冻融后再生混凝土与钢筋黏结性能试验研究及微观结构分析.pdf

2 0 1 6年 第 2 期 总 第 3 1 6 期 Nu mb e r 2 i n 2 0 1 6 T o t a l N o ． 3 1 6 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 0 5 冻融后再生混凝 土与钢筋黏结性 能试验 研 究及微观 结构分析 曹芙波 ， 侯玉良 ，田忠刚 ， 郭红斌 ， 赵国良 。 王展霞 1 ． 南京航空航天大学 土木工程系， 江苏 南京 2 1 0 0 1 6 ； 2 ． 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院，内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ； 3 ． 中国二冶集团有限公司，内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 摘要以 1 0 0 ％再生粗骨料取代天然碎石 ， 以钢筋直径 1 6 m n l 和 2 0 lr l n l 锚 固长度 5 d和 1 0 d为变动因素制作中心拔 出试件 。 采用快冻法进行冻融循环试验， 研究不同冻融循环后再生混凝土抗压强度、 极限荷载和极限黏结应力的变化规律 ， 通过对黏结界 面扫描电镜观察 ， 从微观角度分析再生混凝土冻融破坏原因。 试验结果表明 冻融循环后再生混凝土抗压强度下降， 极限荷载和 极限黏结应力随冻融循环次数的增加而减小 ， 是由于再生混凝土内部受冻胀破坏所致。 关键词 再生混凝土； 冻融循环 ； 黏结性能； 微观结构 中图分类号 T U 5 2 8 ． 0 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 2 0 0 1 7 - 0 4 S t u d y o f b o n d i n g p e r f or ma n c e b e t we e n s t e e l b a r a n d r e c y c l e d c on c r e t e a n d t h e a n a ly s i s o f mi c r o s t r u c t u r e of r e cy cl e d concr et e a f t er f r ee zi ng a nd t ha wi ng CAO Fu b o ， HOU Yu l i a n g。 ，T I AN Zh o n g g a n g ， GUO Ho n gb i n ， ZHAO Gu o l i a n g ， WANG Ch e n xi a 1 ． De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u ti c s a n d As t r o n a u t i c s ， Na n j i n g 2 1 0 0 1 6， C h i n a ； 2． S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e rin g， I n n e r M o n g o l i a Un i ve r s i t y of S c i e n c e a nd Te c h n o l o g y， Ba o t o u 01 4 01 0， Ch i n a 3 ． C h i n a S e c o n d Me t a l l u r g y G r o u p Co r p o r a ti o n L i mi t e d ， Ba o t o u 0 1 4 0 1 0， Ch i n a Abst r a c t The c o a r s e a g g r e ga t e wa s i n s t e a d e d b y u s i n g 1 0 0 ％r e c y c l e d c oars e a g g r e g a t e ． S t e e l b a r d i a me t e r 1 6 mm a nd 2 0 ml n a n c h o r a g e l e n g t h o f 5 d a nd 1 0 d we r e u s e d a s t w o va r i a b l e f a c t o r s t o ma k e c e n t e r o f the p u l lo u t s p e c i me n． Th e e x p e rime n t o f fre e z i n g a n d t h a wi n g wa s c o n d u c t e d b y u s i n g f a s t f r e e z i n gtha wi ng c y c l i n g me t ho d． The i n f l u e n c e l a w o f me c h a n i c a l pr o pe r t i e s o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， u l t i ma t e l o a d an d u l ti ma t e b o n d s tre s s we r e s t ud i e d． Th e b on d i n g i n t e r f a c e wa s l o o k e d b y e mpl o y i n g s c a n n i ng e l e c tro n mi c r o s c o p e S E M a n d the d a ma g e r e a s o n s o f f a i l u r e we r e a n a l y s e d fro m mi c r o s c o mi c p e r s p e c t i v e ． T h e t e s t r e s u l t s h o w tha t the c o mp r e s s i v e s tre n g th of r e c y c l e d c o n c r e t e d e s c e n d d ur i n g t h e p r o c e s s o f fre e z i n g a nd tha wi ng ． Wi th the i n c r e a s i ng o f fre e z i ng an d tha wi n g c y c l e s ， the u l t i ma t e l o a d a n d u l t i ma t e b on d s t r e s s de c r e a s e d ． Th e r e a s o n wa s t h a to z e n -h e a v i n g d am a g e l e a d e d t o t h e dam a g e of the r e c y c l e d conc r et e． Ke y wor ds r e c y c l e d c o n c r e t e； fre e z i n g a n d tha wi n g； b o nd be h a v i o r； mi c r o s t r uc t u r e 0 引言 再生混凝土作为一种环境友好型混凝土 ， 可利用大量 的废弃混凝土将其破碎 、 清洗 、 分级后作为再 生骨料 ， 部分 或全部代替天然骨料制备而成” 。 