承载喷射混凝土碳化试验研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 2期 (总 第 3 0 2 期 ) Nu mb e r 1 2i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 2) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES E ARCH 承载喷射混凝土碳化试验研究 同振字 ,牛荻涛 。王家滨 ,张玉 ,罗大明 ( 西安建筑科技大学,陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要: 通过对承载喷射混凝土进行快速碳化试验 , 分析了施工方式 、 钢纤维、 应力水平对混凝土碳化深度的影响规律 , 同时对其 碳化后的力学性能进行了探讨。 试验结果表明, 承载喷射混凝土的碳化深度与碳化
2、时间的平方根成正比; 其抗碳化能力优于同条件 下的浇筑混凝土 , 但是劣于喷射钢纤维混凝土; 弯拉应力水平越高 , 混凝土碳化深度也越大 ; 建立了应力加速因子 与应力水平的 关系。 碳化使喷射混凝土的抗折强度降低, 但掺入钢纤维后 , 其抗折强度相对有所改善。 关键词: 喷射混凝土;碳化 ;抗折强度 ;弯曲荷载 中图分类号: T U 5 2 8 5 3 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 2 - 0 0 1 8 - 0 4 E x pe r i m e n t a l s t u d y o n c a r bo n a t i o
3、n o f s ho t c r e t e un de r b e n d i ng l o a d s TONG Zh e n y u, NI UDi t a o, WANG J i ab i n, ZHANG Yu , LUODa r ni n g ( xi a nUn i v e r s i t yo f Ar c h i t e c t u r e a n dT e c h n o l o g y, Xi a n7 1 0 0 5 5 , C h i n a ) Abs t r ac t : Atie r a c c e l e r a t e d c a r bo n mi o n
4、 e x pe r i me n t o f s h o t e r e t e u n de r b e n d i n g l O a dS t h e i nflu e n c e of c o ns t r u c t i on mod e s t e e l fibe r c o nt e n t a s we l l a s s t r e s s l e v e l o n c a r bo n a t i o n d e pt h wa s a n a l y z e d, an d t h e me c h a n i c a l p r o p e rti e s o f
5、c a r b o n i z e d s h o t c r e t e wa s d i s c us s e d Th e t e s t r e s ul t s s ho w t h a t t h e c a r b o na t i o n d e p t h of s ho t c r e t e u nd e r b e n d i n g l o a d s i s p r o p o r t i o n a l t o t h e s q u a r e r o ot o f c a r b o na t i o n t i me, a nd t h e c a r b
6、o n a t i o n r e s i s t a nc e of s p r a ye d c o n c r e t e i s be t t e r t h a n o r d i n a r y c o nc r e t e un d e r the s a me c o n di t i o ns , b ut i n f e r i o r t o s t e e l fib e r r e i n f o r c e d s h o t c r e t e The hi g h e r fle x ur a l t e n s i l e s t r e s s l e v
7、e l i s , the h i g he r t he d e p t h o f c a r bo n a t i o n c a n be o b s e r v e d The r e l a t i o ns h i p be t we e n s t r e s s a c c e l e r a t i o n f a c t o r a n d the s t r e s s l e v e l i s e s t a b l i s h e dCa r b o na t i o n c a n r e d uc e t h e b e n d i ng s t r e ng
8、 t h o f s h o t c r e t e, h o we v e r , wi th the i n c o r p o r a t i o n o f s t e e l fibe r s, the fle xu r a l s t r e E 【g t h C an b e i mp r o v e d Key wor ds : s h o t c r e t e; c a r bo n a t i o n; fle xu r a l s t r e n g t h; b e n d i ng l o a d s 0 引 言 在一般大气环境下 , 碳化是评定混凝 土结构耐久性能
9、 的重要指标 。 国内外学者从碳化机理 、 碳 化的影 响因素 、 碳 化深度模型等方面对混凝土的碳化性能进行 了大量研究 , 取得 r 显著的成果 。 然而对于喷射混凝 土 , 由于发展较 晚 , 其碳 化耐久性 的研究才刚刚起 步。 樊文熙 对高性能 喷射混凝 土进行碳 化试验后得到 2 8 d 碳化深度达 2 1 2 m m; 贺少辉 2 1对 高性 能喷射钢纤维混凝 土进行 2 8 d 碳化试 验后发现混凝 土基 本没有碳 化 ; IE志杰3 】对纤维喷射混凝 土进行碳化试 验后 认为掺入纤维提高了混凝 土的抗碳化 能力 ; 欧 阳幼玲 的 研究认为 , 从长期 耐久性来看 , 碳化环
