再生混凝土徐变试验及机理的模型化分析.pdf
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1、第 2 9卷 第 4期 2 O 1 2年 1 2月 建筑科 学与 J o u r n a l 0 f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 29 NO 4 De c 2 01 2 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 1 8 0 7 0 再生混凝土徐变试验及机理的模型化分析 肖建庄 , 范玉辉 ( 同济 大学 建筑工程系 , 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要 : 通过改变再生粗骨料取代率, 对再生混凝土的立方体抗压强度、 棱柱体抗压强度、 弹
2、性模量等 力学性能和收缩徐 变性能进行了试验。在试验研究的基础上 , 通过将再 生混凝 土模型化为单骨料 平面模型 , 建立了再生混凝土徐变的有 限元计算模型 , 利用 ANS YS软件分析 了单轴受压时模型化 再生混凝土的徐 变发展特点, 揭示 了再生混凝土徐变的机理。研 究结果表 明: 再生混凝土的 2 8 d 立 方体抗 压 强度和 弹性模 量随 再 生粗 骨料取 代 率 的增加 而降低 , 再 生 混凝 土的 收 缩和 徐 变 随再 生 粗骨料取代率的增加 而增加; 模型化再生混凝土中由于受到新砂浆、 老砂浆徐变的影响, 随着时间 的推 移 , 砂 浆应 力将 向粗 骨料 转移 ; 利
3、 用 ANS Y S软件 计 算所得模 型化 再 生混凝 土徐 变和 试 验数 据 基 本吻合 。 关键 词 : 再 生粗 骨料 ; 再 生混凝 土 ; 徐 变; 模 型化 分析 ; 抗压 强度 ; 弹性模 量 中图分 类号 : TU5 2 8 文献标 志码 : A Ex p e r i m e n t a n d M e c h a ni s m M o d e l i ng Ana l y s i s o n Cr e e p o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co n c r e t e XI AO J i a n z h u a n g , ( D
4、e p a r t me n t o f B u i l d i n g E n g i n e e r i n g ,To n g j i FAN Yu hu i Uni ve r s i t y,Sha n gh a i 2 0 00 92,Ch i na) Ab s t r a c t :Th e e x p e r i me n t o n c r e e p a nd m e c h a ni c a l p r op e r t i e s o f r e c y c l e d a gg r e g a t e c on c r e t e ( RAC)wa s c o n du
5、 c t e d by va r y i n g t he r e c yc l e d c oa r s e a gg r e g a t e ( RCA ) r e p l a c e me n t pe r c e nt a g e Ba s e d on t he e x pe r i m e nt s t ud y, a f i n i t e e l e me nt mo de l wa s e s t a b l i s he d t o a na l y z e t he c r e e p me c ha n i s m by m o d e l i n g t he r e
6、 c yc l e d c o nc r e t e a s a p l a ne mo de l wi t h o n e a gg r e g a t e The c r e e p of mo d e l e d RAC u n d e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n wa s s i mu l a t e d b y ANS YS s o f t wa r e Th e s t u d y r e s u l t s s ho w t ha t t he 2 8 d c ub e c ompr e s s i v e s t r e n g
7、t h a nd e l a s t i c mo du l i o f RAC a r e r e du c e d wh e r e a s t he s hr i n ka ge a nd c r e e p o f RAC i nc r e a s e wi t h t he i nc r e a s e o f RCA r e p l a c e m e nt p e r c e nt a ge The s i m ul a t i o n r e s u l t s r e v e a l t h a t t he s t r e s s o f ne w mo r t a r a
