引气混凝土在冻融循环后的双轴压力学性能分析.pdf

2 0 1 1 年 第 5期 (总 第 2 5 9 期) Nu mb e r 5 i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RESEARCH 引气混凝土在冻融循环后的双轴压力学性能分析 姚家伟 ，宋玉普 ，张众 。 ( 1 大连民族学 院 土木建筑1 一 样学院 ，辽宁 大连 1 1 6 6 2 2 ；2 大连理T大学 海岸和近海 口呈国家重 点实验室 ，辽 宁 大连 1 1 6 0 2 4 3 山东理 lr大学 ，山东 消博 2 5 5 0 4 9 ) 摘要 ： 对经历 丫 O 、 1 0 0 、 2 0 0 、 3 0 0和 4 0 0次冻融循环后 的引气混凝 土进 行了应力 I- L ) 9 0, 0 2 5、 0 5 、 0 7 5 、 1 0的双轴压 力学性能试 验 ， 介 绍 厂 冻融循环后引气混凝土在双轴压应力状态下的破坏现象， 以及双轴压强度及应力一 应变关系曲线随冻融循环的的变化情况， 分析了抗 压强度 与应 力比和冻融循环次数的关系 ， 建立 了引气混凝土在双轴 状态下的破坏准则。 关键词 ： 舣轴 ；引气混凝土 ；冻融循环 ；力学性能 中图分 类号： T U5 2 8 01 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 0 1 0 2 I n v es t i ga t i on on m e c han i c al pr ope r t y o f a i r - - e nt r ai ne d c onc r e t e unde r bi ax i al l oads a f t e r f r ee z e - t ha w c yc l e s Y AO J i a we i ， S ONG Yu -pu ， ZHANG Zh o n g ( 1 S c h oo l o f Ci v i l En g i n e e r i n ga n dAr c h i t e c t u r e ， Da l i a nNa t i o n a l i t i e s Un i v e r s i t y， Da l i a n1 1 66 2 2， Ch i n a； 2 S t a t eKe yL a bo r a t o r yo f Co a s t a l Offs h o r e E n g i n e e r i n g Da l i a nUn i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Da l i a n 1 1 6 0 2 4， C h i n a ； 3 S h a n d o n gUn i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Z i b o 2 5 5 0 4 9 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ：Th e me c h a n i c a l p r o p e r t y e x p e r i m e n t s o f a i r e n t r a i n e d c o n c r e t e， wh i c h i s a e r 0， 1 0 0， 2 0 0， 3 0 0 a n d 4 0 0 fr e e z e t ha w c yc l e s ， a r e c a r r i e d o u t u n d e r b i a x i a l c o mp r e s s i o n o f 5 d i ff e r e n t s t r e s s r a t i o s 0， O 25， 0 5， O 7 5 a n d 1 O I n t r o d u c e s t he f a i l u r e Ph e n o me n a o f a i r e n t r a ine d c o n c r e t e u nd e r bi a x i a l l o a d s a f t e r fre e z e t h a w c y c l e s ， i a d i c a t e s t h e c h a n g e o f b i a x i a l c o mpr e s s i v e s t r e n g t h a nd s t r e s s s t r a in c o r v e s d u r i n g fre e z e t h a w c y c l e s ， a n a l y s e s t h e r e l a t i o n s h i p o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s