弯曲应力对混凝土碳化影响的室内试验研究.pdf
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1、2023年第6 期(总第40 4期)Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.010混凝土ConcreteTHEORETICALRESEARCH理论研究弯曲应力对混凝土碳化影响的室内试验研究黄锋a.b,屈志豪a,b,张班a,b,冯虎ab,张瑞林a.b(重庆交通大学a.省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室;b.土木工程学院,重庆40 0 0 7 4)摘要:通过快速碳化试验,研究了不同应力水平对混凝土碳化性能的影响,并探讨了角区与其两侧碳化深度之间的关系。研究结果表面:(1)实际中的角区碳化深度比通过两
2、侧碳化深度几何叠加得到的碳化深度要大。(2)弯压应力对混凝土碳化起抑制作用,弯拉应力则起促进作用。(3)考虑弯曲应力影响的碳化深度预测模型的计算结果与试验结果比较接近,误差在1 0%左右。关键词:弯曲应力;加速碳化;浇筑面;角区深度;影响系数中图分类号:TU528.07(a.State Key Laboratory of Mountain Bridge and Tunnel Engineering;b.School of Civil Engineering,Abstract:The influence of different stress levels on the carbonizatio
3、n performance of concrete was studied through rapid carbonizationtests,and the relationship between the angle zone and the carbonization depth on both sides was discussed.Results show that(1)The actualangle carbonization depth is larger than that obtained by geometric superposition of carbonization
4、depth on both sides.(2)Flexural com-pressive stress inhibits concrete carbonization,while flexural tensile stress promotes it.(3)The calculated results of the prediction modelconsidering the influence of bending stress are close to the experimental results,and the error is about 10%.Key words:bendin
5、g stress;accelerated carbonization;casting surface;angle depth;influence coefficient文献标志码:AExperimental study on the effect of bending stress on concrete carbonationHUANG Fenga-b,QU Zhihaoa.b,ZHANG Ban a.b,FENG Hua.b,ZHANG Ruilina.bChongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China)文章编号:1 0 0 2-35
6、 5 0(2 0 2 3)0 6-0 0 5 2-0 4数之间的相关性,并基于此建立了碳化深度预测模型。目前,0引言就载荷因素而言,主要研究的是轴向应力对混凝土碳化的混凝土碳化会使钢筋保护膜失效,从而导致其力学性影响,考虑弯曲应力的较少,且其加载方式几乎都是采用能降低,承载力下降,更容易发生结构破坏。隧道由于长期扭矩扳手进行加载 1 3,并没有进一步验证其精确度,这会处于潮湿、通风不良等环境,其内部二氧化碳浓度比外界对试验结果产生较大影响。高3 5 倍,更容易发生碳化。相关调查和研究表明,45%左综上,本试验通过对受弯曲应力加持的混凝土试件进右的地下结构病害是由地下空间中腐蚀性大气环境导致行快
