应力损伤对混凝土抗碳化性能的影响.pdf
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1、第 1 6 卷第 3期 2 0 1 3年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F B UI LDI NG MATE RI ALS Vo 1 1 6, No 3 J u n , 2 0 1 3 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 5 0 3 0 5 应力损伤对 混凝 土抗碳化性能的影 响 赵庆新 , 许宏景 , 闰国亮 ( 燕 山大学 河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室 , 河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 4 ) 摘 要 :应 用超 声波 波速 来定义 混凝 土的损 伤 度 , 采 用 混凝 土 快速 碳 化试 验 方 法研 究
2、 了基 准混凝 土 及 损伤 度 为 0 0 5 , 0 1 2 , 0 1 9 , 0 2 7的应 力损 伤混凝 土 的抗碳 化性 能 结果表 明 : 应 力损伤 混凝 土 的 碳 化规 律与基 准 混凝 土相似 , 其碳 化 深 度 随 时 间 的 变化 亦符 合 指 数 形 式 ; 混 凝 土 的碳 化 深度 随损 伤度 的增加 而增 大 为定量 分析应 力损 伤 的影响 程度 , 定 义损伤 影响 因子 K。来描 述应 力 损伤 对 混 凝土抗 碳化 性 能的影 响 , KD与损伤 度 D 呈 线性 关 系 通过 对 混 凝 土碳 化 耐 久性 的 分析 发 现 , 应 力 损 伤对
3、混凝 土碳 化寿命 影 响较 大 , 当损 伤度 D 达 到 0 2 7时 , 其碳化 寿命 仅 为基 准混凝 土的 0 3 9 关键词 :混凝 土 ;碳 化 ;应 力损伤 ;损 伤 影响 因子 中图分 类号 : T U5 2 8 文 献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 0 1 3 0 3 0 2 2 I n f l u e nc e o f S t r e s s Da ma g e o n Ca r b o n a t i o n o f Co n c r e t e ZHAO Qi n g xi n, X
4、U Ho n g - j i n g, Y AN Gu o l i a n g ( Ke y La b or a t o r y o f M e c ha ni c a l Re l i a bi l i t y f o r He a v y Equ i pme n t s a nd La r ge St r u c t ur e s o f He be i Pr ov i nc e , Ya n s h a n Un i v e r s i t y ,Qi n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4,Ch i n a ) Abs t r a c t :Da ma ge de
5、g r e e o f c o n c r e t e wa s de f i n e d b y t he ul t r a s o ni c wa ve v e l o c i t y The c a r bo na t i o n r e s i s t a nc e o f c o n t r ol c o n c r e t e a nd t he c o nc r e t e wi t h di f f e r e nt s t r e s s d a ma ge de gr e e s o f 0 05,0 1 2,0 1 9,0 2 7, wa s s t ud i e d b
6、 y t he a c c e l e r a t e d c a r bo n a t i o n t e s t m e t ho dTh e r e s u l t s s ho w t h a t t he b a s i c c a r bo n a t i o n r e g u l a r i t y o f s t r e s s d a ma g e d c o nc r e t e i s s i mi l a r t o t ha t o f c o nt r o l c o nc r e t e The c a r b o na t i o n de pt h a l
