模 量越 高 , 冻融循 环 寿命越 长 ; 当压应 力 比提 高 到 0 5 o o 7 5时, 初始动 弹性模量开始下降, 在相 同冻融 循环 次 数下 , 预压 应 力 的存 在反 而会 降低 混 凝土的相对动弹性模量, 使冻融循环寿命降低 这表 明 , 一定 范 围 内的 预应 力 存 在 能 延缓 混 凝土 冻 融 损
21、伤 , 而超 过这 个 范 围 的预 应 力 则 加 速混 凝 土 冻 融损 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 第 6 期 罗小勇 , 等 : 压应力状态下混凝土抗冻 性能的试验研究 面裂缝 的扩展 , 部 分裂缝 变 宽 、 延 长 此 时 , 由静 压力 产生的微裂缝逐渐延伸 、 扩展 , 并连通成宏观裂缝 总而 言之 , 无 论 是 弯 曲荷 载还 是 压 应 力 荷 载 下 的冻融 循环 , 混 凝 土 的劣 化 均 是 由于荷 载 和 冻 融 循 环 相互 作用 产生 不 同程度 的应力 积
22、 累所致 3 压应 力状态下混凝土抗冻预测模型 3 1 模 型 的建 立 本文根据文献E 7 - 1 , 引入应力 比, 通过 回归分析 建立 了不 同预应 力状 态下 混凝 土耐 久性 指数 的数 学 模 型 不 同压应 力 比试 件 的 冻融 循 环 寿 命 N( 即 混凝 土能 经受 的最 大 冻融 ( 快 冻 ) 循 环次 数 ) 和 耐 久 性 系 数 D F计算值如表 2所示 由表 2可见 , 在各压应力 比下 , 混 凝土 的耐 久性 指 数 均小 于 0 4 , 表 明其 抗冻 性不 好 l_ 8 可见 一 定 的预 压 应 力并 不 能 从 根 本 上 改 善变 混凝 土 的
23、耐久 性 表 2 试件的冻融循 环寿命和耐久性系数 Ta b l e 2 S p e c i me n S f r e e z e - t h a w c y c l e l i f e a n d du r a b i l i t y c o e f f i c i e n t f 0 0 0 1 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 N t i me s 1 3 5 1 4 0 1 6 7 1 9 6 9 0 DF 0 27 0 28 0 29 0 36 0 1 6 文献E 7 采用 多元 回归方法建立了无 压应力下 混凝 土 的 N 与水 胶 比( mw m + ) 、 含 气量 及
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- 关 键 词:
- 应力 状态 混凝土 性能 试验 研究
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