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含砖粒再生粗骨料混凝土损伤性能试验研究

更新时间:2009-03-28

有资料显示,目前我国建筑垃圾中废弃砖达到了一半,能够将其回收利用,不但能满足工程上的部分需要,还能解决建筑垃圾[1]的处理问题。目前国内外学者对于复杂环境作用下再生混凝土损伤进行了试验研究与理论分析,并取得了一定的成果[2-8]。但对于应力作用下的再生混凝土损伤试验研究较少[9-12]。再生混凝土内部损伤在应力作用下会随着服役时间的延长而不断累积,最终形成不可逆的损伤,进而使结构的可靠性降低。本试验以再生砖粒取代率为变量,对不同砖骨料取代率下的再生混凝土试件进行单轴受压,并利用超声波测试仪进行实时检测,研究单轴受压状态下再生混凝土损伤与超声波波速的变化规律,基于超声波检测试验结果利用Excel回归分析得出再生混凝土损伤与再生混凝土单轴压应力系数的关系模型,为含砖粒全再生混凝土结构设计与可靠度分析提供一定的参考。

1 试验过程

1.1 试验原材料的选用

水泥:邯郸市武安某搅拌站送来的太行山牌强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥;再生混凝土粗骨料:采用河北工程大学结构实验室废弃的混凝土梁构件,经人工破碎成5~20 mm粒径;再生砖骨料:采用邯郸市建筑垃圾,经人工分拣筛分成5~20 mm粒径;砂:采用天然河砂,细度模数为1.69;减水剂:采用聚羧酸高效减水剂;水:采用邯郸市饮用自来水。再生粗骨料的基本特性指标见表1。

1.2 试件的制备

基于普通混凝土配合比设计规范,考虑再生粗骨料吸水率大的特点增加附加用水量,以此进行试配。用30%的再生碎砖粗骨料部分取代再生混凝土粗骨料配制再生混凝土试块,7 d抗压强度已经达到22 MPa,根据经验公式推算28 d强度能达到设计强度C35的要求。经过多次试配,确定最终的再生混凝土配合比见表2所示。再生砖粒取代率r分别为0%、10%、20%、30%,对应取代率下再生混凝土试件编号分别为RC0、RC10、RC20、RC30。

木偶脸上本来的漆色却完好,小刀的利刃对它竟毫无损伤。王爷将眼睛几乎贴在那木偶脸上刮那些新蹭上的铁漆时,犹如从瓷器表面刮下一些将干的泥渍。

试件制作方法:在搅拌机中先加入再生粗骨料和砂干拌50 s后停止,加入总用水量的30%,启动搅拌机搅拌70 s停止;随后加入水泥和减水剂,启动搅拌机搅拌30 s,然后将剩余的水加进去,启动搅拌机搅拌100 s后停止。将拌合好的再生混凝土装入100 mm×100 mm×100 mm的立方体试模中,用钢筋棍顺时针插捣多次,然后用橡皮锤轻轻敲击试模侧壁直到混凝土表面开始泛浆,不再有气泡产生为止。静置24 h后拆模,并将试件放置于结构实验室厂房内自然养护,表面洒水后覆盖上塑料薄膜。试件制作数量:每组立方体试件均制作6个试件。

苏楠之所以再次问这个问题,只是想从杨小水嘴里得到确认。明摆着,杨小水没有这样的表姐,有也不可能同时嫁给李石磨,不可能恰好也有过两个小孩,不可能恰好也叫李峤汝、李碧汝。

1.3 试验方法

试验中用到的试验仪器设备有TYA-2000型数显压力试验机以及非金属超声波测试仪(TICO)。超声测试仪使用前需要进行标定,标定系数Rα =0.97。立方体抗压强度试验按照GB/T50081-2002[13]进行;超声检测是利用压力试验机对再生混凝土试件进行分级加载,并在每级荷载下持荷的同时利用非金属超声波测试仪(TICO)对单轴受压状态下不同砖粒取代再生混凝土试件进行对测法超声试验并记录数据。具体操作步骤:试验时将试件固定在压力试验机上并与试验机的上下压板几何对中;用凡士林耦合剂将超声波发射头A与接收头B分别耦合在与试件压应力方向相垂直的自由面且每个自由面对称选取三个点Ai和Bi (i=1,2,3),三次测量结果求平均值。超声检测示意图如图1所示。

由于试验中分级加载,为了方便,在此定义一个变量压应力系数Yi为每级荷载下单轴压应力与再生混凝土试件28 d抗压强度之比,即:

 

[2]安新正,易 成,赵长彪,等.硫酸盐环境下再生混凝土的损伤演化研究[J].河北工程大学学报:自然科学版,2012,29(2):1-6.

