混合骨料混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的研究

摘要:研究了頁巖陶拉與碎石按不同體積比混合配制的各組混凝土，在不同齡期時的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，并經(jīng)過無量綱化處理分析。結(jié)果表明，混合骨料混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程宜來用分段曲線的形式，其中上升段可采用與現(xiàn)行規(guī)范中普通混凝土相同的形式，但系數(shù)不同。對于同水灰比的各組混凝土，隨陶粒摻量的增加，混凝土峰值應(yīng)力幾乎呈線性趨勢降低，而其峰值應(yīng)變則變化不大;隨齡期的增長，峰值應(yīng)力均增長，而峰值應(yīng)變卻有所降低。

關(guān)鍵詞: 頁巖陶粒; 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€;峰值應(yīng)力

中圖分類號: TＵ528.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號:1671－4431(2007)07－0018－04

混凝土的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€是其力學(xué)性能的綜合性宏觀反應(yīng)，是研究混凝土結(jié)構(gòu)承載力和變形的主要依據(jù)。國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)對普通混凝土和高強(qiáng)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€開展了大量的研究〔1-2〕，得出高強(qiáng)混凝土與普通混凝土相比，其應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€上升段更接近于直線，相應(yīng)于最大應(yīng)力處的應(yīng)變值增大，下降段更陡的結(jié)論。對于輕骨料混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€國內(nèi)外也做了很多試驗(yàn)工作[3-5]，發(fā)現(xiàn)在同等峰值應(yīng)力情況下，輕骨料混凝土的峰值應(yīng)變要大于普通混凝土的峰值應(yīng)變。而對于以輕骨料替代部分普通骨料配制的混合骨料混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的研究還是空白，因此系統(tǒng)地研究陶粒與碎石以不同體積比混合配制的混凝土在不同齡期時的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，并與同水灰比的普通混凝土和輕骨料混凝土進(jìn)行比較，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的意義，以期為混合骨料混凝土的應(yīng)用提供基本的本構(gòu)關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)用哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的天鵝牌PO42.5水泥。哈爾濱第三發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰。哈爾濱賓縣生產(chǎn)的普通型頁巖陶粒，最大粒徑16mm ，1h吸水率5.6%，筒壓強(qiáng)度6.4MPa。5-20mm連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，視密度2643kg/m3。細(xì)度模數(shù)2.9、含泥量1.05%、體積密度2610kg/m3級配合理的中砂。唐山產(chǎn)UNF-5高效減水劑和上海產(chǎn)SJ-2型引氣劑。各種原材料性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 方案

1.2.1 配合比

試驗(yàn)配合比以普通混凝土配合比為基準(zhǔn)配合比，其控制參數(shù)為:水灰比0.29，粉煤灰摻量15%，超量取代系數(shù)1.3，調(diào)整減水劑和引氣劑的摻量，控制混凝土拌合物坍落度為30-50mm，含氣量為(5土0.5)%。在基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上分別用不同比例(0、25%、50%、75%、10%)的賓縣普通型頁巖陶粒取代相同體積的碎石配制試驗(yàn)用各組混凝土，編號分別為B印、BP25、BP50、BF75、BP100。

1.2.2 方案

試件尺寸為100mm×l00mm ×300mm ，試驗(yàn)標(biāo)距為200mm，試驗(yàn)在YES200普通液壓試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，并附加2臺剛度較大的剛性元件來承擔(dān)部分荷載，以提高加載系統(tǒng)的整體剛度，同時對于強(qiáng)度較高的BFC組試件，下降段采用多次重復(fù)加卸載的方法，以便測出應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的下降段，加載應(yīng)變速率保持在5件/s。試驗(yàn)采用位移計測量混凝土的軸向變形，通過拉壓傳感器和位移計將荷載和縱向變形轉(zhuǎn)化為電信號，并用X-Y函數(shù)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2 結(jié)果及分析

2.1 現(xiàn)象

對于陶粒摻量較多的混凝土試件BP50、BP75和BP100，加載至試件極限荷載的90%左右，試件表面開始出現(xiàn)平行于受力方向的微細(xì)裂紋，裂縫數(shù)量基本沒有增長;對于陶粒摻量較少的試件BP0和BP25，當(dāng)荷載達(dá)到峰值應(yīng)力或超過峰值應(yīng)力時，裂縫數(shù)量則迅速增加，且裂縫寬度也增大，峰點(diǎn)過后，很快出現(xiàn)平行于荷載方向的可見裂縫，試件內(nèi)部劈裂聲更加明顯，隨后形成斜裂縫并迅速發(fā)展，貫通整個截面，大多數(shù)試件斷裂成若干分離的小柱而導(dǎo)致整體試件的最后破壞。

從斷面的破壞形式來看，未摻陶粒的混凝土BFD基本上屬于斜面剪切破壞形態(tài)，隨陶粒摻量的增加，破壞則由斜截面剪切轉(zhuǎn)為縱向劈裂。

2.2 結(jié)果

2.2.1 全曲線分析

對每組3個試件的曲線取平均值得到5組陶粒與碎石不同體積比混合配制的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，圖1為分別養(yǎng)護(hù)至28 d和150d時的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€最終匯總結(jié)果。

從圖1中可以明顯看出如下特征。1)隨陶粒摻量的增加，曲線上升段的斜率依次變小，表示配制的混凝土彈性模量依次降低。這是由于輕骨料自身的彈性模量較低，剛性小，抑制水泥石基體應(yīng)變的能力弱的緣故。2)隨著陶粒摻量的增加，曲線下降段的坡度變得越緩，這一方面是由于陶粒的摻人使得混凝土的強(qiáng)度有所降低，而強(qiáng)度的大小又是決定曲線下降段形狀的最重要的因素;另一方面，當(dāng)試件所承受的荷載超過峰值應(yīng)力時，由初始裂縫形成的可見裂縫發(fā)生并不斷被新的貫穿裂縫分割直至形成主要貫通裂縫，這一形成過程中許多應(yīng)力集中使得混凝土破壞速度加快，而彈性模量較低的輕骨料的摻人延緩了這種現(xiàn)象的發(fā)生。3)隨著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的增長，各組混凝土的上升段更接近于直線，下降段更陡，峰值應(yīng)力均增長，而峰值應(yīng)變卻有所降低。不過150d齡期時各條曲線隨陶粒摻量的變化規(guī)律與28 d的類似。

2.2.2 峰值點(diǎn)分析

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