活性粉末混凝土与普通混凝土黏结劈拉性能.pdf
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1、第 3 8卷第 3 期 2 0 1 6年 3月 铁 道 学 报 J OURNAL OF THE CHI NA RAI L W AY S OCI ETY Vo 1 3 8 No 3 M a r c h 2 01 6 文章 编 号 :1 0 0 1 - 8 3 6 0 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 1 2 7 - 0 6 活性粉末混凝土与普通混凝土黏结劈拉性能 贾方方 , 贺 奎。 , 王 万金。 , 安 明枯 , 路振 宝。 ( 1 北 京交通大学 土木建筑工程学院 ,北京 1 0 0 0 4 4 ; 2 北京建工集团有限责任公司 博士后科研工作站 , 北京1 0 0 0 5 5 ; 3
2、北京市功能性 高分子建筑材料 工程技术 研究中心 北京市建筑工程研究 院有 限责任公 司, 北京 1 0 0 0 3 9 ) 摘要:采用立方体黏结劈拉试件研究 活性 粉末 混凝 土中钢纤 维掺量 、 界 面黏结方式 、 试件浇筑形 式及普通 混凝 土强度 等级对活性粉末混凝土一 普通混凝土黏结劈拉性 能的影 响 , 分析 两者之 间 的黏 结机理 。试 验结果 显示 , 活 性 粉末混凝土一 普通混凝土界面黏结 良好 , 破 坏形式有黏结面破 坏、 黏结 面破 坏+普通 混凝 土开裂及 普通混 凝土 破裂 3种 ; 活性粉末混凝土 中的钢纤维可 提高界面粗糙 度和机 械咬合力 , 有阻裂抗 裂
3、作用 , 增加钢纤 维掺量 使黏 结劈裂强度增大; 以劈裂面作为黏结面能够提高活性粉末混凝土一 普通混凝土黏结界面的粗糙度, 黏结劈拉强度 高于以 自然面黏结的试件 ; 水平浇筑 的黏结劈 拉强度值 大于竖向浇筑 , 约为竖 向浇筑 的 1 1 1 3倍 ; 普通混 凝土 强度的提高使得黏结劈拉强度增大 。 关键词 : 活性粉末混凝 土一 普 通混 凝土黏结 ; 黏结劈裂强度 ; 黏结机理 ; 界 面粗糙度 中图分类号 : U2 l 1 3 文献标志码 :A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 8 3 6 0 2 0 1 6 0 3 0 1 8 S pl
4、 i t t i n g Te n s i l e Bo nd i ng S t r e ng t h o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e t o No r ma l Co n c r e t e J I A F a n g f a n g , , HE Ku i 。 , W ANG Wa n j i n 。 , AN Mi n g z h e , L U Z h e n b a o 。 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g J i a o t o
5、n g Un i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 。 C h i n a ; 2 P o s t D o c t o r a l Re s e a r c h C e n t e r , B e ij i n g Co n s t r u c t u i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ,B e ij i n g 1 0 0 0 5 5 , Ch i n a ;3 B e i j i n g E n g i n e e r i n g Re s e a r c h C e n t e r o f Ar
6、c h i t e c t u r a l F u n c t i o n a l Ma c r o mo l e c u l a r Ma t e r i a l s , B e ij i n g B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ,C o ,L t d ,B e ij i n g 1 0 0 0 3 9 , C h i n a ) Ab s t r a c t :S p e c i me n s wi t h d i me n s i o n o f 1 0 0 mm 1 0 0