式中:Di —每级荷载下再生混凝土损伤;Vi —每级荷载作用下超声波声速平均值,km/s;Vo —再生混凝土试件28 d无压应力作用下初始超声波声速,km/s(表 3)。

赣南是全国著名的革命老区,是原中央苏区核心区,是全国较大的集中连片特困地区之一,贫困范围大、贫困人口多、贫困程度深。“十二五”期间,江西省赣州市仍有11个罗霄山集中连片特困地区县(其中8个国家扶贫开发工作重点县)、932个贫困村、70.24万贫困人口,贫困村、贫困人口均占全省的1/3左右,贫困发生率达9.3%,为全国的1.63倍,因病因残致贫比例合计达53.7%,是全省脱贫攻坚的主战场。

 

表1 再生粗骨料的基本性能指标Tab.1 The basic performance index of recycled coarse aggregate

  

骨料类型 含水率/% 吸水率/% 表观密度/ (kg·m-3) 压碎指标/% 含泥量/%30 min 24 h再生混凝土粗骨料 3.09 4.12 5.15 2 520 11.8 0.35再生碎砖粗骨料 1.01 16.16 20.20 2 126 42.7 0.6

 

表2 不同砖粒取代率下再生混凝土配合比 (单位:kg/m3)Tab.2 The mix proportion of recycled concrete under different brick-particle replacement ratios

  

分组 水泥 再生粗骨料 天然砂 自由水 附加水 减水剂废弃混凝土 废弃砖RC0 412 930 0 658 158 100 4.94 RC10 412 837 93 658 158 62 4.94 RC20 412 744 186 658 158 76 4.94 RC30 412 651 279 658 158 89 4.94

  

图1 超声检测示意图Fig.1 The sketch of ultrasonic testing

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度试验结果与分析

不同砖粒取代率(r =0%、10%、20%、30%)下再生混凝土28 d立方体抗压强度测试值如图2所示。由图2得出,随着再生混凝土中砖含量的增加,再生混凝土试件的立方体抗压强度逐渐降低。当r=10%时,再生混凝土抗压强度较基准再生混凝土降低约为10.04%;当r =20%时,再生混凝土抗压强度较基准再生混凝土降低约21.09%;当r =30%时,再生混凝土抗压强度较基准再生混凝土降低约30.51%。产生强度降低的原因可能是废弃砖的压碎指标较废弃混凝土大,且废弃砖骨料与新砂浆之间粘结性差导致再生混凝土强度降低。由此可见,当r在10%以下时,取代率r对再生混凝土抗压强度作用不是很明显,而当r超过10%时,取代率r对再生混凝土抗压强度的降低作用显著增加。

2.2 损伤检测试验结果与分析

为研究单轴压应力作用下再生混凝土损伤变化规律,定义为每级荷载作用下基于超声波波速衰减的再生混凝土损伤,则有

UTM坐标与高斯坐标可以近似转换,转换公式如下:XUTM=0.999 6XG; YUTM=0.999 6YG

 

压应力系数 Yi ( i =1,2,3,4,5,6,7,8)取0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 八组,加载速率控制在5 kN/s。单轴受压试验采用分级加载,并在每级荷载下持荷1~1.5 min,并同时利用非金属超声波测试仪对再生混凝土试件进行实时超声,待完成超声波波速试验后便可进行下一级荷载,直到八组全部完成为止。

基于不同压应力下的超声波波速试验测试结果,利用公式(2)计算出不同取代率、不同压应力下再生混凝土的损伤,计算结果列于表3,并且图2在同一坐标轴下给出了不同取代率下再生混凝土损伤随单轴压应力系数的变化规律。