8、 n d ol d m o r t a r wi l l t r a ns f e r t O t he c oa r s e a g gr e g a t e d ue t O t he c r e e p o f mor t a r The c r e e p o f mo de l e d RAC by ANSYS s of t wa r e i s c o ns i s t e n t we l l wi t h t he e x pe r i m e nt r e s ul t Ke y wo r d s:r e c y c l e d c o a r s e a g gr e ga
9、 t e; r e c yc l e d a g gr e ga t e c on c r e t e; c r e e p;m o d e l i ng a n a l ys i s; c o mpr e s s i ve s t r e n gt h;e l a s t i c mod ul us 引 口 一 般认为混凝土中骨料在外荷载作用下只发生 弹性 变形 , 而不 发生 徐变 ; 混凝 土 的徐 变 主要是 由水 泥浆的徐变引起的, 骨料 的存在对水泥浆 的徐变具 有约束作用 。Tr o x e l l 等 、 K o r d i n a 和 S h i d e l 收稿 日期: 2
10、 0 1 2 1 0 1 7 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 3 4 0 ) ; 教育部新世纪优秀人才 支持计划项 目( NC E T 0 6 0 3 8 3 ) 作者简 介: 肖建庄 ( 1 9 6 8 一 ) , 男 , 山东沂南人 , 教授 , 博 士研究生导师 , 工学博士 , Ema i l : j z x t o n g j i e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 肖建庄 , 等 : 再 生 混凝 土徐 变试验 及机 理 的模 型化分 析 1 9 e r l 4 先后研 究 了不 同类 型骨
11、 料 对混 凝 土 徐变 性 能 的 影响, 发现当骨料不同时 , 混凝土的徐变具有较大差 异 , 骨 料对 混凝 土 的徐 变 会 产 生 很 大 影 响 。这 主 要 是由于不 同类型骨料 的弹性模量不 同, 对水泥浆徐 变约束的效果不同引起 的。文献 1 中给 出了骨料 弹性模 量 和混 凝 土徐 变 之 间 的关 系 曲线 , 表 明 混凝 土的徐变随骨料弹性模量 的增加而降低 , 当骨料弹 性 模 量 大 于 6 0 GP a时 , 骨 料 对 混 凝 土 徐 变 的影 响 可 以忽略 不 计 。在 P i c k e t t 对 混 凝 土 收 缩研 究 的基 础上 , Ne v
12、i l l e等 研究 了骨料含量和水泥浆的徐变 对混凝土徐变的影 响, 认为 昆 凝 土的徐变和水泥浆 的徐 变成 正 比, 而 与骨 料含 量成 反 比 。 再生 混 凝 土 中 , 由于 再生 粗 骨 料 中老砂 浆 的存 在, 使再生混凝 土的徐变 问题变得更加复杂 。一方 面, 老砂浆使再生粗骨料弹性模量低于天然粗骨料 , 降低了骨料对混凝土徐变的约束 ; 另一方面 , 老砂浆 本身也将产生一定 的徐变 , 这些都将增加再生混凝 土的徐变 , 使再 生混凝土 的徐变高于普通 混凝土 。 对 于再 生 混凝 土徐 变 的计 算 而 言 , 怎 样 考 虑 再 生粗 骨料中老砂浆对其徐
13、变的影响成为一个 关键性 问 题 。许多学者对再生混凝 土的徐变进行 了初步研 究 , 结果表明 , 再生混凝土的徐变较同配合 比普通混 凝土高 2 O 6 0 6 。然而, 目前的研究主要是宏 观 上对 再 生粗 骨料 取代率 对 再生 混凝 土徐 变影 响 的 研 究 , 很 少 有关 于 老砂 浆 含 量 对 再 生 混凝 土徐 变 性 能 影 响机理 研究 的报 道 。本 文 中笔者 在对再 生 混凝 土徐变试验研究的基础上 , 通过将再生混凝 土模型 化为单骨料 的平面混凝土模型 , 利用 ANS YS软件 研究 了老砂 浆对 再 生 混凝 土徐 变 的影 响 机 理 , 并 与 试
14、验 结 果进 行 了对 比分析 。 合 比设计规程 ( J G J 5 5 2 O 0 O ) 计算。为 了保证混 凝土中粗骨料体积含量相 同, 再生混凝土的配合 比 在普通混凝土的基础上按体积由再生粗骨料取代天 然粗骨料 , 并加人一定量的附加水 , 再生粗骨料取代 率分别为 5 0 和 1 0 0 , 附加水按再生混凝土 中再 生 粗骨料 质 量 的 3 5 计 算 。混 凝 土 的配合 比如 表 1所 示 。 表 1 混凝土配合 比 Tab 1 M i x Pr o po r t i o ns o f Co nc r e t e k g1T I。 天然粗 再生粗 试块编号 水泥 水 细骨