7、 mm 1 0 0 mm we r e t e s t e d t o i n v e s t i g a t e t h e i n f l u e n c e o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e( RP C) s t e e 1 f i b e r c o n t e n t ,i n t e r f a c e t r e a t me n t ,p o u r i n g d i r e c t i o n a n d s t r e n g t h o f No r ma l C o n c r e t e( NC)o n t h
8、e s p l i t t i n g t e n s i l e b o n d i n g p r o p e r t i e s o f RPC NC,a n d t o a n a l y z e b o n d i n g me c h a n i s m b e t we e n t h e t wo Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o we d t h a t RP C NC e x h i b i t e d e x c e l l e n t b o n d i n g p e r f o r ma n c e Th r e e
9、 f a i l u r e mo d e s i n c l u d e d b o n d i n g i n t e r f a c e f a i l u r e ,b o n d i n g i n t e r f a c e f a i l u r e wi t h NC c r a c k i n g a n d NC r u p t ur e St e e l f i be r s i n RPC c o ul d e nh a nc e i n t e r f a c i a l r o ug hn e s s ,i m pr o v e m e c ha ni c a l
10、i nt e r l oc ki n g b e t we e n RPC a n d NC,a n d c r a c k r e s i s t a n c e S p l i t t i n g t e n s i l e b o n d i n g s t r e n g t h i n c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f s t e e l f i b e r s Th e i n t e r f a c i a l r o u g h n e s s o f RP C NC wa s i mp r o v e d b y u
11、 s i n g t h e c l e a v i n g s u r f a c e a s t h e b o n d i n g s u r f a c e ,r e s u l t i n g i n hi g he r s pl i t t i ng t e ns i l e b on di n g s t r e ng t h t ha n t h a t o f t he n a t u r a l s ur f a c e o f t he s p e c i m e ns Th e s p l i t t i ng t e n s i l e b o n d i n g s
12、 t r e n g t h wi t h h o r i z o n t a l p o u r i n g wa s g r e a t e r t h a n t h a t wi t h v e r t i c a l p o u r i n ga b o u t 1 1 1 3 t i me s h i g he r an d i n c r e a s e d wi t h t he i n c r e a s i n g o f NC s t r e ng t h Ke y wo r d s:bo nd i ng o f r e a c t i v e p owd e r c o
