再生大骨料混凝土单轴受压本构关系.pdf

1 0 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1期( 总第 1 5 1 期 ) 再生大骨料混凝土单轴受压本构关系 李静 ， 王林富 ， 刘震 ， 姜琳 ， 刘虎 ( 1 中国石油大学储运与建筑工程学院 山东青岛2 6 6 5 5 5 ： 2 中国石油集团工程设计有 限责任公司北京分公 司。 北京1 O O O 8 5 【 摘要】 对 4 组不同堆石取代率的再生大粒径骨料( 粒径为8 0 1 5 0 ra m ) 自密实混凝土进行了单轴受压试 验， 测得其承载力， 并绘制应力 一 应变曲线。研究结果表明， 再生大骨料 自密实混凝土棱柱体轴心受压应力 一应 变关系曲线基本接近直线 ， 其比例极限和强度极限接近， 只有微小的塑性变形 ， 破坏呈突发式纵向破坏。 【 关键词】 再生大粒径骨料； 单轴受压； 应力 一 应变曲线； 弹性模量 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 0 0 3 E XP ERI M E NT AL S T UDY ON CONS TI TUTI VE REL ATI ONS HI P OF RECYCLE D BI G AGGREGAT ES F I L LED CONCRET E UNDER UNI AXI AL COM P RES S I ON L I J i n g ，WANG L i n f u ，L I U Z h e n ， J I ANG L i n ， L I U Hu ( 1 C o l l e g e o f T r a n s p o r t &S t o r a g e a n d C i v i l E n s i i n C h i n a U n i v of P e t r o l e u m， Q i n g d a o 2 6 6 5 5 5 ， C h i n a ； 2 C h i n a P e t r o l e u m G r o u p E n g i D e s i g n C o ， L t d ( B e i j i n g B r a n c h ) ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Un i a x i a l c o mp r e s s i o n e x p e r i me nt s a r e c o n d u c t e d o n 4 g r o u p s o f d i ffe r e n t r e p l a c e me nt r a t e o f r e c y c l e d a g gre g a t e s ( b i g a g gre g a t e s o f 8 0 1 5 0 mm d i a me t e r )fi l l e d c o n c r e t e We m e a s u r e d b e a r i n g c a p a c i t y an d dr a w s tre s s - s t r a i n c u r v e s I t i s s h o wn t h a t t h e s t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p a p p e a r s t o b e l i n e a r a n d e l a s t i c mo d u l u s i S fi x e d c o n s t a n t s T h e p r o p o r t i o n a l l i mi t i S c l o s e t o u l t i ma t e s t r e n g t h w i t h o n l y a mi n o r am o u n t o f p l a s t i c s t r a i n， wh i l e t h e d a ma g e p res e n t s a b u r s t mo d e l o n g i t u d i n a l s p l i t t i n g F r a c t u r e s u r f a c e s d e mo n s t r a t e d g o o d c o h e s i o n c o n d i t i o n s a t the c o n c r e t e - r o c k i n t e r f a c e Ke y wo r d s ： r e c y c l e d a g g r e g a t e s ； u n i a x i a l c o mp r e s s i o n； s tr e s s s t r a i n c u r v e ； e l a s t i c mo d u l u s 混凝土的单轴受压是混凝土材料最基本的物理 力学性能 ， 是研究混 凝土结构 承载力 和变形 的主要依 据 ， 是分析构件极 限承载力和 进行非线性 全过程 分析 时 ， 必不可少 的材 料本 构模 型 的基 础 。