考虑弯曲荷载损伤的粉煤灰混凝土盐冻劣化分析

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混凝土作为土木工程建筑中最主要的建筑材料,其结构的耐久性和服役寿命是目前国内外工程界积极关注的问题。其中,盐冻循环会使混凝土表面剥蚀量增加,冻融介质更易侵入结构内部,氯离子侵蚀会造成钢筋锈蚀,导致混凝土结构的承载力下降,缩短其使用寿命。目前为止,关于冻融损伤和氯离子侵蚀分别对混凝土耐久性的影响,国内外的专家学者通过各种理论和实验研究取得了较多的成果。然而,对于冻融循环和氯离子共同作用下的混凝土耐久性问题研究相对较少且大部分以素混凝土为研究对象,多数研究中并没有限制混凝土试件的自由变形,这与实际服役的混凝土结构耐久性损伤规律大相径庭,因此得出的试验结果并不能真实反映实际服役中混凝土结构的损伤情况。基于此,本文通过自行研制的弯曲加载装置,以不同粉煤灰掺量的钢筋混凝土试件为研究对象,探讨在不同弯曲荷载作用下钢筋混凝土的抗盐冻问题,为实际混凝土工程耐久性问题提供合理的参考。通过对弯曲荷载下钢筋混凝土构件的快速冻融试验,探讨粉煤灰掺量、弯曲荷载水平、氯离子侵蚀对钢筋混凝土抗冻性能的影响;通过超声波无损检测技术提出混凝土试件在不同弯曲荷载水平下的超声波波速率与损伤层厚度;提出钢筋混凝土在弯曲荷载和盐冻循环共同作用下的损伤度,建立了损伤度与弹性模量之间关系式;在损伤度的基础上,建立考虑冻融循环、氯盐侵蚀和弯曲荷载等因素的钢筋混凝土盐冻损伤预测模型,为实际工程中粉煤灰混凝土结构耐久性的预测及评估提供一定的理论参考。研究结果表明:(1)钢筋的存在减缓了混凝土内部损伤情况,氯盐侵蚀加速了混凝土的质量损失;(2)掺加粉煤灰会在一定程度上改善混凝土的抗冻性能,粉煤灰掺量20%为最佳掺量;(3)弯曲荷载加速了钢筋混凝土的盐冻损伤情况,随着荷载水平的增加,构件的动弹模量和质量损失率逐渐降低;(4)利用超声波无损检测技术得到混凝土超声波波速率ΔV和表层损伤层厚度hf,通过回归分析可得超声波波速率△V与盐冻循环次数和弯曲荷载水平之间呈二元一次关系;表层损伤层厚度hf与粉煤灰掺量和弯曲荷载水平之间也呈二元一次关系(5)根据应变等价原理建立了损伤度D=1-Edn/Ed0,通过回归分析可知粉煤灰掺量一定时损伤度D与超声波波速率ΔV之间成正比例函数关系,损伤度D和损伤层厚度hf之间呈对数关系;(6)基于损伤度D建立弯曲荷载作用下粉煤灰混凝土的盐冻损伤模型。
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