13、n c r e t e a nd no r m a l c o nc r e t e;s pl i t t i ng t e ns i l e b on di ng s t r e ng t h;b on d i ng m e c ha n i s m :i nt e r f a c i a 1 r o ugh ne s s 新型水泥基复合材料活性粉末混凝土通过合理选 取颗粒级配、 最紧密堆积理论制备及高温热合方式养 收稿 日期 : 2 0 1 4 - 0 9 1 1 ; 修回 日期 : 2 0 1 4 一 l 1 3 O 基金项 目: 北京市博士后科研 活动经费 ( 2 0 1 4 Z Z
14、一 4 1 ) ; 国家 自然科 学 基 金 ( 5 1 2 7 8 0 3 9 ) 作者简介 : 贾方方 ( 1 9 8 4 一) 。 女 , 山东成武人 , 博 士, 工程师 。 E - ma i l : j i a f a n g f a n g 0 6 1 6 3 c o rn 护 , 具 有 超 高 的 强 度 和耐 久 性 , 抗 压 强 度 达 2 0 0 8 0 0 MP a , 掺人大量短细钢纤维提高基 体韧性 和吸收能量 的能力 。用活性粉末混凝土制作的人行道盖板已在 高速铁路、 客运专线 中应用。若结构 中全部使用活性 粉末混凝土 , 处于梁体上部 的材料不能完全发挥其性
15、 1 2 8 铁 道 学 报 第 3 8卷 能 , 对于高速铁路箱梁 , 造成竖向刚度较低 , 影响列车 运行 。将活性粉末混凝土用于构件的受拉区或将其作 为永久性模板 , 使其与普通混凝土共同受力 , 2种材料 共同承担外界荷载 , 同时利用活性粉末混凝土高耐久 性和高韧性特点, 可用于严酷环境 中的混凝土结构。 国内外对 活性 粉末 混 凝 土 用 于修 补 加 固、 永久 性 模板及活性粉末混凝 土一 普通混凝土叠合梁进行 了初 步研究。钟咏梅从理论角度指出活性粉末混凝土可作 为永 久性 模板 , 王 钧 通过 试 验 研究 表 明用 活 性粉 末 混凝土作永久柱模可提高框架结构的抗震性
16、能 3 。北 京交通大学、 同济大学对活性粉末混凝土一 普通混凝土 叠合梁进行了理论及试验研究_ 4 _ 6 , L e e等研究 了其作 为修 补材 料 的基 本性 能 7 伽。研究 结果显 示 , 由于 活性 粉末混凝土与普通混凝土材料性能 的差异 , 两者界面 之间的黏结性能是影响叠合梁或其在修补加 固工程中 的重 要 因素 9 , 研 究 活性 粉 末 混 凝 土 与普 通 混 凝土 之 间的黏结性能具有重要的理论和现实意义。黏结劈拉 试验是研究 2种混凝土之 间黏结性能的测试方法之 一 _ 1 。本文 通过 黏 结 劈 拉 试 验 探讨 活 性 粉 末 混 凝 土 中钢 纤维 掺量
17、、 试 件 浇筑方 位 、 界面黏 结形 式和普 通混 凝土强度等级对活性粉末混凝土一 普通混凝土黏结性 能 的影 响 , 分析其 黏结 机理 。 1 试验概况 1 1试 验用原 材料 及配合 比 试 验 中制备活性 粉末混凝 土所用 的原材料 有 : P 04 2 5 普通 硅酸盐 水泥 、 微硅 粉、 石 英砂 ( 粒 径 0 6 2 5 1 ram) 、 高性能减水 剂 ( 减水率 3 0 ) 、 钢纤维 ( 直径 0 2 2 mm, 长 1 3 1 5 mm, 密度 7 8 k g m。 , 抗 拉强度 2 8 5 0 MP a , 表面镀铜) 和水 。配合比见表 1 , 其 中钢纤
18、维体 积掺 量有 0 、 0 5 、 1 0 、 1 5 、 2 O 等 5 种 。 表 1 活性粉末混凝土配合比 普通 混凝 土选 取 C 4 0 、 C 5 0和 C 6 0等 3个 强度 等 级 。制备普通混凝土所用 的原材料 主要有 :P O 4 2 5 普通硅酸盐水泥、 河砂( 细度模数 2 6 ) 、 级配碎石 ( 粒 径 5 2 5 mm) 、 矿物掺合料( 粉煤灰和矿粉) 、 高性 能 减水剂含 固量 1 O 。具体配合比见表 2 。C 4 0 、 C 5 0和 C 6 0混凝土的 2 8 d抗压强度分别为 4 3 9 5 、 5 6 2 5 、 6 2 5 4 MP a ,