7、速碳化试验分析得到弯曲应力影响系数。弯曲应力通结构中钢筋锈胀破坏引起的,而这些破坏又大多由混凝土过数显扭矩扳手施加并采用应变传感装置进行核验以确碳化引起 1-3。因此,对地下工程混凝土碳化规律展开研究,保加载精度。除研究弯曲应力对混凝土碳化影响规律之具有重大意义。外,探究了试件角区与两侧碳化深度的关系。通过研究弯曲针对隧道而言,其衬砌处于弯拉和弯压应力状态,研应力对混凝土的碳化影响规律,可预测隧道所处应力状态究弯曲应力对混凝土碳化的影响尤为重要。由于自然环境下的碳化情况,为实际隧道工程衬砌混凝土耐久性预测和下,碳化速度较慢,碳化周期过长且不可控因素较多,学者评估提供一定依据。们主要通过室内快速
8、碳化试验对混凝土碳化进行研究。许1室内试验多学者探究了孔隙率、水灰比、粉煤灰掺量、温度、湿度等因素对混凝土碳化的影响 4-7。还有不少学者对持载状态下混凝土进行了碳化试验,结果表明,碳化深度会随着拉应力水平增大而增大,随压应力水平增大呈“V型变化趋势-1。唐官保等 1 2 还建立了轴向应力下气渗系数与CO2扩散系收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 3基金项目:国家自然科学基金面上项目(5 2 0 7 8 0 9 0);国家重点研发计划资助(2 0 1 8 YFB1600300,2018YFB1600301);重庆市自然科学基金面上项目(cstc2020jcyj-msxmX0679);山区桥梁
9、及隧道工程国家重点实验室开放基金(SKLBT-19-006)521.1试验材料本试验采用的混凝土原材料均符合各项标准的要求,其中P.042.5级水泥;粗骨料粒径选取5 2 0 mm,为连续级配;细骨料选用细度模数为2.5 的天然河砂;采用聚羧酸型高效减水剂。配制混凝土试件强度为C30,选用配合比如表1。试件置养护箱标准养护至2 8 d。表1 材料用量表材料用量/(kg/m)水灰比水水泥0.51971.2试验装置及方案本试验试件尺寸为1 0 0 mmx100mmx300mm,首先采用万能试验机测试试件的极限弯曲荷载,然后基于极限弯曲荷载对试件施加不同水平的弯曲应力,加载装置采用三点弯曲加载装置,
10、如图1。装置由两根螺杆,8 个螺母,4个垫片,1 根钢柱支座构成。通过扭矩扳手动螺母使螺杆受拉,从而对试件外表面形成压力,使紧贴钢柱支座一侧受压,远离支座一侧受拉,完成弯曲应力的施加。为了使扭矩扳手施加的力更加精确,本试验采用新型数显扭矩扳手,并在螺杆上贴应变片,通过观察数显值和应变采集箱显示的值来验证施加的荷载是否达到要求,为避免出现应力松弛现象,每隔2 4h进行一次应力补偿。螺杆口一垫片12应变片L50(a)三点弯曲加载装置示意图(单位:mm)(b)应变采集装置图1 三点弯曲加载装置因工程中大部分构件处于的荷载环境不会超过极限荷载的6 0%,故本研究范围保持在6 0%以内。将极限弯曲荷载定
11、义为F,对试件施加四组应力水平,分别为0、2 0%F、40%F、6 0%F,并放人碳化箱碳化7、1 4、2 8 d后取出在岩石切割机上沿试件中部截面切开,测量截面的平均碳化深度。2碳化试验结果分析2.1混凝土试件角区二维碳化研究混凝土因耐久性损伤而导致钢筋锈蚀的现象往往先发生在角区,其中一个重要的原因就混凝土构件受到碳化损伤时,角区碳化速度快,提高了钢筋锈蚀速率。本试验以无荷载混凝土试件为研究对象,通过测量角区和角区两侧的碳化深度,分析角区碳化规律。砂石397785/支座100100(c)加载完成试件减水剂10851.08一螺母50四未碳化区口碳化区图2 混凝土角区碳化深度示意图结合3个测量区
12、域的碳化深度数据,引人角区二维碳化系数Kor:Kco=VX+X3式中:VX+X一由角区两侧碳化深度通过叠加关系计算的角区碳化深度。但是实际角区碳化深度并不满足这种关系,通过实际碳化深度与其比值可以建立角区与其两侧碳化深度的关系。表2 角区碳化系数数据碳化深度/mm名称7dX4.42X24.53VX?+X?6.33X7.79Kr1.23由表2 可得角区碳化系数变化规律,如图3。1.401.351.601.251.205图3角区碳化系数变化曲线通过观察得到实际中的碳化深度比通过两侧碳化深度几何叠加得到的碳化深度要大。对试验数据进行拟合,得到修正后的角区碳化深度式为Xo=KorVXi+X3其中:K.
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