盐冻作用下再生混凝土抗冻性能与钢筋粘结性能研究

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在建筑工业规模扩张与建筑产业技术迭代的过程中,大量老旧混凝土构筑物被拆除,产生了大量建筑固体废弃物,将建筑固废用于工业再生混凝土的生产符合国家经济战略需求和环境保护要求。内蒙古地属严寒地区,并且土壤中含有大量的SO42-离子和Cl-离子,SO42-离子会产生膨胀性产物,Cl-会腐蚀钢筋,这两者都会影响结构的耐久性,目前对再生混凝土盐冻循环后的抗冻性能和粘结性能的研究相对较少,所以本文使用对比法对不同溶液(水、氯化钠、硫酸钠)冻融循环后的再生混凝土的抗冻性能和粘结性能进行研究。(1)研究了再生混凝土试件在不同溶液(水、氯化钠、硫酸钠)下经过不同冻融循环(0次、30次、60次、90次、120次)后,试件的破坏形态、强度、质量和相对动弹性模量的变化情况。试验表明:硫酸钠组试件在冻融循环次数为30次时,出现了质量损失率降低的现象;冻融循环次数为120次时,硫酸钠组试件损伤最为严重,试件边部、角部和中部都有大量砂浆剥落,质量损失率最大,分别比水冻组与氯化钠组高2.12%和0.92%;冻融循环次数增加的过程中各组试件的强度损失率和相对动弹性模量损失率均不断增加,冻融循环次数为120次时,硫酸钠组强度损失率分别比水冻组与氯化钠组高11.7%、10.62%。(2)通过单轴压缩试验测得盐冻循环破坏再生混凝土应力应变规律,进行二维仿真有限元模拟,观察各组试件的破坏情况并总结试件破坏的原因。发现:随冻融循环次数的提升,各组棱柱体试件的峰值应变增大而峰值应力降低,当冻融循环次数为90次时,硫酸钠组与氯化钠组峰值应力较水冻组分别降低了28.12%和26.5%。基于Weibull分布函数提出了各组试件的损伤本构模型可以较好反映实测不同盐冻组再生混凝土应力应变关系,各组相关系数在0.9以上。对各组棱柱体试件进行二维细观压缩仿真模拟发现:再生粗骨料混凝土的宏观损伤大部分来自于细观受拉损伤,但因为天然粗骨料抗拉强度远高于新、旧砂浆和新、旧界面过度区,所以再生粗骨料混凝土的损伤一般是砂浆区域和界面过渡区的受拉损伤。天然骨料因本身刚度较大会导致应力的聚集,控制裂纹发展,其分布影响可再生粗骨料混凝土损伤的过程和破坏途径。(3)对冻融循环(0次、30次、60次、90次)后的水冻组、氯化钠组(开槽)和硫酸钠组中心拉拔试件进行加载,得到各组试件的荷载滑移曲线和氯化钠组的钢筋应变发现:随着冻融循环次数的不断增加,各组再生混凝土试件的极限荷载指标逐渐下降;90次冻融循环后氯化钠组、硫酸钠组和水冻试件的峰值荷载分别损失了46.6%、43.7%和27.26%。随着冻融循环次数的增加,粘结应力在钢筋锚固区段内的形状特征由“单峰”状发展成“双峰”状,原因是盐冻循环加快了拉拔荷载由加载端传递到自由端的速度。在冻融循环为0次时,钢筋粘结应力随锚固长度变化曲线的形状为明显的“单峰”状,单峰大约出现在距离加载端20mm处。(4)对各组中心拉拔试件进行二维细观有限元模拟和三维有限元模拟,发现:中心拉拔试件混凝土部分的破坏有一定的局部效应,破坏围绕钢筋肋边缘发生,远离钢筋的部分并未发生损伤破坏;拉拔试件的模拟值与试验值吻合较好,说明课题组之前所得再生混凝土与钢筋粘结滑移本构关系具有较好的适用性。
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