19、2 8 d劈拉 强度 分别为 3 4 6 、 3 6 8 、 3 7 6 MP a 。 表 2普通混凝土配合比 注 ;B C + F A + S P 。 1 2 试件成型及养护方式 试 验 中选取 活性粉 末混凝 土 自然成 型面 和劈裂 面 2 种 界 面形式 。 制作 自然面黏结试件时, 浇筑 1 0 0 mm1 0 0 mm 5 0 mm的活性粉末混凝土试件 , 浇筑完成后 2 4 h拆 模 , 放人蒸汽养护箱中 7 5养护 7 2 h , 自然冷却至室 温。将养护完成的试件放入水箱中浸泡 2 4 h , 再放到 通风处干燥至表面无明水状态, 放人模具中, 浇筑普通 混凝土试件。浇筑完成
20、后 4 8 h拆模 , 放入标 准养 护 室, 养护 2 8 d后进行黏结劈拉试验。 制作劈裂面黏结试件时 , 浇筑 1 0 0 mm1 0 0 mm 1 0 0 mm 的活性粉末 混凝 土 试件 , 养 护 方式 同上 , 养 护完成后冷却至室温 , 在万能试验机上进行劈拉试验 , 将试件劈成两半。将劈裂后的试件放入水箱 中浸泡 2 4 h , 再放到通风处干燥至表面无明水状态 , 放入模具 中, 浇筑普通混凝土试件 , 4 8 h后拆模, 在标准养护室 养护 2 8 d后进行黏结劈拉试验。 为研究 2种界面形式对活性粉末混凝土与普通混 凝 土界 面间 黏结性 能 的影 响 , 在浇筑 普通
21、 混凝 土前 , 采 用 灌砂 法测定 活性 粉末 混凝土 自然 面和 劈裂 面的灌 砂 深度 1 。活性粉末混凝土 自然面试件表面平整 , 取灌 砂深度为 0 , 钢纤维掺量 0 oA、 0 5 9 5 、 1 0 、 1 5 和 2 0 的活性粉末 混凝 土劈 裂面 的灌砂 深度分别 为 0 0 9 01 1、 0 2 1 0 3 0、 0 3 2 0 4 0、 0 45 0 5 4、 0 5 7 0 6 5 mm。黏结劈拉试件在浇筑过程 中, 采用 水 平浇筑 和竖 向浇筑 2种 浇筑 形式 , 见 图 1 。 ( a )水平浇筑 ( b )竖 向浇筑 图 1 黏结劈拉试件的浇筑形式 1
22、 3 O 铁 道 学 报 第 3 8卷 拉强度的 6 6 7 9 , 钢纤维掺量为 2 o G时 ( P R E 5 1 ) , 界面黏结劈拉强度为 4 4 5 MP a , 大于 C 5 O混凝土整 体劈拉强度 3 6 8 MP a , 约为其 1 2倍 , 为不掺纤维试 件 ( P R A5 1 ) 的 1 8倍。 钢纤维掺量 图4 钢纤维掺量对黏结劈拉强度的影响 2种混凝土界面上的黏结力主要 由二者界面上的 化学作用力、 范德华力和机械咬合力组成 1 “ 。钢纤 维的掺入能够提高界面黏结强度 , 主要原因有 : ( 1 )增 加 界 面摩擦 力 。活性 粉 末混 凝 土 中掺入 钢 纤
23、维 后 , 以 自然面黏结的试件 , 由于表面未进行抹平处理 , 在振动 成 型 过程 中 , 乱 向分 布 的钢 纤 维在 试 件 表 面形 成 了 自 然粗糙面。钢纤维掺量越大, 试件表面 的纤维数量越 多, 与普通混凝土黏结面越粗糙 , 相应 的黏结强度越 高。对于以劈裂面黏结的试件, 钢纤维掺量越大 , 活性 粉末混凝土试件劈裂后劈裂面( 黏结界面) 上的纤维数 量越多 , 界面粗糙度增加, 黏结强度提高。( 2 ) 提高机 械咬合力。活性粉末混凝土表面的钢纤维伸入到普通 混凝土内部, 与普通混凝土咬合在一起 , 提高二者之间 的机械咬合力 。黏结试件在劈拉过程 中, 钢纤维能够 起到
24、阻裂抗裂的作用 , 保持 2 种混凝土之间的咬合力 , 进而提高黏结劈拉强度 , 同时改变黏结试件 的破坏形 式, 使其由 A型破坏 , 转变为 B型或 c型破坏 。根据 试件断面结果可知 , 黏结试件发生破坏时 , 钢纤维均为 被拔 出而未见拔断 , 且钢纤维拔 出破坏均发生在普通 混凝 土 一侧 。 因为本 试 验 中采 用 的钢纤 维抗拉 强度 较 高( 高达 2 8 0 0 MP a ) , 黏结界面上的钢纤维一般是横 贯在黏结面上 ( 一端位于活性粉末混凝土基体中, 一端 位于普通混凝土基体中) , 由于钢纤 维直径较小, 仅为 0 2 2 mm, 普通混凝土基体相对疏松 , 钢纤维
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