10、境 中的钢纤维 混凝 土有一个失效的过程 。 南于结构在服役过程 中往往承受荷载作用 , 但 以上研 究却均没有考虑。 因此 , 为了与实际相符, 本研究进行承载 喷射混凝土的快速碳化试验 , 从施 工工艺 、 钢纤 维 、 应力水 平二 三 个方 面分别对其碳化深度随碳化时间变化的影响规 律进行探讨 , 并对其碳化后的抗折强度作进一步 的分析。 1 承载喷射 混凝 土快速碳 化试验 1 1 原材料及 配合 比 水泥 : 宝鸡 千 阳海螺水 泥有 限责 任公 司生 产 的 P O 4 2 5 级水泥 ; 粉煤灰 : 宝源集团公 司生产 的 I I 级粉煤灰 ; 粗 砂 : 麦积区太禄砖厂生产的
11、河砂, 级配区属 1 区, 细度模数3 4 ; 米石 : 麦积 区格 涯石料场 生产 , 表 观密度 2 6 8 0 k g m , 5 1 0 1T i m 连续 级配 ; 减水剂 : 山西凯迪建材有 限公 司生产 的 K DS P 一 1 聚羧酸盐高性能减水剂 ; 速凝剂 : 山西桑穆斯建材 化工有 限公 司生产 的高效液体无碱速凝 剂 ; 钢纤 维 : 剪切 波浪型钢纤维 , 长度 3 0 mm、 直径 3 mm。 混凝土配合 比见表 1 , 水胶 比为 0 4 3 。 1 2 试件制作 喷射混凝土按照 S L 3 7 7 2 0 0 7 水利水 电工程锚喷支 护技术规范 阁 的要求 ,
12、 加工 1 2 0 0 mmx 5 0 0 m mx 1 2 0 m m 的 木模 , 采用 喷大板法 进行 干喷 , 1 d后拆模并移人养护室 , 1 4 d 后 切割加工 成 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 mm 的试件 , 继 收稿 日期 :2 0 1 4 - 0 6 2 3 基金 项 目 :围家 自然科学基金( 5 1 2 7 8 4 0 3 ) ; 教育部长江学者和刨新 团队发展计 ( I R T1 3 0 8 9 ) 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1混凝 土 配合 比 k g m3 组别水泥 粗砂米石水粉煤灰钢纤维
13、减水剂速凝剂 P O 411 8 9 2 8 9 2 l 9 7 4 6 0 457 1 8 28 PS 41 1 8 9 2 8 9 2 1 9 7 46 50 4 5 7 1 8 2 8 Q ! 三 丝 ! Q : ! 二 注 : MO为浇筑混凝 土; P O为喷射混凝土 ; P S为喷射钢纤维 混凝土。 续养护至 6 0 d 龄期 。 浇筑混凝 土按照 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝 土力学性能试验方法标准 】 的要求 , 采用 1 0 0 m m 1 0 0 mmx 4 0 0 m m塑料模具进行试件制作并养护 至 6 0 d 龄期 。 确定 P O、 P
14、 S 、 MO试件数量分 别为 3 2 、 1 0以 及 1 0个 。 1 3 加 载 方 式 目前存在 的加载方式主要分为 : 杠杆原理加载 、 重 物 加 载 、 千斤 顶 加载 、 拉杆加载 以及弹簧 加载 。 弹簧加载 由 于操作简便 、 不易受 温度变 化的影响 以及 能满 足短期 内 大批量试验 , 成为使用较广的一种加载方式 , 但其对长 期承载状态下的应力松弛不能较好地控制。 本研究对其 进行改进 , 在使用过程 中采用 S H 3 0 k 型数显推拉力计 来 对荷载进行实时监控 , 当数显表荷载读数有 明显变化 时 , 对施 加荷 载进行 调节 , 使 其恢 复到 预设 的荷
15、 载值 , 从 而 减小 因弹簧应力松 弛导致 的荷载损失 。 加载装 置示 意图 见 图 1 图 1 加载装置示意图( 单位: mm) 以 0 2 5 、 0 5 以及 0 7 5 倍初始抗折强度 , 作为三种不 同 的应力水平 , 分别以 A一 0 2 5 、 A 一 0 5 、 A一 0 7 5 来表示 , A可以为 MO、 P O、 P S 。 另 A 一 0 作为对照组 , 代表未加载试件。 1 4试 验 方 法 将 加载 好 的试 件放 入气 候模 拟试 验室 进行 快 速碳 化试 验。 不同施工方式( 喷射 、 浇筑 ) , 不 同钢纤维含量 ( 0 、 5 0 k g m )
16、以及不同应力水平 ( 0 2 5 、 0 5 、 0 7 5 ) 的试 验 , 具体 按照 G B 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 川 进行。 碳化后 的抗折 强度测试 : 当碳化龄期分别达到 7 、 l 4 、 2 8 、 4 2 、 5 6 d时 , 取出相应的试件 , 根据文献 6 在 压力试验 机上进行测试。 碳化深度测量 : 将抗折试验破坏后的试件断面上残存 的粉末刷去 , 喷上浓度为 1 的酚酞酒精溶液 ( 酒精溶液含 2 0 的蒸馏水 ) , 并对试块 的受拉区进行碳 化深度 的测量 。 具体方法参照文献 7 进行。 2
17、碳化 深度试验结果 与分析 承载喷射混凝 土受拉 区碳化深度试验结果见表 2 , 其 随碳化龄期的变化规律 如图 2 、 3 、 4 所示。 表 2 碳化深度试验结果 m m 碳 化龄期 , d 图 2 施工方式对碳化深度的影响 O l 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 O 碳 化龄期 , d 图 3钢纤维对碳化深度的影响 0 l 0 2U 3 0 40 50 60 碳化 龄期 d 图 4 应力水平对碳化深度的影响 混 凝土碳化 深度随着碳 化龄期 的增 长而增长 , 并且 初期增长较快 , 后期 逐渐变缓 。 如 喷射 混凝 土在 0 5应力 水平下 , 0 1 4 d时碳 化深 度增
18、 长 了 4 0 5 m m, 1 4 5 6 d碳 化深度增长 了 2 7 4 m m, 前 者速率较后者要 大。 其主要原 因为 : 随着碳 化 的进行 , 碳 化产物 不 断填充 混凝 土 内部 孔隙 , 阻 碍 了二 氧化碳 的扩 散通道 , 使得碳 化后 期速 率 逐渐减小 。 通过对试 验数据进行拟合发现 , 承载 昆 凝土碳化深度 与碳化时间的平方 根呈正 比。 其关系可 以用式 ( 1 ) 表示 。 x = k 、 了 式中: 碳化深度 ; 碳化 时间; 碳化速度系数 。 不同组别对应的 值与相关系数 z 如表 3 所示: l 9 7 6 5 4 3 2 1 目 隧 器 9 8
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