CN110610748A - 盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法，通过考虑盐冻对再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线的影响，经过计算可以准确的预测不同强度等级下和不同盐冻循环下再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线。计算模型合理；预测结果准确；实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及再生粗骨料混凝土评估技术领域，具体涉及一种盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法。
背景技术
目前，对废混凝土进行循环再生利用被认为是可同时解决废混凝土处置及砂石短缺问题最有效的措施之一。再生粗骨料混凝土，主要指用混凝土废弃物破碎加工而成的再生粗骨料全部或部分替代天然粗骨料浇筑而成的混凝土。再生粗骨料混凝土的技术开发和应用，不仅能解决大量废混凝土处理困难以及由此造成的生态环境问题，同时，可以减少建筑业对天然砂石的需求，降低社会经济发展对大自然的掠夺。总之，再生粗骨料混凝土作为一种环保材料，对社会经济、环境的可持续发展具有重大意义。
目前，国内外大量研究者投身到再生粗骨料混凝土的研究中，并取得了丰硕的成果。现有研究成果表明，再生粗骨料混凝土具有与普通混凝土相近甚至更优的性能，并已逐渐被运用到工程实际中，在未来也势必有更广阔的应用前景。此外，随着人类的不断开采，天然砂石资源最后必将走向匮乏，而且随着公众的的环保意识不断加强，再生粗骨料混凝土在未来的社会建设中必将扮演着举足轻重的作用，其应用范围也会从现在的一般环境拓展到一些严重的自然环境，包括盐冻环境。
在严寒地区，撒除冰盐的路面、海港及海边结构及其它处于含盐环境如盐碱地中的混凝土结构等将不可避免地遭遇盐冻剥蚀破坏。在盐溶液和冻融循环作用下，混凝土会发生盐冻破坏，主要表现为混凝土表面剥蚀及承载能力下降等，使得结构过早的达到正常使用极限状态，增加了结构修复或重建而造成的经济损失。相比于处于淡水环境下的混凝土发生的冻融破坏，混凝土在盐溶液中发生的冻融破坏要严重得多，其破坏程度及速度比清水冻融破坏大好几倍，甚至 10倍，因此对再生粗骨料混凝土在盐冻环境下的抗冻性能的研究显得尤其必要和迫切。目前国内外对于再生粗骨料混凝土在淡水冻融环境下的耐久性的研究已有不少，但对于再生粗骨料混凝土在盐冻环境下的耐久性研究却鲜见报道。因此，本文对再生粗骨料混凝土在盐冻环境下的耐久性研究可补充这一研究领域的空白，为再生粗骨料混凝土在盐冻环境中的应用提供理论支撑，对再生粗骨料混凝土的未来发展应用具有重要意义。
目前，对于混凝土的冻融耐久性研究，大多数学者主要根据冻融后质量损失、相对动弹模损失来评价混凝土的抗冻能力，而实际工程中，遭受冻融破坏的混凝土仍承受外部荷载作用，冻融后的混凝土的力学性能也应作为评价其抗冻性的重要指标。因此，对盐冻后再生粗骨料混凝土力学性能及本构关系试验研究具有一定的理论意义及工程实际价值。
由于再生粗骨料(RCA)中含有大量老砂浆，再生混凝土(RAC)的孔隙率要高于普通混凝土(NAC)。Evangelista L还发现新砂浆与老砂浆间的界面过渡区(Interfacialtransition zone,ITZ)的孔隙率随着RCA的取代率增加而上升，但是ITZ的粘结强度却反而升高。总的来说，RAC的孔隙结构比NAC更为复杂，其冻融破坏特点要有别于普通混凝土。Gokce A从微观层面上研究了由不引气RCA制成的RAC的冻融破坏过程，发现破坏首先发生在RCA上附着的砂浆的裂缝处，然后裂缝不断发展，进一步扩展到新砂浆处；当混凝土内部新旧砂浆中的裂缝发展到连通状态，RAC最终破坏。
不少学者发现，由于RCA吸水率大，RAC的质量损失率和相对动弹性模量下降幅值较NAC 小，无法准确评价由于冻融循环引起的内部损伤。因此，对于RAC的抗冻性能的评价可引入强度指标。张雷顺等[9]发现RAC试件的劈拉和抗折强度对冻融作用非常敏感：在200次冻融循环后，RAC抗压强度仅降低20％左右，但劈拉和抗折强度分别降低了64％和83％，而且比相同次数冻融循环后的普通混凝土强度损失大。
尹兴伟等对掺入不同含量的粉煤灰的RAC在不同冻融循环次数的抗压强度进行了试验研究，发现随着粉煤灰掺量的增加，RAC的抗压强度随着冻融循环次数增加出现先增长后降低的情况。但张云飞等对再生保温混凝土冻融后的抗压强度进行测试，发现随着冻融循环次数增加 RAC抗压强度大致呈线性降低趋势。赵飞等也发现了RAC的抗压强度随着冻融循环次数增加而降低。
邹超英等研究了再生骨料替代率为0、33％、66％和100％的引气混凝土冻融后的基本力学性能，试验结果表明RCA掺量增加，砂浆含量增加，试件强度降低。混凝土内部水结冰膨胀产生冻胀应力以及正负温度交替产生温度应力使得混凝土内部产生微裂缝，在多次冻融循环作用后，微裂缝逐步积累扩展，造成混凝土试件逐渐酥松开裂。因此，再生骨料混凝土的峰值应力与弹性模量随再生骨料掺量、冻融循环次数增加逐渐减小。由于RCA掺量增加，试件强度降低，在冻融循环作用下混凝土内部结构变得更为酥松，裂缝扩展更快，峰值应变随再生骨料掺量增加而逐渐增大。
Andal J从微观层面对RAC和NAC的ITZ的显微硬度和微观结构进行了研究，得出RAC的抗盐冻性能要优于NAC的结论。然而，Andal J发现RCA取代率越高，RAC的表面剥蚀会加剧。杜文对取代率为50％的RAC和NAC的抗盐冻性能进行了研究，以盐冻后质量损失和相对动弹性模量为评价指标，发现在盐冻循环初期，RAC的抗盐冻性能要优于NAC，随着盐冻循环的进一步增加，NAC的抗冻性能要比RAC好，但总的说来RAC的抗盐冻性能满足实际工程中对混凝土抗冻性的要求。
综上所述，目前国内外学者对再生粗骨料混凝土淡水条件下的抗冻性做了大量的试验研究，但对于盐冻环境下再生粗骨料混凝土的基本力学性能、单轴受压应力-应变曲线的研究较少，对于盐冻作用后再生粗骨料混凝土微观结构发展规律的研究也鲜见报道。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明提供了一种盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，能够有效地、准确地、定量地预测盐冻循环后的再生粗骨料混凝土本构关系曲线。
本发明提供的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，包括如下步骤：
步骤一，根据试验方案，确定再生粗骨料混凝土的盐冻循环次数；
步骤二，根据试验，确定再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度；
步骤三，根据试验，确定未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变；
步骤四，通过盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式，预测盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线；
所述的再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度即为盐冻循环次数为0时的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
所述的未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变即为盐冻循环次数为0时的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变。
所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式为：