t r e s s r a t i o a n d fre e z e - t ha w c y c l e t i me s ， a n d e s t a bl i s h e s t h e f a i l u r e c r i t e r i o n o f a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e u n d e r b i a x i a 1 1 o a d s Key w or ds ： b i a x i a l c o mp r e s s i o n； a i r e n t r a i n e d c o nc r e t e ； fre e z e t h a w c y c l e s ； m e c h a n i c a l p r o p e rti e s 0 引 言 冻融破坏 是北方寒 冷地 区混 凝土建筑 物在运行 过程 中产 生的主要病害。 混凝土的抗冻性能是其 耐久性的一项重要指标 ， 同时也是一项综合性能指标 但是， 现有的关于冻融循环后混凝 士陛能 的试验资料 ， 大多是以质量损 失与动 弹性模量为标准 ， 针 对混凝土抗冻安全设计等级而展开的， 没有考虑混凝土的强度 指标。 从 目前冻融循环后混凝土力学特性的试验研究来看， 经受 冻融循 环后 ， 在相对动 弹性模毽 和质量损 失满足要求 时 ， 混凝 土强度不一定满足要求 。 H前 ， 固际上对 常态下混凝 土多轴强度 理论的试验研究取得 r 一些进展 ， 但对冻融循环后混凝 土多轴 强度理论 的试验研究极少 ， 文献 3 4 对普通混凝土进行 的冻融 循 环后 的双轴 力学性能试 验研究 ， 发现 冻融循环 后 ， 普 通混凝 土的单轴抗 压强度降低 ， 峰值应力点对应 的应变值明显增加 ， 而 在相同冻融循环次数后， 双轴压混凝土的抗压强度较单轴压极 限强度提高， 提高程度取决于应力比 值， 在 a = 0 5时， 极限抗 压强度提高值最大； 在应力比 相同的情况下， 主压向应变平 均值， 随冻融循环次数的增加而明显增加， 在相同冻融循环次 数后， 主压向应变平均值的提高程度 取决于应力比 ， 在 a = 0 2 5 时 ， 主压向应变 提高值最 大。 对经 受 1 0 0 、 2 0 0 、 3 0 0和 4 0 0次冻融 循环 后 的引气混 凝土 进行 双轴压 的力学性 能试验研究 。 介绍 了冻融循环后 引气混 凝土双轴压的强度和变形与冻融循环次数和应力比的关系。 1 试验设 计 试验采用 C 3 0引气混凝土的 1 0 0 mm 1 0 0 mmx l O 0 I n l T l 试 件， 用快速冻融法， 分别进行 了0 、 1 O 0 、 2 0 0 、 3 0 0和4 0 0次冻融试 验。 试验中的水泥采用 P I I 4 2 5 R级水泥； 细骨料为中砂， 细度模 数大于 2 6 ， 同时含泥量不 大于 2 ； 粗 骨料采 用粒径 为 5 2 0 mm 石灰石碎石， 用气压式含气量测定仪测得搅拌完的引气混凝土 的含气量为 5 5 A 6 6 2 。 表 1 为混凝土的配合比及性能指标。 表 1 引气混凝土配合 比表 本试验觇定压应 力 、 压应变为负 ， r 厂 ， s g 2 g ， 其中 ， 、r 厂 、 O - 分 别为主 应力 ， g 、 8 、 如 分别 为峰值 应 力点对 应的应 变 ， 双轴压应 力比 O = 6 r 2 o - 3 。 混凝土力学性能试验， 是在大型静、 动 轴电液伺服试验 机上完成。 试验时 ， 将试件安装在试验机的加载板间 ， 试件加载面 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 2 3 0 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 4 7 9 0 5 9 ) ； 中国博士后科学基金( 2 o o 4 0 3 6 3 8 8 ) ； 国家建设部科 研基金项 目( 2 0 0 7 k 2 2 4 ) ； 辽宁省教育厅 高等 学校科学研究项 目( 2 0 0 6 0 1 4 4) ； 大连理T大学海岸和近海 程 国家重点实验室 ( L P 1 0 0 2 ) ； 中央高校基本科研业务专项资金资助项 目( D C1 0 0 2 0 1 2 0 ) 1 【 7 】贡金鑫， 仲伟秋 ， 赵国藩 受腐蚀钢筋混凝土偏心受压构件低周反复 性能的试验研究【 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 5 ) ： 9 2 9 7 【 8 3 L E E H S ， K A G E T， N OG U C H I T， e t a 1 An e x p e ri me n t a l s t u d v o n