7、s o ob e y s t he e xp o ne nt i a l f u nc t i o n of t i me a n d i n c r e a s e s wi t h s t r e s s da m a g e d e g r e e Th e d a ma ge i m p a c t f a c t o r K D wa s pu t f or war d t o q ua n t i f y t he e f f e c t of i ni t i a l s t r e s s d a ma g e o n t h e c a r bo na t i o n c h
8、 a r a c t e r i s t i c o f c on c r e t e A l i n e a r r e l a t i on s h i p e x i s t s b e t we e n t he i mpa c t f a c t or KD a n d d a ma ge d e gr e e D Al s o,wi t h t he a na l y s i s o f c a r b on a t i o n d ur a bi l i t y o f d a ma ge d c onc r e t e ,t h e s t r e s s da m a ge
9、ha s a s i g ni f i c a nt e f f e c t o n i t ,a n d t he r e l a t i ve c a r bo n a t i o n s e r vi c e l i f e i s 0 3 9 t i m e s t ha t o f c on t r o l c on c r e t e whe n t h e da m a ge de gr e e i s 0 2 7 Ke y wo r d s:c on c r e t e;c a r b on a t i o n;s t r e s s d a ma ge ;d a ma ge
10、i m p a c t f a c t o r 唐明述 】 指 出, 提高基建工程寿命是最大的节 能减排 寿命 是基 建工 程一个 重要 指标 , 混凝 土 耐 久 性是其使用寿命 的决定因素, 已成为全世界普遍关 注 的问题 Me h t a _ 2 认 为 混 凝 土 碳 化 是 影 响混 凝 土 结构 耐久性 的重 要 因素之 一 近 年来 , 随着 资源 的不 断消 耗 , 大 气 中 C O 急 剧 增 加 , 因碳 化 导致 钢 筋 锈 蚀 , 造成建筑结构耐久性不足而破坏 的实例不胜枚 举 l_ 】 j , 解 决混 凝 土碳 化 问 题 迫在 眉 睫 基 于此 , 国 内 外专
11、家开展了混凝土抗碳化性能的研究L 3 , 并依据 F i c k第一 定律 建立 了 多种 混 凝 土碳 化 理 论模 型 , 对 更准确地预测建筑物的寿命意义重大 Kh a n等 研 究了掺粉煤灰 、 双掺矿渣和粉煤灰混凝土以及高性 能混 凝 土抗 碳 化 问题 ; S i s o mp h o n 6 研 究 了水 泥 种 类 , 粉煤灰 掺量 及 水 灰 比( 文 中涉及 的掺 量 、 水 灰 比 等除特别说明外均为质量分数或质量 比) 等多 因素 作用 对混 凝土抗 碳 化性能 的影 响 实 际工 程 中 , 结 构 收稿 日期 : 2 O 1 1 - 1 2 - 2 5 ;修订 日期
12、 : 2 0 1 2 - 0 5 0 7 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 7 8 3 2 2 ) ; 河北省 自然科学基金资助项 目( E2 0 1 1 2 0 3 2 1 8 ) 第一作者 : 赵庆新 ( 1 9 7 3 一) , 男, 河北 玉田人 , 燕 山大学教授 , 博士生导师, 博士 E ma i l : z h a o q x 2 0 0 2 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 4 建筑材料学报 第 1 6卷 混凝 土多是 在承 载 状 态 下工 作 的 为 了更 真 实 地 反 映客 观实
13、际 , C a s t e l 等 7 用 1 5 c m2 8 c m3 0 0 c m 的钢筋混凝土构件 , 研究 了荷载作用下混凝土的抗 碳化性能 , 结果发现 , 荷载作用下梁 的碳化深度增 大, 并建立了应力大小与碳化深度的关系; 孙伟等 8 研究 了载荷 率 为 2 5 , 5 0 9 6 时混 凝 土 的碳 化深 度 , 建立 了施加 荷载 和未施 加荷 载情况 下混凝 土 的碳化 深度模 型 , 结 果显 示 , 施 加载荷 后混 凝土 的抗碳 化 能 力 明显 降低 以往 研 究 均 是基 于混 凝 土未 受 初 始损 伤状态 下 , 对 混 凝 土抗 碳 化 性 能进 行
