再生混凝土抗彎疲勞性能試驗(yàn)研究

李競釬

摘要：本試驗(yàn)用再生石替代混凝土中天然粗骨料制成再生混凝土。再生粗骨料替代率對(duì)再生混凝土的各項(xiàng)性能有著不可忽視的影響。為了充分了解其性能，本文中對(duì)不同替代率的再生混凝土進(jìn)行彎疲勞試驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)分析其抗彎疲勞性能，并最后得到p′-S-N的疲勞方程。

Abstract： In this experiment， recycled stone was used to replace natural coarse aggregate in concrete to make recycled concrete. The replacement rate of recycled coarse aggregate has a non-negligible effect on the performance of recycled concrete. In order to fully understand its performance， this paper conducted bending fatigue tests on recycled concrete with different replacement rates， and obtained data to analyze its bending fatigue performance， and finally obtained the fatigue equation p′-S-N.

關(guān)鍵詞：再生混凝土;抗彎疲勞試驗(yàn);威布爾分布;疲勞方程

Key words： recycled concrete;bending fatigue test;Weibull distribution;fatigue equation

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0137-02

0? 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年我國總計(jì)產(chǎn)生約15t建筑垃圾，且每年還以16%的速度遞增[1]，利用率卻只有約為5%。使用再生混凝土可有效解決此問題，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。再生骨料替換天然骨料會(huì)使得混凝土性能降低，也有很多學(xué)者對(duì)再生混凝土進(jìn)行了研究，例如Zhi-you ZHANG[2]發(fā)現(xiàn)相對(duì)于普通混凝土，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度下降了20%，張雙燕[3]進(jìn)行了再生骨料替換率對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響研究?？梢婈P(guān)于再生混凝土疲勞性能相關(guān)研究較少。

1? 試驗(yàn)材料

1.1 原材料

水泥：P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。粗骨料：天然再生粗骨料粒徑5～31.5m。細(xì)骨料：普通天然河砂細(xì)度模數(shù)2.65，粒徑<5mm;機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)3.1，粒徑<5mm。粉煤灰：I級(jí)粉煤灰。礦粉：S95礦粉。外加劑：聚羧酸減水劑，減水率為25%，含氣量4.6%。

1.2 配合比

C30混凝土配合比為基礎(chǔ)，具體如表1。

2? 彎曲疲勞試驗(yàn)

2.1 試件設(shè)計(jì)

試樣為標(biāo)準(zhǔn)的150mm×150mm×550mm試樣。已得到抗折強(qiáng)度見表2。疲勞試驗(yàn)采用MTS電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)。應(yīng)變數(shù)據(jù)采集采用東華動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)。同時(shí)采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀對(duì)疲勞試驗(yàn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集頻率為100Hz。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

疲勞壽命結(jié)果見表2。試件的疲勞壽命有較大的離散性，原因是加載應(yīng)力水平對(duì)混凝土壽命的影響較大，再生混凝土內(nèi)部分布不均勻。在應(yīng)力水平較高時(shí)，試件疲勞壽命隨著替代率的增加而減少，原因?yàn)樵偕橇献陨泶嬖诳障遁^多，在較高應(yīng)力水平下裂縫發(fā)展的更加迅速，破壞更快發(fā)生;當(dāng)應(yīng)力水較低時(shí)，試件疲勞壽命隨著替代率的增加而增加，原因?yàn)樵偕橇蟽?nèi)部的空隙吸收了疲勞破壞的一定能量，從而提高了再生混凝土試件的疲勞壽命。而再生混凝土在相同應(yīng)力水平所受到的應(yīng)力較普通混凝土較低，疲勞壽命會(huì)有所增加。

3? 疲勞概率分析

疲勞壽命結(jié)果呈現(xiàn)巨大的離散型。因?yàn)橥紶柗植剂⒗碚摽梢栽谄趬勖植驾^大條件下使用，故選擇威布爾分布為理論基礎(chǔ)研究分析再生混凝土的疲勞壽命數(shù)據(jù)，威布爾分布公式推導(dǎo)參考已發(fā)表論文[4-5]。

表3中相關(guān)系數(shù)均大于0.9，說明了疲勞壽命能滿足雙對(duì)數(shù)疲勞方程的線性要求。限于篇幅，本文僅給出存活率為0.5時(shí)的疲勞方程，供相關(guān)實(shí)際工程應(yīng)用參考。

失效概率為0.5時(shí)，得出疲勞方程如下：

通過以上計(jì)算，得到替代率與極限強(qiáng)度的關(guān)系圖如圖1。

從圖1看出，再生骨料替換率和再生混凝土的疲勞強(qiáng)度呈正比，替換率100%時(shí)最大。再生骨料內(nèi)部存在一定量裂紋導(dǎo)致強(qiáng)度降低，在同應(yīng)力水平下實(shí)際應(yīng)力比普通混凝土要低，與之前所做研究結(jié)果顯示一致[6]，分析原因?yàn)樵诩虞d的過程中再生骨料吸收了一部分能量，使得再生混凝土的總體疲勞強(qiáng)度得到了加強(qiáng)。

5? 結(jié)論

①試件的疲勞壽命都在200萬次之內(nèi)，有著明顯離散型。

②對(duì)試驗(yàn)試件的疲勞壽命進(jìn)行了威布爾概率分布檢測，對(duì)各疲勞壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸后線性相關(guān)系數(shù)都大于0.9，符合威布爾分布規(guī)律。

③研究各配比下的疲勞方程，混凝土的疲勞壽命很好的滿足了雙對(duì)數(shù)疲勞方程的線性要求。

④相對(duì)于普通混凝土，再生混凝土更加適用于路橋等重復(fù)荷載較多的工程。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉堅(jiān)，吳城斌.再生混凝土發(fā)展現(xiàn)狀及性能研究[J].混凝土，2018（06）：148-150.

[2]Zhi-you ZHANG. Experimental Study on the Cubic Compressive Strength of Recycled Sand Concrete[A].2016：4.

[3]張雙艷，馬嘯.再生骨料取代率對(duì)混凝土性能的影響[J].混凝土世界，2019（05）：66-70.

[4]朱海堂，王寶庭，樓志輝，等.鋼纖維再生混凝土斷裂韌度試驗(yàn)研究[A].中國土木工程學(xué)會(huì)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會(huì)纖維混凝土委員會(huì)：中國土木工程學(xué)會(huì)，2008：5.