t h e r e t r o fit t i n g e f f e c t s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s d a ma g e d b v r e b a r c o r r o s i o n s t r e n g t h e n e d w i t h c a r b o n fi b e r s h e e t s ； 3 q C e m e n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h 2 2 2 1， 2 0 02： 1 - 8 ， 【 9 】 戴靠山， 袁迎曙 锈蚀框架边节点抗震性能试验研究 中国矿业大 学学报 ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 1 ) ： 5 1 5 6 t o 1 李鹏程锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度退化 D 武汉： 华中科技 大学 ， 2 0 0 8 ( 6 ) 上接第 2页 = a + b N ( 1 ) 式中 常态时混凝土单轴抗压强度； 不 同冻融循环次数后 的混凝土抗压强度 ； 冻融循环次数 ； a 、 b 回归系数。 经统计回归求得应力比 分别为 0 、 0 2 5 、 0 5 、 O 7 5 、 1 0时， 式( 1 ) 中的回归系数及相关系数依次为： a = 1 0 2 9 、 1 2 5 4 8 、 1 2 8 9 、 1 25 3 、 1 1 5 5 ； 6 = - 0 0 0 1 3 、 - 0 0 01 2 、 - 0 0 0 1 2 5 、 - 0 O 0 l 3 8 3 、 - 0 O 0 1 2 4 ； r = O 9 5、 0 9 4、 0 9 5 3 、 0 91 5、 0 9 8 6 。 3 2 抗压 强度 与应 力 比 的 关 系 抗压强度与应力 比 的关系可用式 ( 2 ) 描述 ： ：兰 州 ( 2 ) ( 1 + a) 式 中： 应力 比 O r = O 2 (7 3 ； C 、 d 、 e 回归系数。 根据图 1 的结果， 经统计回归求得冻融循环次数分别为 0 、 1 0 0 、 2 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0次时 ， 式( 2 ) 中的回归系数及相关 系数依次为 ： c = 2 0 5 5 、 26 3 、 2 7 2 、 2 5 9、 2 3 ： d =一 0 9 1 7、 一 1 1 9 9、 一 1 2 5 6、 一1 1 8 7 、 一 1 0 2 8 ； e = 1 0 0 7 6 、 O 9 1 1 、 0 8 2 、 0 6 5 6 、 0 4 8 8 ； 回归 系 数 r = O 9 6、 0 9 68 0 9 6 4、 0 98 4、 0 8 75 3 3 同时考虑应力比和冻融循环次数的破坏准则 为便于实际应用， 有必要建立同时考虑应力比和不同冻融 循环次数后的引气混凝土统一破坏准则。 利用多元线性表达式 描述如下 ： = a + b N! + d ( 3 ) ( 1 + ) 式中 ： 冻融循 环次数 ； 应力 比； 。 、 b 、 C 、 d 回归系数。 根据试验数据， 经统计回归求得回归系数为： 1 0 2 9 8 、 6 = 一0 0 0 1 2 7 、 c = 2 4 6 、 d = 一 1 1 1 7 4 ， 则式( 3 ) 可表达为式( 4 ) ： ： 1 0 2 9 8 - 0 0 0 1 2 7 + 一 1 1 1 7 4 ( 4 ) ( 1 + d) 求得的复相关系数 r = O 9 5 9 。 4结 论 通过 对经受不 同冻融循环 次数后引气 混凝土 双轴压试验 结果的分析 ， 得 出的主要结论如下 ： ( 1 ) 经受冻融循环后 ， 引气混凝土在双轴压荷载作用下的 破坏形态 与普通混凝 土的破 坏形态基本相同 ， 由于主压应 力的 6 1 1 F A N G C o n g - q i ， G Y L T O F T K， L U N D GR E N K， e t a 1 E ff e c t o f e o r r o s i 0 n o n b o n d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r c y c l i c l o a d i n g J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 5 4 8 5 5 5 1 2 蒋连接 冈 筋混凝土压弯构件抗震性能研究f D 】 徐州： 中国矿业大 学， 2 0 0 8 ( 5 ) 作者简 介 联系地址 联 系电话 蒋连( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 硕士， 讲师， 主要从事混凝土结构耐久 性方面的研究。 ： 江苏省宿迁市黄河南路3 9 9 号( 2 2 3 8 0 0 ) 1 31 01 8 6 9 3 9 8 作用 ， 沿试件的 自由面产生的拉应变超过了混凝土的极限拉应 变， 导致试件受拉劈裂破坏。 ( 2 ) 在经受相同的冻融循环次数后 ， 引气混凝土双轴压抗 压强度的绝对值在 a = O 5时最大 ， 随着冻融循环 次数 的增加 ， 应 力比 对抗压强度绝对值的提高程度逐渐加大。 ( 3 ) 在相同的应力比下， 引气混凝土双轴压抗压强度的绝对 值随冻融次数的增加而降低， 2 0 0 次以后下降幅度进一步增加。 ( 4 ) 冻融循环后双轴压混凝土应力一 应变关系曲线的线性 段比单轴受压时提高， 线性段提高的幅度与应力比O t 的大小直 接相关。 ( 5 ) 建立了冻融循环后 ， 不同应力比下双轴压引气混凝土 的破坏准则， 便于实际应用。 参考文献 ： 1 过镇海， 王传志 多轴应力下混凝土的强度和破坏准则研究【 J 土木 工程学报 ， 1 9 9 1 ， 2 4 ( 3 ) ： 1 - 1 4 2 程红强， 等 冻融对混凝土强度的影响f J 河南科学， 2 0 0 3 ， 2 1 ( 2 ) ： 2 1 4- 21 6 【 3 覃丽坤 高温及冻融循环后混凝土多轴强度和变形试验研究【 D 】 大 连： 大连理工大学 ， 2 0 0 4 ( 2 ) 4 宋玉普， 覃丽坤， 张众， 等 冻融循环后混凝土双轴压的试验研究及， 理论分析l J l _水利学报， 2 o 04( 1 ) ： 9 5 9 9 5 于长江 冻融环境下普通混凝土的多轴破坏准则 D 大连 ： 大连理工 大学， 2 0 0 4 ( 3 ) 6 N o b u f u mi T a k e d a S h i g e y u k i S OG O J a p a n D u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o c o mb i n e d d e t e r r i o r a t i n g a c t i o n s o f c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n a n d f r e e z i n g a n d t h a w i n g C T h e F i r s t fi b C o n g r e s s 2 0 0 2 ， C o n c r e t e 、 S t r u c t u r e s i n t h e 2 1 s t Ce n t u r y Or g a n i z e d b y J a p a n Co nc r e t e I n s t i u t e， 2 0 0 2 ( 1 0 ) ： 2 5 2 6 f 7 1 Mi n o b u A o y a ma ， K a o r u S a k a mo t o ， Ma s a h i ro N o m u r a ， K a z u y u k i T o ri i ， C 0 u n t e r me a s u r e s f o r c h l o r i d e i n d u c e d c o r r o s i o n o f s t e e l b a r s i n c o a s t a l c o n c r e t e b r i d g e i n a s e v e r e s a l i n e e n v i mn m e n t C f l h e F i r s t fi b C o n g r e s s 2 0 02， Co n c r e t e S t r u c t u r e s i n t h e 21 s t Ce n t u r y Or g a n i z e d b y J a p a n C o n c r e t e I n s t i t u t e， 2 0 02： 49 - 5 6 8 P O WE R S T c F r e e z i n g e f f e c t i n c o n c r e t e J A C I P u b l i c a t i o n S P 4 7， d u r a b i l i t y o f Co nc r e t e， 1 9 7 5， S P， 4 7 -1： 1 -1 0 作者简介 联 系地址 联系电话 姚家伟( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 硕士， 主要从事建筑结构 工程研究 。 大连市经济技术开发区辽河西 l 8 号 大连民族学院土木 建筑 工程学院 ( 1 1 6 6 2 9 ) 1 3 9 41 1 4 4 7 5 2