其中，x为相对本构关系曲线的横坐标；y为相对本构关系曲线的纵坐标；ε为本构关系关系曲线的应变；εp是峰值应变；σ为本构关系曲线的应力；σp是峰值应力；n为相对本构关系曲线上升段形状参数；αc为相对本构关系曲线下降段形状参数；
所述的本构关系曲线形状参数n与αc的计算公式为：
其中，REMD为相对动弹性模量；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；
所述的峰值应变εp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；εp，0为盐冻循环次数为0的本构关系曲线的峰值应变；
所述的峰值应力σp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；fcu,N为N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
所述的盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度σp,0的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
所述的相对动弹性模量REMD的计算公式为：
其中，σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；
所述的N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度fcu,N的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
本发明提供的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，主要存在以下优点：考虑了盐冻对再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线的影响，能准确地、有效地预测不同混凝土强度下盐冻循环后的再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线。
附图说明
图1为不同盐冻循环下再生粗骨料混凝土的本构关系曲线图；
图2为再生粗骨料混凝土的试验本构关系曲线与计算曲线的对比图。
具体实施方式
本发明提供的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，包括如下步骤：
(1)根据试验方案，确定再生粗骨料混凝土的盐冻循环次数；
(2)根据试验，确定再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度；
(3)根据试验，确定未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变；
(4)通过盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式，预测盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线；
(5)步骤(2)中再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度即为盐冻循环次数为0 时的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
(6)步骤(3)中未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变即为盐冻循环次数为0时的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变。
(7)步骤(4)中盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式为：
其中，x为相对本构关系曲线的横坐标；y为相对本构关系曲线的纵坐标；ε为本构关系关系曲线的应变；εp是峰值应变；σ为本构关系曲线的应力；σp是峰值应力；n为相对本构关系曲线上升段形状参数；αc为相对本构关系曲线下降段形状参数；
(8)步骤(7)中本构关系曲线形状参数n与αc的计算公式为：
其中，REMD为相对动弹性模量；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；
(9)步骤(7)中峰值应变εp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；εp，0为盐冻循环次数为0的本构关系曲线的峰值应变；
(10)步骤(7)中所述的峰值应力σp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；fcu,N为N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
(11)步骤(8)与步骤(9)中盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度σp,0的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
(12)步骤(8)中相对动弹性模量REMD的计算公式为：
其中，σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；
(13)步骤(10)中所述的N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度fcu,N的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
试验例
(1)混凝土原材料
海螺牌P.O 42.5R复合硅酸盐水泥；Ⅱ区中砂，细度模数为2.60的河砂；再生粗骨料、普通粗骨料与细骨料的基本性能见表1
表1再生粗骨料、普通粗骨料与细骨料的基本性能
(2)混凝土配合比
试验分3种不同的目标强度等级，25MPa、35MPa和45MPa，并根据目标强度依据普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2011)计算得到配合比，然后适配最终确定再生混凝土的配合比。再生混凝土配合比见表2。
表2再生混凝土的配合比
(3)试验方法
根据普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T 50082-2009)对所有试块进行快速盐冻循环试验，然后根据普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2002)用 100mm*100mm*100mm的立方体试件进行立方体抗压强度试验和用100mm*100mm*300mm 的棱柱体进行单轴受压试验。立方体抗压强度测量结果见表3、表4和表5。
表3盐冻循环后R25立方体抗压强度
表4盐冻循环后R35立方体抗压强度
表5盐冻循环后R45立方体抗压强度
(4)试验结果
不同盐冻循环下R25、R35、R45和C35的再生粗骨料混凝土的本构关系曲线如图1所示。
(5)计算结果与试验结果对比
将再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度与对应强度等级的再生混凝土盐冻循环前本构关系曲线的峰值应变，以及盐冻循环次数，代入下列碳化后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式中：
