冻融循环下不同纤维混凝土损伤模型研究.pdf
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1、2 0 1 6年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 6 No 1 J a n u r a r y 冻融循环下不同纤维混凝土损伤模型研究 陈升平 , 鲍 威 ( 湖 北工 业大 学土木 工程 与建 筑学 院 , 武 汉 4 3 0 0 6 8 ) 摘要 : 选取普 通混凝土 、 钢 纤维混凝 土、 聚丙烯 纤维混凝 土进行快速 冻融循环试验 , 研 究了不 同纤维混凝 土冻 融损伤的相关性 能, 根据损伤理论 分析 了纤维混凝土冻融损伤破坏的机 理。根据试验 结果 分析进行 拟舍 , 建立 了基 于相
2、对动弹模 衰减的不同纤维混凝土冻融损伤模 型。 研 究分析和计算表 明 , 不 同的 纤维对混凝土抗冻性都有较大的 影响 , 掺 有钢 纤维的混凝土抗冻性优 于普通混凝土 , 掺 有聚 丙烯纤 维的混凝 土抗 冻性 最优 ; 结合 试验数据进行 比较 分析发现模 型采用二 次多项式 函数的拟合精度比指数 函数 的拟合精度更 高。 关键词 : 纤维混凝土: 损伤机理 ; 相对动 弹性模量 : 冻融损伤模型 Ab s t r a c t :Or d i n a r y c o n c r e t e ,s t e e l fi b e r a n d p o l y p r o p y l e n
3、 e fi b e r c o n c r e t e a r e s e l e c t e d t o c o n d u c t t h e q u i c k f r e e z e t h a w t e s t t h e d a ma g e b e h a v i o r o f d i f f e r e n t fi b e r c o n c r e t e s i n f r e e z e t h a w i s s t u d i e d T h e me c h a n i s m o f d a ma g e f r o m f r e e z e - t h
4、a w o n fib e r c o n c r e t e s i s a n a l y z e d Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f the e x p e r i me n t ,t h e fi t t i n g i s c a r r i e d o u t An d a mo d e l o f f r e e z e tha w d a ma g e o f d i f f e r e n t fi b e r c o n c r e t e s f o r r e l a t i v e d y n a mi c e
5、 l a s t i c i s e s t a b l i s h e d Re s e a r c h a n d c a l c u l a t i o n i n d i c a t e t h a t d i f f e r e n t fi b e r s h a s g r e a t i n fl u e n c e o n t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e w i t h s t e e
6、l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s b e t t e r t h a n o r d i n a r y c o n c r e t e Ho we v e r , t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e b y a d d i n g p o l y p r o p y l e n e fi b e r i s t h e b e s t An d t h e q u a d r a t i c f u n c t i o n mo d e l h a
7、s a h i g h e r fi t a c c u r a c y a s c o mp a r e d t o t h e e x p o n e n t i a l f u n c t i o n mo d e 1 Ke y wo r d s : F i b e r c o n c r e t e ; Me c h a n i s m o f d a ma g e ; Re l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s ; F r e e z e t h a w d a ma g e mo d e l 中图分类号 : T U
