海水(清水)与冻融对持续承载钢筋引气混凝土梁的影响.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 9 期 (总 第 2 8 7 期 ) N u mb e r 9 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 1 HE0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 9 0 1 3 海水( 清水 ) 与冻融对持续承载钢筋引气 混凝土梁的影响 张健 , ,刁波 ,叶英华 z ,郑晓宁 z ( 1 国家知识产权局 专利局专利审查协作北京中心,北京 1 0 0 0 8 3 ;2 北京航空航天大学 土木工程系,
2、北京 1 0 0 1 9 1 ) 摘要: 寒冷地 区的钢筋混凝土结构会受到持续荷载与冻融循环作用, 在沿海和内陆环境还会有不同侵蚀介质作用。 试验 比较 了在冻融循环与海水或清水浸泡交替作用下 , 持续承载的钢筋引气混凝土梁的力学性能差异。 试验结果表明, 含气量为 6 1 的引 气混凝土, 经历冻融循环和海水( 清水) 浸泡交替作用后 , 抗压强度均随着冻融循环次数增加而降低 , 其中冻融与海水浸泡的混凝 土降低幅度更大; 对于持续承载的钢筋引气混凝土梁 , 经历 3 0 0 次冻融循环和 1 0 0次海水( 清水 ) 浸泡后 , 冻融与海水浸泡梁 中混 凝土用扫描电镜检测出更多的晶体和微裂
3、缝 ; 梁的承载力和延性性能均降低, 冻融与海水浸泡梁的屈服荷载 、 极限荷载 以及延性 的降幅均大于冻融与清水浸泡梁。 关键词: 冻融循环;海水浸泡;引气混凝土;持续荷载;耐久性 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 4 6 0 5 E ff e c t o f s e a wa t e r ( wa t e r ) a n d f r e e z e t h a w c y c l e s o n r e i n f o r c e d a i r - e n t r a i n
4、e d c o n c r e t e b e a m s w i t h p e r s i s t e n t l o a d s ZHANGJ i a n。 , D AOBo , YE Yi n gh u a 2 , ZHENG Xi a o n i n g ( 1 P a t e n t E x a mi n a ti o n C o o p e r a t i o n C e n t e r o f t h e P a t e n t O ff i c e , S I P O, 8 e i j i n g1 0 0 0 8 3 , C h i n a ; 2 D e p a r t
5、ment o f C i v i l E n g i n e e r i n g , B e i h a n g U n i v e r s i t y , B e ij i n g 1 0 0 1 9 1 , C h i n a ) A b s t r a ct: R e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n c o l d r e g i o n s a r e a l w a y s s u b j e c t e d t o fr e e z e t h a w c y c l e s a n d p e r s
6、 i s t e n t l o a d i n g , and the c o r - r o s i o n me d i a a r e di ffe r en t i n c oa s t a l a nd n o n c o a s tal are a s Un d e r the a l t e r n a t i ng a c t i o n o ff r e e z e - tha w c y c l e s an d s e a wa t e r o r wa t e r i mme r - s i o n, the me c h an i c a l p r o p e r
7、 t i e s o f r e inf o r c e d a i r - ent r a i ne d c o nc r e b e am s wi th pe r s i s t e n t l o a d s we r e e x pe riment a l l y c o mpare d Re s ul t s s h o we d tha t , u n d e r a l t e rna t i n g a c t i o n s o f fre e z e tha w c y c l e s and i mme r s i o n i n s e a wa t e r( wa
8、t e r ) , the c o mp r e s s iv e s tr e n g t h o f c o n c r e t e wi th 6 1 a i r c o n t e n t de c r e a s e d wi th the i n c r e a s e offre e z e tha w c y c l e s c o n c r e t e s p e c i me n s i mme r s e d in s e a wa t e r s h o we d l arg e r r e d u c t i o n i n c o mp r e s s i v e