其中，x为相对本构关系曲线的横坐标；y为相对本构关系曲线的纵坐标；ε为本构关系关系曲线的应变；εp是峰值应变；σ为本构关系曲线的应力；σp是峰值应力；n为相对本构关系曲线上升段形状参数；αc为相对本构关系曲线下降段形状参数；REMD为相对动弹性模量；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；N为盐冻循环次数；εp，0为盐冻循环次数为0的本构关系曲线的峰值应变；fcu,N为N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度； fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；
不同强度等级的盐冻循环下再生粗骨料混凝土的试验本构关系曲线与计算曲线的对比如图2所示。
由图2所知，不同强度等级和不同盐冻循环下的再生粗骨料混凝土的试验本构关系曲线与计算曲线比较吻合，说明本发明方法可靠。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (10)
1.盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，根据试验方案，确定再生粗骨料混凝土的盐冻循环次数；
步骤二，根据试验，确定再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度；
步骤三，根据试验，确定未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变；
步骤四，通过盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式，预测盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线。
2.根据权利要求1所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的再生粗骨料混凝土盐冻循环前的立方体抗压强度即为盐冻循环次数为0时的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
3.根据权利要求1所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的未盐冻的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变即为盐冻循环次数为0时的再生粗骨料混凝土本构关系曲线的峰值应变。
4.根据权利要求1所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算公式为：
其中，x为相对本构关系曲线的横坐标；y为相对本构关系曲线的纵坐标；ε为本构关系关系曲线的应变；εp是峰值应变；σ为本构关系曲线的应力；σp是峰值应力；n为相对本构关系曲线上升段形状参数；αc为相对本构关系曲线下降段形状参数。
5.根据权利要求4所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的本构关系曲线形状参数n与αc的计算公式为：
其中，REMD为相对动弹性模量；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度。
6.根据权利要求4所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的峰值应变εp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度；εp，0为盐冻循环次数为0的本构关系曲线的峰值应变。
7.根据权利要求4所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的峰值应力σp的计算公式为：
其中，N为盐冻循环次数；fcu,N为N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度；fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
8.根据权利要求5所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度σp,0的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
9.根据权利要求5所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的相对动弹性模量REMD的计算公式为：
其中，σp,0为盐冻循环次数为0的棱柱体抗压强度。
10.根据权利要求7所述的盐冻循环后再生粗骨料混凝土单轴受压本构关系曲线计算方法，其特征在于：所述的N次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度fcu,N的计算公式为：
其中，fcu,0为0次盐冻循环后的再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910574594.XA Active CN110610748B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 盐冻循环后再生粗骨料混凝土的本构关系曲线计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110610748B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114121187A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 沈阳建筑大学 | 针状硅灰石-聚丙烯混杂纤维混凝土本构关系曲线计算方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109446734A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-08 | 西安建筑科技大学 | 一种用于在钢管混凝土有限元模型中添加弹簧单元的方法 |
| CN109472107A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-15 | 上海理工大学 | 一种建立再生混凝土在冻融下损伤率演化数学模型的方法 |
-
2019
- 2019-06-28 CN CN201910574594.XA patent/CN110610748B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109472107A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-15 | 上海理工大学 | 一种建立再生混凝土在冻融下损伤率演化数学模型的方法 |
| CN109446734A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-08 | 西安建筑科技大学 | 一种用于在钢管混凝土有限元模型中添加弹簧单元的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曹芙波: "冻融循环后再生混凝土力学性能及与钢筋黏结试验研究", 《中国优秀硕士论文全文数据库》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114121187A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 沈阳建筑大学 | 针状硅灰石-聚丙烯混杂纤维混凝土本构关系曲线计算方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110610748B (zh) | 2023-12-01 |
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