8、5 2 8 5 7 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 1 5 8 0 4 0前 言 严 寒地 区的混 凝 土工 程 , 尤 其是 处 于 冻融 环 境 下的混凝土结构 , 由于混凝土冻融破坏造成结构 内 部不同程度的损伤 , 较大程度上影响了混凝 土结构 的使用寿命及安全。许多混凝土结构 因冻融破坏而 提前失效 未能达到预期 的设计使用年限 , 从 而造 成 了无法估量的经济损失。因此 , 对混凝土结构物 抗 冻融性能 的分析和研究具 有较大的经济 意义和 现实意义。 目前 国内外研究人员对混凝 土冻融循环后试 件 的抗冻性能以及
9、结构 的寿命预测相关研究 比较 集中【 , 但对纤维混凝土冻融损伤的规律和模 型研 究 尚少 。因此 , 本 文 通过 两 种纤 维 混凝 土 进行 了快 速冻融循环试验 , 同时结合损伤理论 , 分析 了纤维 混凝土冻融损伤破坏的机理 , 建立 了相应 的纤维混 凝土冻融损伤模型 , 研究成果可对冻融循环作用下 混凝土的损伤程度进行预测和评估。 1 试验 方案 1 1 原材 料及 配合 比 基金项 目: 湖北省 自然科学基金项 目( 2 0 1 2 F F B 0 0 6 0 7 ) 。 一 58一 本 试 验纤维 混凝 土 的设 计 强度 等级 为 C 3 0 。 水泥 : P O 3 2
10、 5级普通硅酸盐水泥 。 细 骨料 : 级配 良好的中砂 , 细度模数为 3 O , 含 泥 量小 于 2 。 粗 骨料 : 天然 碎石 。 粒径 5 - 2 0 mm。 外加剂 : F D N 一 2型高效减水剂 。 钢纤维 : 武汉某公司生产的多锚点钢纤维。 聚丙烯纤维 : 美国产杜拉纤维。 本试验所用二种纤维的主要性能参数见表 1 ; C 3 0纤维混凝土配合 比见表 2 。 表 1 纤维的各 项性 能参数 1 2 试件的制备 本试验采用强制式搅拌机 , 纤维混凝土的拌制 工艺流程为 : 依次加入砂 、 石 、 水泥 , 干拌 约 3 0 s , 再 加 入钢 纤维 或 聚丙烯 纤 维
11、干拌 3 0 s ,然 后倒 9 0 的 水湿拌 3 0 s ,最后加入减水剂和剩余的 1 0 的水再 次湿拌 1 2 mi n 。 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈升平 , 鲍威 冻融循环下不同纤维混凝土损伤模型研究 将搅拌好 的混合料装入钢模 , 然后把模具放在 振动台上振捣 l mi n左右 ,直到试件 的表面有浮浆 时停止振捣 。将试件养护 2 4 h左右后拆掉模板 。 拆 模之后放入养护室进行养护, 养护温度( 2 O 2 ) o C, 相 对 湿 度 9 5 以上 1 3 冻融 试 验 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 (
12、 普通混凝土长期性 能 和耐久性能试验方法标准 中的快冻法 , 在 T D R F 一 1 A F型混凝土快速冻融试验机上进行试验 。试件采 用 1 0 0 mm 1 0 0 m mx 4 0 0 mm的棱柱体 根据不同比例 的纤维掺量分成三组 , 每组 3个试件 进行快速冻 融试验之前应把试件放入水 中浸泡 , 冻融试验时试 件均应处 在饱 和水状态 , 同时 , 其 中心 温度应 控制 在 ( 一 1 9 2 ) c I = 和( 6 2 ) , 每次冻融循环的时间为 2 4 h 。试件在冻融循环前测定其质量和动弹性模量的 初始值。每冻融循环 2 5次再测各试件 的质量 以及 动弹性模量
13、, 同时观察并记 录对应冻融次数试件的 损伤情况。 2试验 现 象及 结果 分析 将三组试件按 照相应 的标准要求进行 2 0 0次 冻融循环试验 , 试验测得 的各组质量损失率和动弹 性模 量数 据见 表 3 。 在冻融循环作用下 , 混凝土本身 的一些特性就 会发生改变。试验中观察到试件相继出现表面剥落 以及开裂等现象。 从表 3可 以看 出 在冻融循环初期 , 试 件的质 量损失率很低 , 甚至出现混凝土质量损失率 为负值 的现象 。这是 由于刚开始冻融循环时 , 混凝土试件 内部有一些 微裂缝 ,随着 冻融循环作用 的不断破 坏 , 这些初期形成 的微裂缝便会逐渐扩展 , 同时 , 试
14、 件在水 中不断吸水并且达到饱和状态 。 其增加 的质 量超过 了试件因冻融循环作用剥落的表层 混凝土 的质量。 从总体来看 , 随着冻融次数的增加 , 试 件的质 表 3 冻融循环试验结果 量损失率都随之增加 。随着循环次数的增加 试件 的冻融损伤不断累积 , 可 以利用动弹性模量定义损 伤度 D来描述混凝土试件 内部的损伤劣化程度 。 见 式 ( 1 ) 。 F D= 1 一 ( 1 ) d 式 中: 、 分别表示冻融循环后试件 的动 弹 性模量和未冻融试件 的动弹性模量。 利用试 验测得的动弹性模量值 描绘 出混凝 土 冻融损伤度和冻融循环次数 的关系曲线 。 如图 1 所 示。从 图
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- 循环 不同 纤维 混凝土 损伤 模型 研究
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