普 通混 凝 基金项目】 青岛经济开发区科技发展计划重点项目( 2 0 0 8 2 2 3 ) ； 中国石油大学( 华东) 研究生创新基金项目( S 1 0 2 3 ) C= 4 1 8 5 2 k P a ， = 4 0 4 6 。 ， 这表 明相 同龄期 时 ， 固化 剂掺量增加， 土体的粘聚力和内摩擦角都增大， 这是固 化剂与土样 的化学反应 的结果 。 3结语 通过三轴压缩实验 ， 测定 固化土 的应 力应 变曲线 和抗剪强度参数 ， 在一定的围压下， 固化剂掺量增加， 固化土体呈现主应力增加， 轴向应变减少， 抗剪强度增 加， 土体脆性增加。 2 参考文献 B e l l F G C e m e n t s t a b i l i z a t i o n a n d c l a y s o i l s w i t h e x a m p l e s J E n - v i r o n m c n t a l and E n g i n e e r i n g G ees c i e n ee， 1 9 9 5， 1 ( 2 ) ： 1 3 91 5 1 邵玉芳 ， 龚 晓南 ， 徐 日庆 ， 等 含腐殖 酸软土 的固化试 验研究 3 4 5 6 7 J 浙江大学学报( 工学版) ， 2 0 0 7 ， 4 1 ( 9 ) ： 1 4 7 2 1 4 7 5 杨爱武 ， 杜东 菊， 赵瑞斌 ， 等 水泥及其外加剂 固化 天津海积软 土 的试验研究 J 岩土力学 ， 2 0 0 7 ， 2 8( 9 ) ： 1 8 2 31 8 2 6 黄新， 许晟， 宁建国 含铝固化剂固化软土的试验研究 J 岩 石力学与工程学 报。 2 0 0 7， 2 6 ( 1 ) ： 1 5 61 6 1 王甲春， 叶国琛 硫铝酸盐水泥固化软土的试验研究 J 厦门 理工学院学报 ， 2 0 0 8 ， 1 6 ( 3 ) ： 3 94 2 陈立宏 ， 唐松涛 ， 张洪涛 常规 三轴试验数据处 理的电子表格 法 J 北京交通大学学报 ， 2 0 1 0 ， 3 4( 1 ) ： 5 45 7 陈立宏 ， 陈祖煜， 李广信 三轴试验抗剪强度指标线性回归方 法的讨论 J 岩土力学， 2 6 ( 1 1 ) ： 1 7 8 5 1 7 8 9 【 收稿日期 2 0 1 0 0 9 0 3 作者简介】 王甲春( 1 9 7 2 一) ， 男， 吉林白城人， 副教授， 博士， 研究方向 ： 土木工程技术 。 李静 等： 再生大骨料混凝土单轴受压本构关系 土的单轴受 压本构 关 系 国内外 已经 开展 了 大量 的研 究 ， 再生混凝土的单轴受压 本构关 系也 已有 研究 者涉 及 】 ， 但这些研究 主要是对 粒径 比较 小 的再生 骨料 的研究 ， 而对粒径 比较大( 尤其 是对粒径在 1 5 0 ra m) 的 再生大粒径骨料混凝 土材 料 的研究 ， 国内外 尚未 见报 道。本文针对旧建筑拆除产生大量的城镇固体废弃物 给环境带来 的污染 ， 考虑可能的工程应用背景 ， 对 四组 用再生大粒径骨 料 制成 的 自密实 混凝 土棱 柱 体试 件 进行 了单轴受压本 构关 系的试验研 究 ， 为其 工程应 用 提供科学依 据。 1 单轴 受压试验设计及试验过程 1 1 试验所用材料 C 2 0自密实混凝土： 山东青岛 P c 3 2 5级山水水 泥 ， 水泥 2 8 d实测强 度为 3 7 5 MP a ； 含 泥量 为 0 3 2 、 1 6 3 1 5 m m连续级配的崂山碎石 ； 含 泥量为 1 7 的 大沽河 中砂 ， 细度模数 M =2 5 ； 液体脂肪族 高效减水 剂 ， 掺量为 2 。配合 比及相关技 术参数 见表 1 所示 ； 以青岛八大湖小区拆迁的废弃毛石、 废弃红砖、 废弃混 凝土块作为再生大粒径骨料源， 经过人工破碎、 清洗、 筛分后得到再生大粒径骨料； 水源为普通自来水。 1 2 试件的制作 本试验共制作 了4组尺寸均为 4 2 0 m m x 4 2 0 m m 1 2 0 0 m m 的棱柱体试件， 各组试件大粒径骨料的组成 见表 2所示。所有试 件均 为一批 浇筑完 成 ， 在 自然条 件下( 室 内温度 一 5一 一 6 1 3 ) ， 养 护 2 8 d后 ， 取 出 4组 试件进行单轴受压试验。 表 1 C 2 0自密实混凝土配合比( k g mI 3 ) 及相关技术性质 表 2 再生大粒径骨料 自密实混凝土试件组成 2单轴受压试 验结果及 分析 2 1 试验过程及分析 试件在 自然条件 下 ( 室 内温度 一 5一6 C) 养护 2 8 d 后 ， 按照 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝土力学性能 试验 方法 标 准 和 S L 3 5 2 - 2 0 0 6 水 工 混凝 土试 验 规 程 ， 在朝阳牌 5 0 0 T压 力 试验 机上 加载 ， 试 件加 载装 置如图 1 所示 ， 初始加载速度为 0 4 MP a s ， 在荷载接 近预估轴压峰值荷载时， 逐渐减缓加载速度。试验过 程中， 试件的轴向压力和纵向变形值均由人工采集。 