15、料 减水剂 附加水 骨料 骨料 NC 4 2 6 1 7 O 6 O 9 1 1 5 2 0 4 2 6 0 0 RAC5 O 4 2 6 1 7 O 6 O 9 5 7 6 5 2 9 5 1 1 1 8 7 RAC1 0 0 4 2 6 1 7 O 6 0 9 0 1 O 5 8 5 1 1 3 7 4 注 : R ACS 0 , RAC 1 0 0分 别 为 再 生粗 骨料 取 代 率 为 5 0 和 1 0 0 的 再 生 混 凝 土 。 为了保证 3 种配合 比的混凝土中水泥浆部分水 灰 比相同, 再生混凝土的搅拌方法参考文献 7 中的 搅拌方法 , 先将再生粗骨料和附加水投入搅拌机
16、搅 拌 1 mi n , 静置 1 0 mi n , 之后投入砂 、 水泥和 1 2的 水搅拌 3 rai n , 静置 3 mi n , 最后投入剩余材料 , 搅拌 2 m i n。 1 3 试 件 制作 每种配合 比分别制作 9个 1 0 0 mm1 0 0 mm 4 0 0 mm棱 柱 体 试 块 , 3个 1 0 0 mm 1 0 0 mm 1 0 0 mm立方体试块。其 中 3个棱柱体试块用 于测 量极 限抗压强度 以计算徐变试验持荷应力 , 3个棱 柱体试 块用于测量 弹性模 量, 2个用 于徐 变试验 , 1 个用于收缩试验 , 立方体试块用于测量混凝土 的 2 8 d抗压强度
17、。所有试 验在 同济大学先进土木工 程材料 教 育部重 点 实验室 完成 。 1 试 验设计 2试验结果 1 1试 验 材料 水 泥 ( C) 为 海 螺 牌 P 04 2 5 R 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ; 天然 粗骨 料 ( NC A) 为粒 径 5 2 5 mm 连 续 级 配 碎石 , 表观密度为 2 7 3 0 k g I n _ 。 , 吸水率为 0 6 ; 再生粗骨料( Rc A) 为上海某产业化基地生产 , 粒径 为 5 2 5 mm, 连续级配 , 表观密度 为 2 5 1 0 k g m, 压 碎 指标 为 1 2 , 1 0 mi n吸 水 率 为 3 5 , 再 生
18、 粗 骨料 中老砂浆含量 ( 质量分数 ) 为 2 5 5 ; 细骨 料 ( S ) 为天然河砂 , 细度模数为 2 8 ; 水 ( w) 为 自来水 ; 减水 剂 ( S L ) 为 L N8 0 0 R 型减水 剂 。 1 2配合 比 普通混凝土( NC ) 的配合 比根据 普通混凝土配 2 1 力 学性 能 再生混凝土的 2 8 d立方体抗压强度 厂 和弹 性 模量 E 见表 2 。从 表 2可知 , 再生 混凝 土 的 2 8 d 立方体抗压强度和弹性模量随再生粗骨料取代率的 增加而降低 。 2 2收缩 与徐 变试 验结 果 NC, RA C 5 0 , R ACI O 0的收缩 和徐
19、 变 ( 取 2个 测 试结果的平均值) 曲线见图 1 , 2 , 其中, e 为应变, t 为 时 间 。从 图 1 , 2可 知 , 再 生 混 凝 土 的 收缩 和徐 变 都 随再 生 粗 骨 料 取 代 率 的增 加 而 增 加 , 1 2 0 d时 RAC 5 O和 R AC 1 0 0的收缩 比 NC分 别增 加 了 1 7 和 5 9 , 持荷 9 0 d 时RAC 5 0 和R AC1 0 0 的徐 变 比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 建筑科学与工程学报 2 0 1 2年 表 2 再 生混 凝土 2 8 d立方体抗压强度和弹性模量 T
20、a b 2 28 d Cub e Co mpr e s s i ve S t r e ng t h a nd Ei a s t i c M o d ul i Of RAC 试块编号 , 2 8 MP a E MP a NC 3 3 4 3 0 1 O 9 RAC5 0 3 1 3 2 5 9 7 7 RACl 00 2 8 4 2 2 3 7 6 图 1 N C, R A C 5 0 。 R A C 1 0 0收缩变形 曲线 Fi g 1 S hr i nk a g e Cur v e s f o r NC, RAC50 a nd RAC1 00 图 2 NC, RAC5 0, RAC1 0
21、0徐 变 变 形 曲线 Fi g 2 Cr e e p Cur v e s for NC, RAC50 a nd RAC1 00 NC分别增加 了 1 2 和 7 6 , 这些和以往 的试验结 论基本一致 。如 当再生粗骨料取代率分别为 5 0 和 1 0 0 时, 文献 7 中 1 2 0 d时再生混凝土的收缩 量 较普通 混 凝 土 分 别 增 长 2 O 和 6 6 , 持 荷 9 0 d 时再生混 凝 土的徐 变分别 增 长约 2 5 和 6 2 。 3 再生混凝土徐变机理 的模型化分析 3 1 再 生混凝 土模 型化 以往学者对混凝 土的徐变机理进行 了分析, 并 提 出了相应 的徐
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