9、 s tr e n g t h A f t e r 3 0 0 c y c l e s o f f r e e z e - th a w and 1 0 0 c y c l e s o f i mm e r s i o n s in s e a w a t e r ( w a t e r ) , mo r e a c i c u l a r c r y s t a l s a n d mi c r o c r a c k s we r e f o u n d i n b e a ms s u ff e r e d b y f r e e z e - t h a w c y c l e s an
10、d s e a wa t er i mme r s i o n T h e d e t e ri o r a t i o n o f b e a r i n g c a p a c i ty and d u c ti l i t y o f rei n f o r c e d a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e b e a ms we r e o b v i o u s , the r e d u c ti o n o f y i e l d l o a d , u l t i ma t e l o a d and d u c t i l i t
11、y o f b e am s i mme r s e d i n s e a wa - t e rwa sl arg e r than that o fb e a msi mme rse din wa t e r K e ywor d s : fr e e z e tha w c y c l e s ; s e a wa t e r i mme rsi o n; a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e ; p e r s i s t e n t l o a d in g ; d u r a b i l i t y me n t c o e ffi c
12、 i e nt 0 引言 寒 冷地 区的钢筋混凝土结构在受到冻融循环与使用 荷载作用 的同时 , 在沿海潮湿环境 中更会受 到溶液侵蚀作 用, 此类环境下的混凝土结构往往在未达到其服役年限时 就 因耐久性不足而失效 。 张健等 1研究了冻融循环与不同溶液侵蚀作用下高强 混凝土的抗冻性能, 结果表明随着冻融循环及侵蚀次数增 加, 混凝土试块表面剥蚀趋于严重, 质量损失率增加, 抗压 强度减小。 周煜等回 在海水侵蚀环境与冻融交替作用下测 定了引气混凝土的性能变化, 发现质量损失率和相对动弹 性模量无明显变化 , 而抗压强度大幅降低。 在材料研究的基础上 , 诸多学者对钢筋混凝土结构的 抗冻耐久性
13、进行 了广泛的研究。 Yo o n 等【 对承受不 同荷载 水平 的钢筋混凝土梁在氯化钠溶液 中进行 了电流加速腐 蚀进程试验 , 证明了钢筋的锈蚀时间和速度 与梁的加载历 史与持续荷载有显著的关系。 刁波等 试验研究 了钢筋混 凝土梁和柱在环境和持续荷载综合作用下的力学性能, 结 果表 明 , 持续荷载水平对构件钢筋锈蚀程度影 响显著 , 持 续荷载水平越高 , 构件表面混凝土剥离 和裂缝处钢筋锈蚀 越严重, 梁和柱承载能力随持续荷载水平的提高而降低。 K a r b h a r i t6 q 究了冻融循环, 海水侵蚀等 5 种环境作用对缩 收稿 日期 :2 0 1 3 - 0 3 2 0
14、基金项目:国家 自然科学基金( 5 1 0 7 8 0 1 5 ) ; 北京市 自然科学基金( 8 0 9 2 0 2 0 ) ; 华南理工大学重点开放基金( 2 o 0 9 K A o 3 ) 4 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 循环与海水( 清水 ) 浸泡过程中, 溶液更容易从裂缝处进入 混凝土 内部 , 造成 梁的劣化 , 此时裂缝处 的混凝土保护层 并不起到保护
15、作用。 3 2 2 梁 的延性降幅 表 3的最后两行是钢筋混凝土梁的延性系数均值及 相对降幅。 经过 3 0 0 次冻融循环与 1 0 0 次海水( 清水 ) 浸泡 后 , 相对于 B e a ml , 冻融与海水浸泡梁 B e a m 2的延性 系数 平均降低 幅度达 到 4 2 1 , 冻融 与清水浸泡梁 B e a m3 延性 系数平均降低幅度为 3 4 3 , 可见冻融循环与海水浸泡交 替作用对持载钢筋混凝土梁的延性劣化影响更大。 4 冻融与侵蚀后梁受弯承载力计算 考虑到冻融循环与海水浸泡会导致钢筋锈蚀 , 从而减 小钢筋直径 、 降低强度 , 本研究采用 惠云玲 1 2 模型计算冻
16、融循环与海水浸泡后钢筋的强度 , 其 中屈服强度为 : P :一 0 9 8 5 -1 0 2 8 r h p f 1 1 1 一 田 s 式 中: 按照钢筋锈后实际截面积计算得出的屈服强度; 钢筋锈蚀前的屈服强度 ; 锈蚀率。 钢筋极 限强度模型为: P 一 0 9 8 6 1 1 0 3 7。p r 1 1 一 田 式中: 按照钢筋锈后实际截面积计算得出的极限强度; P u 钢筋锈蚀前的极限强度 ; 锈蚀率。 利用试验取得 的混凝土抗压强度平均值 、 裂缝处钢筋 锈蚀率和钢筋直径实测值 , 根据我国现行混凝土结构设计 规范0 3 - - 算 的正截面受弯承载力 , 见表 4 。 梁的屈服荷
17、载试验值与用钢筋屈服强度计算的屈服 荷载理论值计算值相比, 试验值与计算值比值的平均值为 1 0 5 5 , 变异系数为 0 0 2 4 , 说明计算值与试验值吻合较好。 对于梁的极限荷载, 试验值与使用钢筋极限强度计算的理 论计算值的比值平均值为 0 8 8 2 , 变异系数为 0 0 5 1 , 说明 规范计算值较试验值偏大。 可见, 仅仅依靠引气混凝土材料 的劣化来推断钢筋引气混凝土构件的性能退化是不准确 的 , 还需考虑 由于持续荷载作用而导致 的钢筋 自身劣化以 及钢筋与混凝土的黏结退化等作用。 表 4 梁的屈服荷载与极限荷载试验值与规范计算值比较 注 : P 为屈服荷载试验值 ,
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