由图2可以很明显看出,再生混凝土损伤程度与单轴压应力系数紧密相连。当压应力系数在0.4以下时,损伤随压应力系数的增大而减小,出现这种情况的原因主要是混凝土内部存在微裂纹等初始缺陷导致的。在压应力系数超过0.7后,再生混凝土损伤的增长速率增加。

当r =0%时,试件在累积损伤作用下,其表现为:压应力系数在0.8以下时,试件基本上处于完好状态;当压应力系数介于0.8到0.9之间时,其表面略有一两条细微裂缝;当压应力系数超过0.9时,试件表面裂缝数量明显增多。当r =30%时,试件在累积损伤作用下,表现为:当压应力系数在0.7以下时,时间表面基本上处于无损伤状态;当压应力系数介于0.7到0.8之间时,试件表面出现几条细小的微裂缝;而当压应力系数介于0.8到0.9时,试件表面裂缝数量明显增加且裂缝宽度增大;当压应力系数在0.9以上时,试件表面裂缝出现贯穿裂纹。

1.3 观察指标对比两组患者干预前后效果的肝功能指标,ALT(丙氨酸转移酶)、AST(天门冬氨酸基转移酶)、TBIL(总胆红素);对比两组患者干预后的治疗效果;对比两组患者干预后的SAS(焦虑自评表)SDS(抑郁自评表)。SDS、SAS表总分<50为正常,表示患者无抑郁或焦虑,50<总分<60为轻度抑郁或轻度焦虑,61<总分<70为中度抑郁或中度焦虑,总分>70分以上为重度抑郁。分数越高说明患者症状越严重[6]。

其中,a、b、c分别为试验参数,Y为单轴压应力系数。

  

图2 不同砖粒取代率下再生混凝土28 d抗压强度Fig.2 28 d compressive strength of recycled concrete under different brick-particle replacement rates

 

表3 单轴受压下再生混凝土超声波波速及损伤结果Tab.3 The ultrasonic wave velocity and damage results of recycled concrete under uniaxial pressure stress

  

fcu,0 /MPa Vi(Vo /km·s-1) /(km·s-1) (Vo /km·s-1) /(km·s-1)0.2 3.498 0.0690.2 3.352 0.075 0.3 3.512 0.061 0.3 3.377 0.064 0.4 3.544 0.044 0.4 3.405 0.046 0.5 3.415 0.113 28.570.5 3.266 0.127 0.6 3.382 0.130 (3.496)0.6 3.255 0.133 0.7 3.173 0.234 0.7 2.997 0.265 0.8 2.897 0.361 0.8 2.616 0.440 0.9 2.454 0.542 0.9 2.230 0.574 0.2 2.925 0.0780.2 2.612 0.083 0.3 2.947 0.065 0.3 2.641 0.068 0.4 2.973 0.048 0.4 2.663 0.053 0.5 2.835 0.134 22.070.5 2.530 0.123 0.6 2.830 0.137 (2.702)0.6 2.497 0.146 0.7 2.601 0.271 0.7 2.301 0.275 0.8 2.258 0.451 0.8 1.970 0.468 0.9 1.898 0.612 0.9 1.558 0.668 fcu,0 /MPa Vi Yi Di Yi Di 31.76(3.625)25.06(3.047)

  

图3 再生混凝土损伤与单轴压应力系数的关系Fig.3 The relationship between the damage of recycled concrete and pressure stress coefficient

2.3 损伤关系模型的建立

[1]左祥祥.再生砖骨料混杂纤维混凝土剪切性能[D].郑州:郑州大学,2016.

