约束混凝土和素混凝土抗冻性能对比研究

资料大小：950KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-05

资料介绍

约束混凝土和素混凝土抗冻性能对比研究
张俊萌，方从启，段桂珍
(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240)
摘要：为了对比分析素混凝土和约束混凝土抗冻性能差异，对不同配合比的素混凝土块和钢筋混凝土柱进行0、20、40、60、100、
120次的冻融腐蚀试验。作为第三部分，主要总结约束混凝土试验和素混凝土试验，分析两者抗冻性能差异，主要从抗压强度损失变
化、破坏形态、冻融破坏机理以及冻融损伤预测模型方面进行对比。对比结果显示：在冻融循环过程中，约束混凝土抗压强度呈三次
曲线趋势下降，中间有明显平台阶段，而素混凝土抗压强度呈二次抛物线趋势逐步下降。粉煤灰对抗压强度影响较大，不掺粉煤灰的
约束混凝土的抗压强度远远大于素混凝土，抗压强度损失差异达3O％ 40％；掺15％粉煤灰对约束混凝土和素混凝土抗压强度均不
利，但对约束混凝土的影响更大，明显减小两者抗压强度差异。水灰比对抗压强度影响较小，但使用粉煤灰时，对于素混凝土应降低
水灰比，而约束混凝土宜提高水灰比。由于箍筋的约束作用，约束混凝土破坏过程以及机理和素混凝土有很大的差异。因此用素混凝
土的抗冻性能来评估实际钢筋混凝土抗冻性能是不合理的，有必要建立实用的约束混凝土的抗冻性能预测模型。
关键词：约束混凝土；素混凝土；冻融循环；抗压强度；破坏机理
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)03—0025—05
Comparatuie investugation on anti—freeze behavior of confined and plain concrete
ZHANGJumneng，FANG Congqi，DUAN Guizhen
(School ofNaval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai JiaotongUniversity，Shanghai 200240，China)
Abstract： In order to study the antifreeze performance diference of confined concrete and plain concrete by contrast，different material
ratio of plain concrete cubic blocks and confined concret columns were tested under freeze—thaw cycle of different numbers as
0，20，4O，60，100 an d 120 times．As the third part，this paper mainly summarized the experiment ofconfined concrete and plain concrete，
the diference of antifreeze performance between plain concret and confined concret are analyzed，mainly from the loss of compressive
strength，failure pattern，mechanism offreeze—thaw damage and freeze—thaw damage prediction mode1．Comparison results shows that，in
the process of freezing and thawing cycle，the compressive strength of confined concrete cubic curve trend down，there was a obvious plat—
form stage，while compressive strength ofplain concrete gradually decreased as a parabola．Compared with water cement ratio，Fly ash had
a gr eater influence on the compressive strength loss ofboth concret．without admixture offly ash，confined concrete compressive strength is
much greater than the plain concrete and the compressive strength loss diference came to 30％——40％；admixture of 1 5％ fly ash had obvi—
OUS disadvantage to compressive strength of confined concrete and plain concrete，but a greater impact of confined concrete，reduce the
