火灾高温后再生混凝土受压应力-应变曲线及其与钢筋的粘结性能试验研究

摘要

近年来，由于人口的高度集中、建筑火灾事故的频发，给人民的生命和财产带来了严重损失。另一方面，伴随着世界范围内大量建筑垃圾处理问题的亟待解决以及建筑材料的巨大损耗和短缺，再生混凝土应用于建筑结构工程成为趋势。因此，在再生混凝广泛推广应用于结构工程之前，有必要对于再生混凝土以及钢筋再生混凝土受火灾高温后的相关力学性能进行研究。本文主要通过试验手段，结合相关理论分析，针对再生混凝土受高温作用后的受压应力—应变关系以及钢筋再生混凝土受高温作用后的粘结滑移性能进行研究。完成的工作有:
　　一、对经过不同温度作用后的天然混凝土和再生混凝土，采用超景深三维显微系统对比观察其受压破坏后微观裂缝的开展状态，了解各个界面的粘结情况。
　　二、通过对同强度再生混凝土受高温作用后的单轴受压试验，研究了在不同再生粗骨料取代率和不同温度条件下再生混凝土的应力和应变的特点，并根据试验结果建立了再生混凝土受高温作用后的应力—应变全曲线方程。
　　三、通过中心拉拔试验研究了高温后钢筋与再生混凝土间的粘结滑移性能，揭示了在不同温度条件、不同再生粗骨料取代率、不同相对保护层厚度c/d和有无横向约束箍筋等条件影响下的粘结滑移性能，获得了相应的粘结—滑移曲线。
　　四、依据损伤力学应变等效性假设的相关理论知识分析了高温后钢筋与再生混凝土间的粘结滑移性能，定义粘结损伤变量D，计算得到损伤演变方程D-s关系曲线，建立了基于界面损伤的粘结—滑移本构方程。主要研究结论如下:
　　(1)采用三维显微系统观察和分析表明，在经历不同温度作用后，天然混凝土破坏时内部的薄弱面为骨料—砂浆界面;再生混凝土受压破坏时内部各个界面相对薄弱程度从重到轻依次为:旧骨料—新砂浆界面、旧砂浆—新砂浆界面和旧骨料—旧砂浆界面。
　　(2)同一取代率条件下，受高温作用后的再生混凝土试件的峰值应力呈减小趋势，峰值应变呈增大趋势，且所经历的温度越高，峰值应力越小，峰值应变越大，峰值应力最大损失为53.8％，峰值应变最大增幅为270.1％。
　　(3)当试件经历温度小于或等于400℃，在同一温度下，随着粗骨料取代率的增大，再生混凝土峰值应力呈减小趋势，峰值应变呈增大趋势;当试件经历温度达到500℃后，出现了相反的规律，在同一温度下，随着取代率的增加，再生混凝土峰值应力整体呈增大趋势，而峰值应变呈减小趋势。
　　(4)在同一高温条件作用后，取代率为100％的再生混凝土的峰值应力均大于其他各取代率的结果，而峰值应变则小于其他各取代率的峰值应变。
　　(5)不带箍筋试件的主要破坏模式为劈裂破坏，带箍筋试件的主要破坏模式为劈裂—拔出破坏。
　　(6)同一取代率条件下，试件经历的温度越高，试件峰值粘结应力越小，峰值滑移量越大，温度达500℃时，峰值粘结应力最大损失为66.2％，峰值滑移值最大增幅为126.4％。
　　同时，带箍筋试件的平均峰值粘结应力和平均峰值滑移值均要大于不带箍筋试件的结果;相对保护侧厚度c/d越大，则峰值粘结应力越大，峰值滑移值也越大。
　　(7)当温度在小于或等于400℃时，每个温度条件下均有一个最优粗骨料取代率对抵抗试件的粘结滑移破坏最有利，而当温度达到500℃后，则是再生粗骨料取代率越大，对抵抗粘结滑移破坏越有利。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 混凝土受高温后国内外研究动态

1．2．1 高温后天然混凝土的相关性能研究现状

1．2．2 高温后再生混凝土的相关性能研究现状

1．3 粘结滑移研究现状

1．3．1 钢筋与混凝土之间的粘结滑移研究现状

1．3．2 钢筋与再生混凝土之间的粘结滑移研究现状

1．3．3 高温后钢筋与混凝土之间的粘结滑移研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 高温后混凝土微观结构性能试验分析

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试验配合比及试块制作

2．2．2 试验准备

2．3 宏观试验结果

2．3．1 试验现象

2．3．2 高温后试件强度变化

2．4 微观试验结果

2．4．1 再生混凝土的界面特征

2．4．2 微观试验现象及结果

2．5 本章小结

第三章 同强度再生混凝土高温后受压应力—应变曲线研究

3．1 引言

3．2 试验

3．2．1 试验材料

3．2．2 混凝土配合比设计

3．2．3 试件设计及试验设备

3．3 试验结果

3．3．1 高温烧失率

3．3．2 应力—应变全曲线图

3．3．3 再生混凝土受压应力—应变全曲线特征值

3．4 试验结果分析

3．4．1 高温作用后混凝土的受压破坏形态

3．4．2 温度条件和取代率对峰值应力的影响

3．4．3 温度条件和取代率对峰值应变的影响

3．4．4 应力—应变全曲线分析

3．5 再生混凝土高温后受压本构关系

3．6 本章小结

第四章 高温后钢筋与再生混凝土粘结—滑移试验研究

4．1 引言

4．2 钢筋与混凝土的粘结—滑移破坏机理

4．2．1 粘结应力

4．2．2 粘结—滑移破坏模式

4．3 试验概况

4．3．1 试验材料

4．3．2 试件的设计与制作

4．3．3 试验装置与试验加载设备

4．4 不带箍筋试件试验结果

4．4．1 试验试件破坏模式

4．4．1 试验曲线

4．4．2 试验结果特征值

4．4．4 试验结果分析

4．4．5 不同c／d试件试验结果

4．5 带箍筋试件试验结果

4．5．1 带箍筋试件破坏状态

4．5．1 试验曲线

4．5．2 试验结果特征值

4．5．3 箍筋对粘结—滑移曲线的影响及机理分析

4．7 本章小结

第五章 高温后钢筋混凝土基于界面损伤的粘结—滑移本构方程

5．1 引言

5．2 界面损伤模型

4．2．1 定义损伤变量

4．2．2 界面损伤模型

5．3 D-s曲线

5．3．1 高温后粘结—滑移试验曲线方程

5．3．2 损伤变量值

5．3．3 D-S曲线

5．4 损伤演变方程

5．4．1 损伤演变方程计算公式

5．4．2 损伤演变方程

5．5 基于界面损伤的粘结滑移本构关系

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