14、的研 究 然 而 , 在实 际工 程 中 , 结构 可 能 遭遇 撞 击 , 甚 至地 震 、 爆 炸 等偶然 荷载 作用 而 受 到应 力 损 伤 , 受 应力 损 伤 的混 凝 土能 否继 续服役 是工 程界必 须 回答 的问题 因此 , 本文结 合损 伤力 学 理 论 , 应用 超 声 波 波速 定 义 混凝 土 的损 伤程 度 , 采 用 混 凝 土快 速 碳 化 试验 方 法 研究 了基准 混凝 土及损 伤度 为 0 0 5 , 0 1 2 , 0 1 9 , 0 2 7的 应力损伤混凝土 的抗碳化性能 , 并对应力损伤混凝 土 的碳 化耐 久性 能 进 行 了分 析 试 验 结果
15、对 受 应力 损 伤 的钢筋 混凝土 结构 耐久性 评估 具有一 定 的指 导 意义 1 原材料和试验方法 1 1 原 材 料 试验 采用秦皇 岛浅野水 泥厂生产 的 P O 4 2 5 R 普 通硅 酸盐水 泥 ; 细骨料 为 细度 模 数 2 7 , 堆 积 密 度 1 4 1 0 k g m。 的天 然河砂 ; 粗骨 料 采用 粒 径 为 5 0 3 1 5 mm 连续 级配 破 碎 石灰 石 ; 减 水 剂 为秦 皇 岛 独 楼 外 加 剂 厂 生 产 的 萘 系 高 效 减 水 剂 , 减 水 率 为 2 1 1 2配合 比 混凝 土 试 件 配 合 比为 : m( 水 泥 ):m(
16、 水 ): ( 砂 ): m( 石 子 ): m( 减 水剂 ) 一1 0 0 0:0 5 0 0: 1 7 5 0: 3 4 2 0: 0 0 0 6 ( 调 整减 水剂 用量使 混凝 土 的 坍落 度 控 制 在 9 O 1 1 0 mm) , 成 型 1 0 0 mm 1 0 0 mm4 0 0 mm 的棱柱体试件( 用于碳化试验) 4 5 块 , 成 型 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mm 的试 件 ( 用 于 测 定立方 体抗 压 强 度 ) 6块 , 2 4 h后 拆模 , 将 试 块 置 于标准条 件下 养护 2 8 d待 用 1 3预 制损 伤 试 件标 准 养
17、护 2 8 d后 , 测 定 混 凝 土 的 立 方 体 抗压强度 , 为 4 2 1 MP a 用细砂 纸稍稍打磨棱柱体 试 件 的所 有 棱 角 , 以 防 止 试 件 加 载 时 产 生 应 力 集 中现象 , 打磨 完毕 , 取 3块 作为基 准组 试件 , 记作 D O ; 另取 3 块试件测轴心抗压强度( 用于计算其他 试 件 加 载 时 的 荷 载 控 制 指 标 ) , 其 值 为 3 3 7 MP a ( 未修 正 尺 寸 效 应 系 数 ) 预 制 损 伤 的 试 件 在 加 载 前 , 采 用 非 金 属 超 声 波 检 测 仪 对 测 法 测 定 混 凝 土 初 始 波
18、 速 , 测 量 距 离 为 4 0 0 mm, 每 块 混 凝 土 试 件 采样 3次, 以其算 术平均值 作为该混 凝土试 件 的 初 始 超声 波 波速 加 载过程 中, 对 试 件 连续 、 均 匀 加 载 , 荷 载 控 制 水 平 为其轴心 抗压强 度 的 3 O 6 O , 通 过多 个 加 载过程 ( 先将试 件进行 1 次纵 向加 载后卸 载 , 再 对试 件 进行 1次横 向加载 后卸载 , 记为 1 个加 载过 程 其 中 , 纵 向加载 时 承压 面为 1 0 0 mm1 0 0 mm 的试 件 侧 面 , 横 向加 载 时承压 面 为 1 0 0 mm4 0 0 mm
19、 的试 件 侧 面) 对试 件进行 预 制 损伤 每 隔 3 5个 加 载 过 程 , 卸 载后静 停 1 h , 再次 应 用 超声 检 测 仪测 试 应 力 损 伤混凝 土试 件 的波速 , 并 根据式 ( 1 ) g 计 算混 凝 土 试 件 的损伤度 : D 一 1一 ( ) ( 1 ) V O 式 中 : D 为 试 件 损 伤 度 ; 为试 件 受应 力 损 伤 后 超 声 波 波速 , k m s ; 。为试 件 未 受 应 力损 伤 时 超 声 波 波速 , k m s 通 过 控制 加 载 应 力 水 平 和 加 载 过 程 数 使 试 件 损伤度大体均匀分布在 0 0 3
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