混合骨料混凝土应力-应变全曲线的研究

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关键词: 页岩陶粒; 应力-应变全曲线;峰值应力

中图分类号: TＵ528.2 文献标志码: A 文章编号:1671－4431(2007)07－0018－04

混凝土的单轴受压应力-应变全曲线是其力学性能的综合性宏观反应，是研究混凝土结构承载力和变形的主要依据。国内外许多学者已经对普通混凝土和高强混凝土的应力-应变全曲线开展了大量的研究〔1-2〕，得出高强混凝土与普通混凝土相比，其应力-应变全曲线上升段更接近于直线，相应于最大应力处的应变值增大，下降段更陡的结论。对于轻骨料混凝土的应力-应变全曲线国内外也做了很多试验工作[3-5]，发现在同等峰值应力情况下，轻骨料混凝土的峰值应变要大于普通混凝土的峰值应变。而对于以轻骨料替代部分普通骨料配制的混合骨料混凝土应力-应变全曲线的研究还是空白，因此系统地研究陶粒与碎石以不同体积比混合配制的混凝土在不同龄期时的应力-应变全曲线，并与同水灰比的普通混凝土和轻骨料混凝土进行比较，对于结构设计具有重要的意义，以期为混合骨料混凝土的应用提供基本的本构关系。

1 实验

1.1 原材料

试验用哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌PO42.5水泥。哈尔滨第三发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。哈尔滨宾县生产的普通型页岩陶粒，最大粒径16mm ，1h吸水率5.6%，筒压强度6.4MPa。5-20mm连续级配的石灰岩碎石，视密度2643kg/m3。细度模数2.9、含泥量1.05%、体积密度2610kg/m3级配合理的中砂。唐山产UNF-5高效减水剂和上海产SJ-2型引气剂。各种原材料性能指标均满足标准要求。

1.2 方案

1.2.1 配合比

试验配合比以普通混凝土配合比为基准配合比，其控制参数为:水灰比0.29，粉煤灰掺量15%，超量取代系数1.3，调整减水剂和引气剂的掺量，控制混凝土拌合物坍落度为30-50mm，含气量为(5土0.5)%。在基准配合比基础上分别用不同比例(0、25%、50%、75%、10%)的宾县普通型页岩陶粒取代相同体积的碎石配制试验用各组混凝土，编号分别为B印、BP25、BP50、BF75、BP100。

1.2.2 方案

试件尺寸为100mm×l00mm ×300mm ，试验标距为200mm，试验在YES200普通液压试验机上进行，并附加2台刚度较大的刚性元件来承担部分荷载，以提高加载系统的整体刚度，同时对于强度较高的BFC组试件，下降段采用多次重复加卸载的方法，以便测出应力-应变全曲线的下降段，加载应变速率保持在5件/s。试验采用位移计测量混凝土的轴向变形，通过拉压传感器和位移计将荷载和纵向变形转化为电信号，并用X-Y函数记录仪进行数据采集。

2 结果及分析

2.1 现象

对于陶粒掺量较多的混凝土试件BP50、BP75和BP100，加载至试件极限荷载的90%左右，试件表面开始出现平行于受力方向的微细裂纹，裂缝数量基本没有增长;对于陶粒掺量较少的试件BP0和BP25，当荷载达到峰值应力或超过峰值应力时，裂缝数量则迅速增加，且裂缝宽度也增大，峰点过后，很快出现平行于荷载方向的可见裂缝，试件内部劈裂声更加明显，随后形成斜裂缝并迅速发展，贯通整个截面，大多数试件断裂成若干分离的小柱而导致整体试件的最后破坏。

从断面的破坏形式来看，未掺陶粒的混凝土BFD基本上属于斜面剪切破坏形态，随陶粒掺量的增加，破坏则由斜截面剪切转为纵向劈裂。

2.2 结果

2.2.1 全曲线分析

对每组3个试件的曲线取平均值得到5组陶粒与碎石不同体积比混合配制的混凝土应力-应变全曲线，图1为分别养护至28 d和150d时的应力-应变全曲线最终汇总结果。

从图1中可以明显看出如下特征。1)随陶粒掺量的增加，曲线上升段的斜率依次变小，表示配制的混凝土弹性模量依次降低。这是由于轻骨料自身的弹性模量较低，刚性小，抑制水泥石基体应变的能力弱的缘故。2)随着陶粒掺量的增加，曲线下降段的坡度变得越缓，这一方面是由于陶粒的掺人使得混凝土的强度有所降低，而强度的大小又是决定曲线下降段形状的最重要的因素;另一方面，当试件所承受的荷载超过峰值应力时，由初始裂缝形成的可见裂缝发生并不断被新的贯穿裂缝分割直至形成主要贯通裂缝，这一形成过程中许多应力集中使得混凝土破坏速度加快，而弹性模量较低的轻骨料的掺人延缓了这种现象的发生。3)随着混凝土养护龄期的增长，各组混凝土的上升段更接近于直线，下降段更陡，峰值应力均增长，而峰值应变却有所降低。不过150d龄期时各条曲线随陶粒掺量的变化规律与28 d的类似。

2.2.2 峰值点分析

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