再生混凝土抗彎疲勞性能試驗研究

李競釬

摘要：本試驗用再生石替代混凝土中天然粗骨料制成再生混凝土。再生粗骨料替代率對再生混凝土的各項性能有著不可忽視的影響。為了充分了解其性能，本文中對不同替代率的再生混凝土進行彎疲勞試驗，得出數(shù)據(jù)分析其抗彎疲勞性能，并最后得到p′-S-N的疲勞方程。

Abstract： In this experiment， recycled stone was used to replace natural coarse aggregate in concrete to make recycled concrete. The replacement rate of recycled coarse aggregate has a non-negligible effect on the performance of recycled concrete. In order to fully understand its performance， this paper conducted bending fatigue tests on recycled concrete with different replacement rates， and obtained data to analyze its bending fatigue performance， and finally obtained the fatigue equation p′-S-N.

關(guān)鍵詞：再生混凝土;抗彎疲勞試驗;威布爾分布;疲勞方程

Key words： recycled concrete;bending fatigue test;Weibull distribution;fatigue equation

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0137-02

0? 引言

據(jù)統(tǒng)計2015年我國總計產(chǎn)生約15t建筑垃圾，且每年還以16%的速度遞增[1]，利用率卻只有約為5%。使用再生混凝土可有效解決此問題，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。再生骨料替換天然骨料會使得混凝土性能降低，也有很多學者對再生混凝土進行了研究，例如Zhi-you ZHANG[2]發(fā)現(xiàn)相對于普通混凝土，再生混凝土的抗壓強度下降了20%，張雙燕[3]進行了再生骨料替換率對抗拉強度的影響研究。可見關(guān)于再生混凝土疲勞性能相關(guān)研究較少。

1? 試驗材料

1.1 原材料

水泥：P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。粗骨料：天然再生粗骨料粒徑5～31.5m。細骨料：普通天然河砂細度模數(shù)2.65，粒徑<5mm;機制砂細度模數(shù)3.1，粒徑<5mm。粉煤灰：I級粉煤灰。礦粉：S95礦粉。外加劑：聚羧酸減水劑，減水率為25%，含氣量4.6%。

1.2 配合比

C30混凝土配合比為基礎(chǔ)，具體如表1。

2? 彎曲疲勞試驗

2.1 試件設(shè)計

試樣為標準的150mm×150mm×550mm試樣。已得到抗折強度見表2。疲勞試驗采用MTS電液伺服試驗系統(tǒng)。應(yīng)變數(shù)據(jù)采集采用東華動靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)。同時采用動態(tài)應(yīng)變儀對疲勞試驗的應(yīng)變數(shù)據(jù)進行采集，采集頻率為100Hz。

2.2 試驗結(jié)果

疲勞壽命結(jié)果見表2。試件的疲勞壽命有較大的離散性，原因是加載應(yīng)力水平對混凝土壽命的影響較大，再生混凝土內(nèi)部分布不均勻。在應(yīng)力水平較高時，試件疲勞壽命隨著替代率的增加而減少，原因為再生骨料自身存在空隙較多，在較高應(yīng)力水平下裂縫發(fā)展的更加迅速，破壞更快發(fā)生;當應(yīng)力水較低時，試件疲勞壽命隨著替代率的增加而增加，原因為再生骨料內(nèi)部的空隙吸收了疲勞破壞的一定能量，從而提高了再生混凝土試件的疲勞壽命。而再生混凝土在相同應(yīng)力水平所受到的應(yīng)力較普通混凝土較低，疲勞壽命會有所增加。

3? 疲勞概率分析

疲勞壽命結(jié)果呈現(xiàn)巨大的離散型。因為威布爾分布立理論可以在疲勞壽命分布較大條件下使用，故選擇威布爾分布為理論基礎(chǔ)研究分析再生混凝土的疲勞壽命數(shù)據(jù)，威布爾分布公式推導(dǎo)參考已發(fā)表論文[4-5]。

表3中相關(guān)系數(shù)均大于0.9，說明了疲勞壽命能滿足雙對數(shù)疲勞方程的線性要求。限于篇幅，本文僅給出存活率為0.5時的疲勞方程，供相關(guān)實際工程應(yīng)用參考。

失效概率為0.5時，得出疲勞方程如下：

通過以上計算，得到替代率與極限強度的關(guān)系圖如圖1。

從圖1看出，再生骨料替換率和再生混凝土的疲勞強度呈正比，替換率100%時最大。再生骨料內(nèi)部存在一定量裂紋導(dǎo)致強度降低，在同應(yīng)力水平下實際應(yīng)力比普通混凝土要低，與之前所做研究結(jié)果顯示一致[6]，分析原因為在加載的過程中再生骨料吸收了一部分能量，使得再生混凝土的總體疲勞強度得到了加強。

5? 結(jié)論

①試件的疲勞壽命都在200萬次之內(nèi)，有著明顯離散型。

②對試驗試件的疲勞壽命進行了威布爾概率分布檢測，對各疲勞壽命數(shù)據(jù)進行線性回歸后線性相關(guān)系數(shù)都大于0.9，符合威布爾分布規(guī)律。

③研究各配比下的疲勞方程，混凝土的疲勞壽命很好的滿足了雙對數(shù)疲勞方程的線性要求。

④相對于普通混凝土，再生混凝土更加適用于路橋等重復(fù)荷載較多的工程。

參考文獻：

[1]劉堅，吳城斌.再生混凝土發(fā)展現(xiàn)狀及性能研究[J].混凝土，2018（06）：148-150.

[2]Zhi-you ZHANG. Experimental Study on the Cubic Compressive Strength of Recycled Sand Concrete[A].2016：4.

[3]張雙艷，馬嘯.再生骨料取代率對混凝土性能的影響[J].混凝土世界，2019（05）：66-70.

[4]朱海堂，王寶庭，樓志輝，等.鋼纖維再生混凝土斷裂韌度試驗研究[A].中國土木工程學會混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會纖維混凝土委員會：中國土木工程學會，2008：5.