基于劈拉強度的纖維再生混凝土損傷分析

黃瑤

桂林理工大學博文管理學院

基于劈拉強度的纖維再生混凝土損傷分析

黃瑤

桂林理工大學博文管理學院

混凝土內部結構的損傷程度可以通過測試混凝土結構的劈拉強度損失值來表示，為了研究受荷對混凝土劈拉強度的影響，對歷經了0%、40%、60%和80%極限抗壓強度荷載歷史后的素混凝土、再生混凝土、聚丙烯纖維再生混凝土進行了劈裂抗拉試驗。試驗結果表明，荷載歷史作用下隨著應力水平增長，混凝土內部損傷不斷積累，極限劈拉強度值降低；用劈拉強度損傷變量反應纖維加入減緩損傷的演變規律，在相同應力水平作用是，聚丙烯纖維再生混凝土抵抗損傷的能力略優于再生混凝土，彌補再生骨料的缺陷，提高了劈拉強度。

再生混凝土；聚丙烯纖維再生混凝土；應力水平；劈拉強度；損傷

1 前言

再生混凝土（Recycled Aggregate Concrete,簡稱RAC）：是指將廢棄混凝土經過清洗、破碎、分級和按一定比例與級配混合形成再生骨料（Recycled Aggregate）,部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的混凝土[1]。其中聚丙烯纖維再生混凝土中亂向分布的短纖維主要的作用在阻礙混凝土內部微裂紋的擴展和阻滯混凝土宏觀裂縫的發生和發展，纖維摻入再生混凝土的裂后性能明顯提高，對其力學性能抗拉、抗壓強度等起到改善作用。本文針對聚丙烯纖維再生混凝土進行試驗，探討聚丙烯纖維再生混凝土在荷載歷史作用后的立方體抗壓強度、劈拉強度的影響。通過分析試件破壞機理，更全面了解聚丙烯纖維再生混凝土的性能助于實際工程應用。

2 試驗概況

2.1 原材料

水泥：桂林興安“海螺”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；水：普通生活用水；天然骨料：天然細骨料為中砂，天然粗骨料為普通碎石其直徑為5mm～20mm；再生骨料：廢棄混凝土試驗梁原始設計強度等級為C30，齡期為1年～2年，通過人工破碎加工，去除其試驗梁的殘留雜物后，選取再生骨料粒徑范圍為5mm～20mm作為再生混凝土粗骨料。聚丙烯纖維：由長沙市博賽特建筑工程材料有限公司提供，其力學性能指標見表1。

表1 聚丙烯纖維的基本物理力學性能指標

試件采用150mm×150mm×150mm標準混凝土立方體抗壓試塊，試件澆筑24h后脫模，在濕砂養護28d，每天灑水保持砂子濕度。整個試驗過程嚴格參照混凝土試驗方法進行。

2.2 混凝土配合比

本實驗配置混凝土為C30強度等級試樣，Y-1代表素混凝土，Y-2代表摻加30%再生骨料混凝土，Y-3代表摻加30%再生骨料、0.9 kg/m3聚丙烯的聚丙烯纖維再生混凝土，基準配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2.3 試驗方案

抗壓、劈拉試驗中，選取三種樣品配比的混凝土立方體試塊按照國家試驗標準先施加單軸荷載測定試塊的極限荷載fcu和劈拉強度fts。然后分別對三種樣品配比試塊的豎直方向預先施加單軸荷載，施荷值分別為40%、60%、80%的極限荷載值；持壓15min后卸載，對試塊進行換面后再測定試件的極限劈拉強度值。

3 荷載歷史影響下劈拉強度損傷程度分析

（1）三種試件都是隨著加荷后，試件內部損傷都不斷積累，導致混凝土極限劈拉強度降低了。當預加應力水平小于0.6時，預加荷載所造成試件內部受損程度較小，裂紋發展速度緩慢變化不夠明顯；當預加應力水平超過0.6時，試件裂紋數量顯著增加，若繼續加壓后，則宏觀裂縫不斷形成，導致構件破壞。

（2）在相同荷載歷史作用條件下，預加0.4應力水平作用時三種試件測試的損傷數值相近；隨著應力水平從0.4增長到0.6時，在荷載不斷增長損傷的積累達到不可恢復狀態，構件承載能力明顯下降。0.6預加應力水平作用時，Y-2與Y-1比較其損傷值屬于增長態勢，Y-3與Y-2比較其損傷值有減緩，而Y-3與Y-1增長態勢相似基本持平；當應力水平超過0.6時，聚丙烯纖維加入再生混凝土中使得損傷程度得到減緩，極限劈拉強度值接近素混凝土的極限劈拉強度值。

4 結語

（1）混凝土承受單軸受壓不同荷載歷史作用后的測定試件極限劈拉強度值，根據應力水平增加，極限劈拉強度成一定規律降低。利用極限劈拉強度的損傷值Dts來定義混凝土內部的損傷程度是可行的。

（2）素混凝土、再生混凝土以及聚丙烯纖維再生混凝土在荷載歷史影響下，隨著應力水平的增加，歷史受荷越大，損傷值越大。損傷程度可在試件極限劈拉強度中體現。

（3）纖維加入在預加高應力水平作用下起到增韌和抵抗損傷的能力的效果。

[1]肖建莊.再生混凝土材料與結構研究新進展[J].世界科學,2006(12):29～31.

[2]柴振嶺,王全風,施養杭.混凝土力學的研究現狀與發展[J].建筑材料,2005(35):641～644.

廣西高等學校特色專業及課程一體化建設項目--土木工程，（項目編號GXTSZY232）；2016年自治區級大學生創新創業訓練計劃立項項目，項目編號（201613645016）