基于劈拉強(qiáng)度的纖維再生混凝土損傷分析

黃瑤

桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院

基于劈拉強(qiáng)度的纖維再生混凝土損傷分析

黃瑤

桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院

混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度可以通過測(cè)試混凝土結(jié)構(gòu)的劈拉強(qiáng)度損失值來表示，為了研究受荷對(duì)混凝土劈拉強(qiáng)度的影響，對(duì)歷經(jīng)了0%、40%、60%和80%極限抗壓強(qiáng)度荷載歷史后的素混凝土、再生混凝土、聚丙烯纖維再生混凝土進(jìn)行了劈裂抗拉試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，荷載歷史作用下隨著應(yīng)力水平增長，混凝土內(nèi)部損傷不斷積累，極限劈拉強(qiáng)度值降低；用劈拉強(qiáng)度損傷變量反應(yīng)纖維加入減緩損傷的演變規(guī)律，在相同應(yīng)力水平作用是，聚丙烯纖維再生混凝土抵抗損傷的能力略優(yōu)于再生混凝土，彌補(bǔ)再生骨料的缺陷，提高了劈拉強(qiáng)度。

再生混凝土；聚丙烯纖維再生混凝土；應(yīng)力水平；劈拉強(qiáng)度；損傷

1 前言

再生混凝土（Recycled Aggregate Concrete,簡(jiǎn)稱RAC）：是指將廢棄混凝土經(jīng)過清洗、破碎、分級(jí)和按一定比例與級(jí)配混合形成再生骨料（Recycled Aggregate）,部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的混凝土[1]。其中聚丙烯纖維再生混凝土中亂向分布的短纖維主要的作用在阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展和阻滯混凝土宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展，纖維摻入再生混凝土的裂后性能明顯提高，對(duì)其力學(xué)性能抗拉、抗壓強(qiáng)度等起到改善作用。本文針對(duì)聚丙烯纖維再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，探討聚丙烯纖維再生混凝土在荷載歷史作用后的立方體抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的影響。通過分析試件破壞機(jī)理，更全面了解聚丙烯纖維再生混凝土的性能助于實(shí)際工程應(yīng)用。

2 試驗(yàn)概況

2.1 原材料

水泥：桂林興安“海螺”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；水：普通生活用水；天然骨料：天然細(xì)骨料為中砂，天然粗骨料為普通碎石其直徑為5mm～20mm；再生骨料：廢棄混凝土試驗(yàn)梁原始設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，齡期為1年～2年，通過人工破碎加工，去除其試驗(yàn)梁的殘留雜物后，選取再生骨料粒徑范圍為5mm～20mm作為再生混凝土粗骨料。聚丙烯纖維：由長沙市博賽特建筑工程材料有限公司提供，其力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 聚丙烯纖維的基本物理力學(xué)性能指標(biāo)

試件采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方體抗壓試塊，試件澆筑24h后脫模，在濕砂養(yǎng)護(hù)28d，每天灑水保持砂子濕度。整個(gè)試驗(yàn)過程嚴(yán)格參照混凝土試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2.2 混凝土配合比

本實(shí)驗(yàn)配置混凝土為C30強(qiáng)度等級(jí)試樣，Y-1代表素混凝土，Y-2代表摻加30%再生骨料混凝土，Y-3代表摻加30%再生骨料、0.9 kg/m3聚丙烯的聚丙烯纖維再生混凝土，基準(zhǔn)配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2.3 試驗(yàn)方案

抗壓、劈拉試驗(yàn)中，選取三種樣品配比的混凝土立方體試塊按照國家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)先施加單軸荷載測(cè)定試塊的極限荷載fcu和劈拉強(qiáng)度fts。然后分別對(duì)三種樣品配比試塊的豎直方向預(yù)先施加單軸荷載，施荷值分別為40%、60%、80%的極限荷載值；持壓15min后卸載，對(duì)試塊進(jìn)行換面后再測(cè)定試件的極限劈拉強(qiáng)度值。

3 荷載歷史影響下劈拉強(qiáng)度損傷程度分析

（1）三種試件都是隨著加荷后，試件內(nèi)部損傷都不斷積累，導(dǎo)致混凝土極限劈拉強(qiáng)度降低了。當(dāng)預(yù)加應(yīng)力水平小于0.6時(shí)，預(yù)加荷載所造成試件內(nèi)部受損程度較小，裂紋發(fā)展速度緩慢變化不夠明顯；當(dāng)預(yù)加應(yīng)力水平超過0.6時(shí)，試件裂紋數(shù)量顯著增加，若繼續(xù)加壓后，則宏觀裂縫不斷形成，導(dǎo)致構(gòu)件破壞。

（2）在相同荷載歷史作用條件下，預(yù)加0.4應(yīng)力水平作用時(shí)三種試件測(cè)試的損傷數(shù)值相近；隨著應(yīng)力水平從0.4增長到0.6時(shí)，在荷載不斷增長損傷的積累達(dá)到不可恢復(fù)狀態(tài)，構(gòu)件承載能力明顯下降。0.6預(yù)加應(yīng)力水平作用時(shí)，Y-2與Y-1比較其損傷值屬于增長態(tài)勢(shì)，Y-3與Y-2比較其損傷值有減緩，而Y-3與Y-1增長態(tài)勢(shì)相似基本持平；當(dāng)應(yīng)力水平超過0.6時(shí)，聚丙烯纖維加入再生混凝土中使得損傷程度得到減緩，極限劈拉強(qiáng)度值接近素混凝土的極限劈拉強(qiáng)度值。

4 結(jié)語

（1）混凝土承受單軸受壓不同荷載歷史作用后的測(cè)定試件極限劈拉強(qiáng)度值，根據(jù)應(yīng)力水平增加，極限劈拉強(qiáng)度成一定規(guī)律降低。利用極限劈拉強(qiáng)度的損傷值Dts來定義混凝土內(nèi)部的損傷程度是可行的。

（2）素混凝土、再生混凝土以及聚丙烯纖維再生混凝土在荷載歷史影響下，隨著應(yīng)力水平的增加，歷史受荷越大，損傷值越大。損傷程度可在試件極限劈拉強(qiáng)度中體現(xiàn)。

（3）纖維加入在預(yù)加高應(yīng)力水平作用下起到增韌和抵抗損傷的能力的效果。

[1]肖建莊.再生混凝土材料與結(jié)構(gòu)研究新進(jìn)展[J].世界科學(xué),2006(12):29～31.

[2]柴振嶺,王全風(fēng),施養(yǎng)杭.混凝土力學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建筑材料,2005(35):641～644.

廣西高等學(xué)校特色專業(yè)及課程一體化建設(shè)項(xiàng)目--土木工程，（項(xiàng)目編號(hào)GXTSZY232）；2016年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)（201613645016）