4组 试件 的整个破 坏过 程为 ： 加载 初期表 面无 明 显的可见裂缝 ， 在临近破坏时， 试件边缘和棱角处发生 小面积的挤碎和骨料碎块的剥落， 并伴有轻微的破裂 声； 随后试件出现贯通裂缝和试件局部飞落， 最后剩下 试件残块 。以 4 # 试件为例 ， 其破坏形态见图 1 所示 。 2 2 棱柱体轴心受压应力 一应变曲线 根据试验 测得 的数据 ， 采 用三 次样条插 值法对 4 组实验数据进行回归， 拟合出4条应力 一应变曲线如 图 2 ( a )( d ) 所示。 从 图 2 ( a )一( d ) 中可见 ， 当应 力 接近 极 限 强度 图 1 4 戈 件破坏过程及破坏断面 9 2 前 ， 应力 一 应变 曲线基本上可 以用直线来拟合 ， 相 似率均超过 9 5 。其后有少量的塑性变形， 试样从受 压开裂 到破坏 ， 裂缝 发展较堆石混凝 土快 ， 比例极 限应 力和峰值应力较接近 ， 表明只有微小的塑性变形， 不存 在裂缝 的稳定发展 阶段 ， 一旦开裂很快爆裂 。 2 3 棱柱体轴心受压应力 一应变方程 对混凝土应力 一应变曲线的数学描述有很多种 如多项式、 有理分式、 幂函数和指数形式等。本文采用 三次多项式对 4组试件进 行拟合 ， 拟合方 程及 决定系 数见 表 3所示 。 由表 3可知， 所有拟合曲线 的决定 系数均大于 0 9 5 ， 采用三次多项式可以较好地模拟不同取代率再 生骨 料大 自密实混凝 土的应力 一 应 变曲线 。上述方程 可以作为再 生 大粒 径骨 料 自密实 混凝 土 的单 轴受 压 本构模 型 ， 可用 于再 生大粒 径骨料 自密实堆 积混凝 土 试件的非线性分析。 2 4 峰值应变 混凝土的峰值应变除与强度有关外， 骨料的影响 也非 常显著 。4组试件 的单轴 受压试验结 果见表 4所 1 2 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1期( 总第 1 5 1 期 ) 示 。从表 4可以看出 ： ( 1 ) 不同堆石取代率 的再 生大粒径 骨料 自密 实 混凝土峰值应变变化较大。 ( 2 ) 骨料的种类及其组成对再生大粒径骨料 自 鼍 鼍 应变e ( n ) l 航 件应力一 应变 曲线 应变 ( c ) 3 城 件应力一 应变曲线 表3 轴心受压应力应变方程及决定系数 密实混凝土的峰值应变影响显著， 随着骨料弹性模量 变小 ， 峰值应 变增大。如 由于 E 砖 块 E 混 凝 土 块 E ， 所 以2 # 试件峰值应变最大。 日 譬 图2 1 - 4 0 件应力一 应变全曲线 表 4 自密实混凝 土单轴 受压试验 结果 3结 语 ( 1 ) 实验用不 同种类再生 大粒径骨料取 代率制 作的四组再生大粒径骨料 自密实混凝土棱柱体试件， 棱柱体的单轴受压破坏均属脆性破坏， 但各种再生大 粒径骨料与自密实混凝土问的粘结良好。 ( 2 ) 通过实验结果分析， 再生大粒径骨料 自密 实混凝土的应力 一应变曲线可以用三次多项式很好 的进行拟合， 可用于再生大粒径骨料自密实混凝土结 构和构件 的非线性分析 。 应变E ( b ) 2 件应力一 应变曲线 应变e ( d ) 钟试件应力一 应变 曲线 ( 3 ) 实验给出了四组再生大粒径骨料 自密实混 凝土棱柱体应力 一应变曲线及方程， 为再生大粒径骨 料 自密实混凝土的工程应用提供了基本的力学数据。 参 考文献 金峰 ， 安学晖 ， 石建 军， 张楚汉堆石 混凝土 及堆石混 凝土大 坝 J 水力学报， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 3 4 7 1 3 5 2 安雪晖 ， 金峰 ， 石建 军 自密实混凝 土充填 堆石体的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 5，( 1 ) ： 3 6 孙跃东 ， 肖建庄 再生 骨料混凝土 J 混凝土 ， 2 0 0 4 ， ( 6 ) ： 3 3 3 6 李旭平 再生 混凝土基 本力学 性能研 究 ( I ) 一单 轴受压性 能 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7。 1 0 ( 5 ) ：5 9 86 0 3 夏琴 ， 柳炳康 ， 曹勇 再 生混 凝土单轴受压变 形性 能的试验研 究 J 安徽建筑工业学院学报 ， 2 0 0 9 ，1 7 ( 1 ) ： l 1 1 4 邓志恒， 杨海峰， 等 再生混凝土应力应变全 曲线试验研究 J 混 凝土， 2 0 0 8， ( 1 1 ) ： 2 22 4 肖建庄 再生混凝 土 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 胡琼 ， 宋灿 ， 邹超英 再生混凝 土力 学性能试 验 J 哈尔滨 工 业大学学报 ， 2 0 0 9， 4 1 ( 4) ： 3 33 6 收稿13 期 2 0 1 0 0 8 2 0 作者简介】 李静( 1 9 6 7 一) ， 女 ， 山东蓬莱人， 副教授， 博士 研究生 ， 从事建筑材料 与结构工程的科研与教学 工作 。 * 鼍R 1 i 1J 1J