活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究.pdf
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1、第33卷,第2期 201 2年3月 中国铁道 科 学 C H I N AR A ILW A YSCIEN C E V0133N o2 M arch,2012 文章编号:10014632(2012)02003805 活 性 粉 末 混 凝 土 的 常 规 三 轴 压 缩 性 能 试 验 研 究 余自若,秦鑫,安明拮 ( 北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044) 摘要:通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度 特征和变形规律。结果表明:围压60M Pa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破 坏,围压为65M Pa时,破坏表现出挤
2、压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力一应变曲 线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、 弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速 度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律, 此阶段的体积应变表现为压缩。 关键词:活性粉末混凝土;常规三轴试验;围压;三轴抗压强度;应变 中图分类号:U 44418文献标识码:Adoi:103969j issn1001463220120207 露天环境中的铁路混凝土桥梁在周围大气
3、环境 的作用下,随着服役时间的延长,混凝土的耐久性 及桥梁的安全度降低,而桥梁的维修又存在着成本 高、影响交通等诸多问题。活性粉末混凝土的出现 为解决上述问题提供了新的途径。活性粉末混凝土 是材料堆积最密实理论与纤维增强理论相结合的先 进水泥基复合材料1,与常规混凝土相比,它不仅 具有超高的强度和韧性(抗压强度100230M Pa, 断裂能2000040000Jnl -2)陪4| ,还具有超高 的耐久性( 300次冻融循环质量损失率接近0,氯 离子渗透系数在100C以下)1导7和优异的抗疲劳 性能8。这些性能使得活性粉末混凝土非常适合用 于铁路预应力混凝土桥梁结构及其相关附属结 构睁10。但这
4、类结构中的混凝土多处于明显的多轴 应力状态,要合理地进行活性粉末混凝土的结构设 计,必须掌握该材料在多轴应力状态下的力学性 能。本文对活性粉末混凝土试件进行不同围压下的 常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土三轴受力 状态下的力学性能。 1试验概况 考虑到试验机加载吨位的限制和引伸计的尺 收稿日期:20111007;修订日期:20120110 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51108019) 作者简介:余自若(1980一),女,贵州兴义人,讲师,博士。 寸,活性粉末混凝土常规三轴受压试件采用高为 100m m 、直径为50 m m 的圆柱体,每立方米活性 粉末混凝土原材料用量见表1。试件成
5、型后先在75 高温养护箱中养护72h,然后移至标准养护室 养护,至28d龄期取出进行试验。 表1每立方米活性粉末混凝土原材料用量kgi n_3 查塑壁塑互墓壁堑笙垄丛垄旦型 706160】250】20 6324 活性粉末混凝土常规三轴压缩试验在XTR01 型微机控制电液伺服岩石三轴试验机上进行,加载 方式如图1所示,试件所受轴向压应力0- 。由试验 机的加载头直接施加,围压0-,通过油压室中的油 压施加。采用试验机配套的Y SY 60626三维引 伸计分别测量试件的轴向和径向应力一应变全曲 线。在物理对中之后,先对试件进行轴向预压,再 进行围压预压;随后施加围压0-,至设计的围压值, 保持此围
6、压不变,施加轴压03直至试件破坏,试 验的加载制度如图2所示。本次试验选用0,20, 25,40,45,60和65M Pa共7种不同的围压。加 载时,为了避免由于泊松效应的影响而使试件的受 力状态失真11| ,试件和加压板之间放置减摩垫(2 片厚2m m 聚四氟乙烯板中间加二硫化钼油膏) , 第2期 活性粉末混凝上的常规t轴压缩性能试验研究 以消减试件表面的摩擦。 幽1试件受力彤式 2试验结果及分析 图2加载制度 2 1破坏形态 图3给出了活性粉末混凝土试件的三轴受压破 坏形态。当围压d,60M Pa时,试件的破坏形态 基本一致,试件表面出现一条从上端面延伸至下端 面的斜向主裂缝( 图3( a
7、) ,这是由于围压的存 在,阻止了裂缝沿垂直m 方向的发展呈柱状压坏 的趋势,使由最大主压应力引起的裂缝斜向发展且 与成较小的角度,破坏形态主要表现为主压应 力产生的纵向劈裂缝引发的劈裂破坏。当围压较 大,O -,一65M Pa时,破坏后的试件表面出现几个 斜向裂缝面,沿斜裂缝面有剪切错动和碾压破碎的 痕迹,而且试件中部在方向向外膨胀(见图3 (b) ,表现出一定的挤压流动特征。对于所有试 件,由于钢纤维的作用,试验后的试件均裂而不 散,断裂面处的钢纤维脱黏拔出,没有拉断。 圆 ( a) o- I 乓60M Pa(b)研-65M Pa 图3试件的破坏形态 22应力一应变全曲线 图4是不同围压下
8、活性粉末混凝上试件轴向应 力应变全曲线,由此得到的强度和变形特征值见 表2。 从图4看出,在不同的围压F,活性粉末混凝 土试件的臆力应变曲线的形状相似可将其分为 4个阶段。 第1个阶段为压密阶段,03oO 15。刚 2000 4000 6000 8000 应变10 6 图4轴向应力应变全曲线 表2活性粉末混凝土常规三轴压缩强度和变形特征值 注:为活性粉末混凝土的常规气轴抗压强度;为活性粉末混 凝土的单轴抗压强度,此处取- o时的值,即147M Pa; “为轴向峰值应变,是试件达到峰值强度时对应的应变;E 为弹性模量。 开始加载时,试件只受围压a,的作用,轴向不受 约束,产生大致平行于径向的微裂
9、缝,但由于此时 应力水平不是很高(o15后开始稳定发展,直至达到峰值应变 之前(。e。1)都较为稳定,在此阶段,体积应 变表现为压缩。图8反映出在稳定阶段,活性粉末 混凝土的割线泊松比K 基本表现出随着围压的增 4000 3000 2O oo 毛l000 G 0 一lO oo 一2000 一3000 - 4000 。 : 。 一一 。、 -二I乏 三 二 : 二 二 一 一 i r一一i i -i 02040608 10:12 1 句c :j 01=20M Pa j。 。o 1=60M Pa 、 4 图9体积应变变化规律 大而减小的规律。而到达峰值应变(e。e。1)之 后,随着活性粉末混凝土内
10、部不稳定裂缝的发生和 发展,泊松比迅速增长,此时体积压缩变形达到极 值,不再继续缩选。当。e。1112时,泊松 比达到05,体积应变开始表现为膨胀。 3结论。 ( 1) 在围压60M Pa时,活性粉末混凝土的 常规三轴压缩破坏形态主要表现为主压应力产生的 纵向劈裂缝引发的劈裂破坏。当围压等于65M Pa 时,试件的破坏表现出挤压流动特征。 (2)在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试 件的应力一应变曲线形状相似,可分为压密、弹 性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段。 (3)在本文试验范围内,随着围压的增大,活 性粉末混凝土的常规三轴抗压强度有显著的提高, 且抗压强度与围压呈良好的线性关系,但活性粉
11、末 混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混 凝土缓慢。活性粉末混凝土的弹性模量和轴向峰值 应变也随围压的增大而近似线性增长。线性拟合关 系相关性良好。 (4)在泊松比稳定发展后至峰值应变之前,活 性粉末混凝土的割线泊松比基本表现出随着围压的 增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为 压缩。 参考文献 1 R I C H A R DP,CH EY R EZY姚Com posi t i onofReacti vePow derConcr eteJ C em ent andConcret eResear ch, 1995,25(7):1501- 1511 2D U G A TJ,RO U XN
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