 

由图2我们可以看出再生混凝土在持荷作用下的损伤随再生砖骨料取代率的增加而增大,且同一取代率再生混凝土损伤随压应力系数的增加呈非线性增大。而且当压应力系数达到0.8以后损伤随压应力系数的增加而加速增大。由此可以表明再生混凝土单轴受压损伤是不可逆的。

公式(4)给出了再生混凝土损伤与再生混凝土单轴压应力系数的关系,有了这个关系再生混凝土在实际工程应用中就可以根据含砖粒再生粗骨料混凝土单轴压应力系数得到再生混凝土结构相应的损伤程度。

 

对于公式(3)中的三个参数,本文基于已有的超声试验数据以及计算的损伤值,利用Excel多项式拟合,得到参数a=1.78,b=-1.23,c=0.26。所以损伤与再生混凝土单轴压应力系数的关系模型具体是:

3 结论

1)再生混凝土试件的立方体抗压强度随着再生混凝土中再生砖含量的增加而逐渐降低,r =10%及r =30%时的再生混凝土抗压强度较基准再生混凝土分别降低了10.04%和30.51%。

(3)农作物类型及种植面积遥感监测技术。农作物种植面积及其空间分布是旱情评估的重要依据。目前,农作物种植面积数据主要是通过抽样调查和统计部门逐级上报,此类方法不仅耗时耗力而且缺乏空间分布信息。遥感技术因其高时效、大范围和低成本等优点,被广泛应用于农作物种植面积遥感监测。根据不同农作物光谱特征的差异,通过遥感影像记录的地表信息,识别不同的农作物类型,统计农作物种植面积。通过遥感技术能够实现信息的快速收集和定量分析,大幅度减少野外工作量,有效提高工作效率。

2)再生砖骨料的掺加降低了再生混凝土的抗损伤能力。

3)当单轴压应力系数达到0.9时,r =0%的基准再生混凝土的损伤达到0.542;而r =30%的再生砖骨料再生混凝土的损伤达到0.668,且此时的表面损伤已经很明显了,因此极限承载力之前的累积损伤是不容忽视的。

4)基于单轴受压下不同再生砖骨料取代率以不同压应力系数的超声试验数据及公式计算出的损伤数据,本文建立了损伤与取代率以及压应力系数的关系模型,D=1.78Y2-1.23Y+0.26,此关系模型为含砖粒再生混凝土的可靠度分析提供了参考依据。

参考文献:

由图3我们不难发现再生混凝土损伤主要与单轴压应力系数有关,所以建立以下损伤模型:

式中:Yi —每级荷载下单轴压应力系数;Pi —每级荷载下单轴压应力;fcu,0 —再生混凝土试件28 d初始抗压强度。

[3]王 倩,崔启兵,徐海群.海水侵蚀环境下再生混凝土的损伤劣化研究[J].四川建筑科学研究,2017,43(4):49-53.

[4]安新正,易 成,姜新佩,等.海水环境下再生混凝土的腐蚀研究[J].河北工程大学学报:自然科学版,2011,28(1):5-9.

[5]汪振双,苏昊林.冻融条件下再生橡胶混凝土损伤演变与强度相关性研究[J].硅酸盐通报,2016,35(12):4286-4291.

[6]GONZALEZ-FONTEBOA B,MARTINEZ-ABELLA F,EIRAS-LOPEZ,et al. Effect of recycled coarse aggregate on damage of recycled concrete[J]. Mater Struct,2011,44:1759.

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[9]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,2009,26(11):102-107.

为进一步验证检验两变量之间的因果关系,将变量进行格兰杰因果关系检验。两变量LGDP和LTTL存在协整关系,因此,满足检验的前提条件。检验结果见表4。

[10]安新正,王小学,姜新佩,等.单轴受压下再生混凝土的损伤特性研究[J].河北工程大学学报:自然科学版,2012,29(4):1-4.

[11]陈宗平,陈宇良.三向受压状态下再生混凝土的变形性能及损伤分析[J].应用力学学报,2016,33(5):799-805.

通过这些问题链使学生懂得数学知识是解决实际问题的工具。当然,数学问题的提出要有真实性、实用性、科学性、适应性,要由浅入深、环环相扣,使学生想解决、能解决。

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[12]张 磊.再生混凝土单轴受压力学性能及其损伤模型研究[D].广州:华南理工大学,2016.

山野朴食餐厅创始人程德金对食材有着极为挑剔的态度。两年前,在为餐厅选择“生态菜系”时,程德金与工作人员接触了近百个生态农场,最终,选了七十多家作为餐厅食材的主要供货商。

[13]GB/T 50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

 
安新正,杨莹莹,牛薇,张亚飞
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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