混凝 土的冻融破坏是影 响混凝土结构耐久性寿命 的重要 因素 。 再生混凝土也不 例外 ， 许多专家学者 已经对再生混凝土冻融后基本力学性 能进行了较多的试验研究 ， 对再生混凝土与钢筋之间 的黏结强度虽有所研究 ， 但与普通混凝土相 比， 其 研究结 果还不够系统 、 全面 ， 有待于继续深入研究 。 。 我 国北方寒 冷地区 ， 现役混凝 土结构遭受冻融破坏现象 十分 普遍 ， 因 此研究冻融循环作用后再生混凝土与钢筋 黏结性 能就显 得尤为重要 。 1 试验概 况 1 ． 1 试验原材料 再生粗骨料 将强度为 C 3 0的废 弃混凝土试块破碎 、 清洗 、 筛分制得 ， 级配 良好 ； 减水 剂 采 用 G LB 4高效 引气 减 水剂 ， 减 水率 为 2 0 ％ ； 砂 普通河砂 ， 细度模数为 2 ． 9 ， 含泥量 1 ． 2 ％； 钢筋 采用 H R B 4 0 0级螺纹钢筋 ； 水泥 P O 4 2 ． 5 级水泥 ； 水 普通 自来水。 1 ． 2试验 设 计 采用 中心拔 出试件 ， 试件尺 寸为 1 5 0 mm x 1 5 0 m m 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 1 8 基金项 目 内蒙古自然科学基金 2 0 1 4 M S 0 5 5 1 ， 2 0 1 5 M S 0 5 5 2 ； 内蒙古自治区高等学校科学研究项 目 N J Z Y 1 5 9 ； 包头市科技计划项 目 2 0 1 4 X 1 0 0 9 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 示 自由氯离子含量 占总氯离子含量增大 。 4 X R D测试结果表明 F r i e d e l 盐是氯离子与混凝土 化学反应 的主要产物 ， 随着侵蚀龄期的延长和荷载水平 的 增大， F r i e d e l 盐的含量也逐渐增多， 表示结合氯离子含量 增加。 参考文献 [ 1 ]C AS T E L A， F R A N C O I S R， V I D A L T ． I n fl u e n c e o f s t e e l c o n c r e t e i n t e r f a c e q ua l i t y o n r e i nf o r c e m e nt c o r r os i o n i n d u c e d b y c h l o ri d e s [ J ] ． Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 5 5 2 1 511 5 9． [ 2 ]Z H A N G R ， C A S T E L A， F R A N C O I S R ． C o n c r e t e c r a c k i n g d u e t o c hl o rid e ．i n d u c e d r e i n f o r c e me n t c o rro s i o n ． i n flu e nc e o f s t e e l ． c o n c r e t e i n t e r f a c e d e f e c t s d u e t o th e‘ t o p b a r e f f e c t ， [ J ] ． E u r o p e a n J o u r n al o f En v i r o n m e n t al a n d Ci v i l En g i n e e r i n g， 2 01 2， 1 6 3 4 4 0 2 4 1 3 ． [ 3 ]刘晓南． 服役荷载对滨海混凝土桥梁碳化与氯 离子侵蚀影响 规律研究[ D ] ． 青岛 青岛理工大学， 2 0 1 0 ． [ 4 ] D u r a C r e t e ． P r o b a b i l i s t i c p e rf o r ma n c e b a s e d d u r a b i l i t y d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s [ R ] ． N e the r l a n d s C U R ， 2 0 0 0 ． [ 5 ]混凝土结构耐久性设计与施工指南 C C E S 0 1 2 0 0 4 [ s ] ． 北 京 中国建筑工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 6 ]混凝土结构耐久性设计规范 G B ／ T 5 047 6 --2 0 0 8 [ s ] ． [ 7 ]MA E K A WA K， I S H 1 DA T， K I S H I T ． Mu l t i s c a l e mo d e l i n g o f s t r u c t u r a l c o n c r e t e [ M] ． N e w Y o r k T a y l o r F r a n c i s ， 2 0 0 3 ． [ 8 ]张誉， 蒋利学， 张伟平． 混凝土结构耐久性概论[ M] ． 上海 上海 科学技术出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 9 ]牛荻涛0 昆 凝土结构耐久性与寿命预测[ M] ． 北京 科学 出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 1 0 - ] 冯乃谦， 邢锋． 混凝土与混凝土结构 的耐久性 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ I 1 ] 金伟良， 袁迎曙 ， 卫军 ， 等． 