compressive strength significantly．Compressive strengthinfluencedbywater cement ratiowas small，butwhenusingfly ash，forplain con—
crete it iS good to reduce the water cement ratio．while for confined concrete it iS good to improve the water—cement ratio．Due to the efect
of constraints of the stirrup，failure process and mechanism of confined concrete an d plain concrete has very big difference．So using antifreeze
performan ce of plain concrete perform ance to evaluate actual antifreeze perform an ce of reinforced concrete is unreasonable，it is
necessary to establish practical antifreeze perform ance prediction model of confined concrete．
Key words： reinforced concrete；plain concrete；freeze—thaw cycle；compressive strength；failure mechanism
0 引言
在我国寒冷地区，抗冻性一直是混凝土耐久性研究的
主要方向之一。目前，关于素混凝土抗冻性能研究成果已经
很丰富，大多基于材料层次的冻融破坏机理¨．。】，冻融作用
下素混凝土力学性能退化，以及冻融和其他因素耦合分
析等『8_姗。而针对冻融环境下钢筋混凝土构件整体工作性
能开展的研究却较少⋯]，但现实中的混凝土结构主要是钢
筋混凝土构件，约束混凝土的抗冻性能和素混凝土的差别
较大，因此有必要对两者之间的抗冻性能对比分析。
由于箍筋对混凝土的约束作用，混凝土的轴心抗压强
度以及极限应变可以得到很大提高【11，同时钢筋与混凝土
通过良好的黏结力结合成一体共同受力、协同丁作。冻融破
坏不仅从微观层次影响混凝土材料，造成混凝土力学性能
收稿日期：2013-09—04
基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(J201】G003)；国家自然科学基金项目(5l178264)
· 25 ·
下降，同时对于配筋的约束混凝土，冻融可能造成混凝土
保护层开裂，进而加快钢筋锈蚀，造成钢筋混凝土的黏结
性能丧失，承载力下降，进而威胁整体结构的安全使用。因
此用素混凝土的抗冻性能来评估实际钢筋混凝土抗冻性
能是不合理的。研究冻融环境下箍筋约束混凝土抗冻性
能，对于寒冷地区受冻融作用的钢筋混凝土结构及构件的
承载力、变形以及延性的研究是必不可少的。
1 试验设计
试验共制作两批试件，分别为100mmxl00mmxl00mlTl
素混凝土立方体试块和100 mmx100 mm~250 mm的长方体
混凝土配筋柱。柱的保护层厚度为10 mm，纵筋直径8 mm，
配筋率为2％；箍筋直径5 mm，配箍率为1．4％。两批试件
采用材料配合比相同。即设计四种配合比，分为普通强度P
(高水灰比)的混凝土和高强H(低水灰比)混凝土，不掺粉
煤灰与掺15％粉煤灰的混凝土。CH、CP代表素混凝土立
方体试块。H、P代表约束混凝土配筋柱。具体可参考论文
第一部分和第二部分。
两素混凝土试块共分为7组，其中一组测试28 d抗压
强度标准值作为对比，其余6组按照冻融次数0、20、40、60、
100、120次分为6组，每组3个试块。同样约束混凝土配筋
柱按冻融循环次数共分6组，每组三个试块。
2 结果分析
2．1 抗压强度变化规律对比
为了便于研究抗压强度变化，取抗压强度损失率作为
对比对象和．，分别代表素混凝土和约束混凝土在冻
融过程中抗压强度损失率，表1为抗压强度损失率数值表，
图1分别为不同配合比的素混凝土和约束混凝土抗压强
度损失率变化曲线。从表1中可以看出无论素混凝土或约
束混凝土但抗压强度损失率均随着冻融次数增加而增大，
但两者抗压强度损失变化规律不同。从图1可见，素混凝土
抗压强度随冻融次数逐步降低，冻融初期，曲线斜率较大，
抗压强度损失较快。之后曲线逐渐平缓，抗压强度损失变慢。
而约束混凝土在冻融初期，抗压强度损失大，冻融20～40次
时出现平台阶段，之后再次上升，呈现出明显的三段式变
快规律。相同冻融循环次数，素混凝土的抗压强度损失率远
远大于约束混凝土，素混凝土的抗压强度损失最小为30％，
最大可达80％，而约束混凝土的抗压强度损失率最小仅为
5％，最大为50％。可见由于箍筋约束作用，约束混凝土的
抗压强度明显提高，抗冻性能优于素混凝土。在冻融达到
100次以后，约束混凝土柱抗压强度比素混凝土的抗冻性能
平均提高30％～40％。
从材料层次上，粉煤灰均增大了素混凝土和约束混凝
土的抗压强度损失率，尤其对约束混凝土P2组，H2组的损
失率影响更大，使掺粉煤灰的素混凝土和约束混凝土的抗
压强度损失率差异减小。从图中可以看出：不掺粉煤灰的
P1组素混凝土块和约束混凝土柱的抗压强度损失率差异
较大，曲线间距较大，最小差异为25％左右。而掺15％粉煤