氯盐环境下混凝土结构耐久性理论 与设计方法[ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 1 2 ] MI T S U R U S ， H I R O S H I L ． C h l o ri d e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r s t a ti c and r e p e a t e d c o m p r e s s i v e l o a d i n g [ J ] ． C e m C o n c r R e s ， 1 9 9 5 ， 2 5 4 8 0 3 8 0 8 ． [ 1 3 ] L I H o n g m i n g ， wu J i n ， S O N G Y o n g j i ， e t a1 ． E f f e c t o f e x t e r n al l o a d s o n c h l o rid e d i f f u s i o n c o e ffi c i e n t of c o n c r e t e wi t h fly a s h and b l a s t f u rna c e s l a g [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 4 ， 2 6 9 ． [ 1 4 ] S U MR AN WA N I C H T ， T a n g t e r m s i r i k u l S ． A mo d e l f o r p r e d i c t i n g ti me d e p e nd e n t c h l o rid e bi n d i n g c a pa c i t y o f c e me n tfly a s h c e me n fi tio u s s y s t e m ． M a t e r ． St r uc t ， 2 0 04， 3 7 38 7 3 9 6． [ 1 5 ] WA N G L C， WA N G J Z ． Me s o s c a l e s i m u l a ti o n o f c h l o ri d e d i f f u s i o n i n c o n c r e t e s u b j e c t e d t o fl e x u r a l l o a d i n g [ J ] ． A d v a n c e s I n S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 4 ， 1 7 4 5 6 1 5 7 1 ． 第一作者 方璇 1 9 9 1 一 ， 女 ， 硕士研究生 ， 主要从事材料耐久性 方面的研究。 联系地址 南京市浦珠南路 3 0号 南京工业大学江浦校 区 8 0 2 0 信箱 3 2分箱 2 1 1 8 1 6 联 系 电话 1 5 1 9 5 7 7 9 1 0 3 通讯作者 王曙光 1 9 7 2一 ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从 事隔 震建筑及材料耐久性方面的研究。 联 系电话 1 3 5 8 4 0 2 9 5 4 5 上接第 2 0页 4 结 论 土的宏观质量损失。 通过对不同冻融循环作用再生混凝 土试件 中心 拔 出 试验及钢筋与再生混凝土黏结界面扫描电镜分析 ， 得出 以 下结论 1 随冻融循环次数的增加再生混凝土质量损失率不 断增加 ， 抗压强度逐渐下降 ， 2 0 0次冻融循环作 用后 ， 质量 损失 1 ． 4 ％， 抗 压强度损失 2 9 ． 7 ％。 2 中心拔出试件发生三种破坏形态 劈裂破坏 、 钢筋 屈服破坏和中心拔出破坏。 直径 2 0 m m 钢筋均为劈裂破 坏 ； 直径 1 6 m n l 钢筋 ， 锚 固长度 为 1 0 d 试件均发生钢筋屈 服破坏 ， 锚固长度为 5 d时 ， 除 2 0 0 次冻融循环后发生 中心 拔出破坏 ， 其他均为劈裂破坏。 3 锚固长度相 同时 ， 钢筋直径越大 ， 极 限荷 载越 大 ， 极限黏结应力越小 ； 钢筋直径相同 ， 锚 固长度越大 ， 极 限荷 载越大 ， 极限黏结应力越小 。 2 0 0次冻融循环后 ， 发生劈裂 破坏试件极限荷载分别下降 3 3 ． 5 ％、 3 8 ． 1 ％和 3 4 ． 7 ％。 4 水泥砂浆 与再生骨料间界面过渡 区是再生混凝土 最 为薄弱环节 ； 引气 剂的掺入 能够起 到缓解 冻融损 伤作 用 ， 提高混凝土的抗冻性能 。 水泥砂浆表面裂缝相互贯 通 ， 局部受力不均匀使其产生撕裂 、 拉 断破坏 ， 导 致抗压强度 降低 ， 极限荷载及黏结强度下 降； 砂浆表 面剥 落造成混凝 参 考文献 [ 1 ]伍君勇， 朱平华． 再生混凝土抗冻性研究进展[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 3 4 1 51 9 ． [ 2 ]安新正， 易成， 王小学 ， 等． 冻融后钢筋与再生混凝土黏结性能 研究[ J ] ． 试验力学 ， 2 0 1 3 2 2 2 7 2 3 4 ． [ 3 ]戴薇原， 孙伟民， 缪汉良 再生混凝土的抗冻融性试验研究[ J ] ． 混 凝土 ， 2 0 0 7 8 6 9 7 4 ． [ 4 ]陈爱玖 ， 章青， 王静 ， 等． 再生混凝土冻融循环试验与损伤模型 研究[ J ] ． 工程力学 ， 2 0 0 9 ， 2 6 1 1 1 0 2 1 0 7 ． [ 5 ]崔正龙， 大芳耍羲喜， 北迁政文， 等． 再生粗骨料混凝土耐久性 能的试验研究[ J ] ． 硅酸盐通报 ， 2 0 0 7 ， 2 6 6 1 1 0 7 1 1 1 1 ． r 6 - 1王晨霞， 魏宏刚 ， 吴瑾 ， 等 冈 筋再生混凝土的黏结滑移试验研 究与数值模t E J ] ． 广西大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 3 ， 3 8 4 9 9 6一】 0 0 2． 第一作者 联 系地 址 联 系电话 通讯作者 联 系电话 曹芙波 1 9 7 6一 ， 男 ， 博士 ， 副教授， 研究方向 混凝土 耐久性 ； 防灾减灾。 内蒙古科技大学建筑与土木工程学院 0 1 4 0 1 0 1 5 9 49 48 8 5 O1 王晨霞 1 9 7 7 一 ， 女 ， 博士 ， 副教授 ， 研究方向 混凝土 耐久性。 】 5 9 49 48 8 6 0】 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m