研究粗骨料的尺寸和体积对自充填混凝土在断裂性能和脆性方面的影响外文翻译资料

 2022-01-07 22:35:37

英语原文共 16 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

研究粗骨料的尺寸和体积对自充填混凝土在断裂性能和脆性方面的影响

Morteza H.A. Beygi a,1 , Mohammad Taghi Kazemi b,2 , Iman M. Nikbin c, ⁎, Javad Vaseghi Amiri a,1 , Saeed Rabbanifar a,1 , Ebrahim Rahmani a,1

a.伊朗巴博理工大学土木工程系

b.沙利夫理工大学土木工程系

c.拉什特伊斯兰阿萨德大学土木工程学院

文章历史

文章于2013年9月7日收到

于2014年6月19日接受

于2014年8月16日在线发表

关键词

断裂韧性 微观结构 骨料

摘要

本文介绍了185根不同粗集料和掺量的三点弯曲梁自密实混凝土（SCC）的断裂特性和脆性试验研究结果。一般来说，通过断裂法（WFM）和尺寸效应法（SEM）来分析这些参数，结果表明，随着粗集料粒径和含量的增加，（a）由于分形维数的变化，断裂能增加，（b）自密实混凝土梁的性能接近强度准则，（c）作为脆性指标的特征长度呈线性增加。随着水灰比的降低，断裂能增加，这可以通过改善集料浆体过渡区的结构来解释。结果还表明，用WFM（gf）测定的断裂能与扫描电镜测定的断裂能有一定的相关性。(Gf) (GF = 3.11Gf)

  1. 引言

近几十年来，自密实混凝土在世界范围内得到了长足的发展。SCC在工作环境和技术方面都显示出显著的优势，如消除振动和铸造过程中的严重问题，包括压实不足或过度压实

。SCC具有很高的可加工性，同时可防止浇注过程中的泌水和偏析。显然，它比普通振捣混凝土（NVC）具有环境、技术和经济效益，如加速施工过程、减少人力和提高耐久性。除了研究兴趣外，由于混凝土技术的革命性变化，SCC在建筑行业的应用也有所增加。研究人员主要关注的是，与NVC相比，SCC可能具有不同的行为，这是由于使用了相对较高含量的细颗粒，以避免新混合料中的离析。与NVC相比，这些混合物成分的差异可导致孔结构、机械性能，尤其是断裂响应的变化，从而导致SCC的开裂模式发生变化。应注意的是，混凝土作为一种准脆性材料，其断裂行为是工程结构特别是大型构件分析和设计中应考虑的一个重要方面。此外，应力腐蚀开裂行为直接影响混凝土结构的耐久性，这是目前施工领域的一个主要关注点。研究人员报告说，降低混凝土中的集料含量可能会降低集料桥接和裂缝间的连锁作用，从而降低能量吸收。另一方面，最近的研究表明，含石灰石粉的SCC混合料作为矿物添加剂，具有较大的自收缩性，因而具有较高的开裂倾向。尽管如此，许多研究报告称，使用石灰石粉等超细颗粒可使SCC基质更加致密，从而可改善集料和膏体之间的界面过渡区（ITZ）。ITZ的改进可能导致混凝土更易碎。这是因为，尽管沿着裂纹路径的材料承载力增加，但该路径通过集料并减少联锁。研究SCC的断裂行为，提高ITZ的强度和质量是需要考虑的主要因素。另一方面，ITZ的性质在很大程度上取决于集料的尺寸、体积、形状、表面结构等性质。Giaccio和Zerbino报道，集料的强度、尺寸、形状和表面结构对ITZ有着深刻的影响，并影响混凝土的开裂程度。此外，ITZ中的应力集中以及早期开裂是由于集料和糊料之间的干燥收缩和刚度差异造成的。Akcaoglu等人随着最大集料粒径（dmax）的增加，ITZ变得至关重要。Giaccio等人得出的结论是，粗集料的尺寸和类型对混凝土断裂性能的影响比其他添加剂（如稻壳灰）更大。考虑水灰比、最大集料粒径等多种混合料参数，许多作者对NVC的断裂行为进行了研究。由于集料几乎总是占混凝土体积的60-70%，因此它们对新浇和硬化混凝土的性能有着明显的控制作用。Hillerborg[17]分析了dmax对gf的影响，指出gf随dmax的增加而增加。Mihashi等人、Walsh[20]、Bazant和Oh[21]、Zhao等人报告了同样的趋势。[22]以及Trunk和Wittmann，他们在gf和dmax之间引入了一个幂函数。伊萨等[6]观察到gf随dmax的增加单调增加。F.P. Zhou等[24]对不同dmax值对高强混凝土断裂性能的影响进行了系统测试。他们报告说，gf随着dmax的增加而增加。然而，一些研究人员报告了相反的趋势。B.I.G. Barr [25]和Wolinski等人[26]得出的结论是，dmax对断裂韧性值没有单调效应。彼得森[16]报道，gf不依赖dmax，但特征长度lch随dmax的增加而增加。M.D. Moseley [27]表明，随着集料粒径的增大，NVC表现出更多的延性行为。A. Yan[28]指明随着dmax的增加，NVC的分形维数大大提高。Gopalaratnam和Shah[29]和Akcay等人[30]指明，集料体积影响NVC的断裂力学参数。N.Q. Feng等 [31]得出结论，gf随粗集料体积的增加而单调增加。B. Chen, J. Liu [32]发现粗集料的体积和尺寸影响了NVC的FPZ。Amparano等人[18]指出，当集料体积增加时，FPZ的尺寸减小。

这些试验研究表明，对于NVC，粗集料粒径和体积与断裂参数之间存在着一定的关系。由于很少对SCC的断裂行为进行调查，对NVC有效的所有假设和关系可能对SCC有一定的风险。本文介绍了粗集料粒径和体积对SCC断裂参数影响的试验研究。文中采用两种不同的方法，即断裂功法（WFM）和尺寸效应法（SEM），对断裂参数进行了检测。根据RILEM的建议，在三点弯曲的伺服控制试验系统中对185根缺口梁进行了试验。

图1.尺寸的三点弯曲specimens使用

图2.specimens四种不同的尺寸，左和右0.4d A0 = a0 = 0.2d

图3.四种不同尺寸的试样（对于dmax=19 mm）

2.断裂参数的确定

2.1.断裂法（WFM）

为了确定应力腐蚀开裂参数，国际标准提出了不同的方法。作为混凝土最重要的断裂参数，确定断裂能的最简单方法是国际材料与结构研究实验联合会期刊编号FMC-50 [33]中介绍的断裂功法（WFM）。在该方法中，对缺口梁进行3点弯曲试验，断裂能如下：

式中，Wf为试验中梁减半时的总能量，等于荷载-位移曲线下的面积，b为梁宽，d为梁高，a0为缺口深度。

这种方法虽然简单，但存在着依赖于试样尺寸的缺点。这一点已经被许多研究人员报道过，并在巴赞和普莱纳斯的书[4]中作了进一步的解释。研究人员对断裂能依赖于试样尺寸的原因进行了广泛的研究，主要原因是试样重量[35]。在测试过程中消除这种缺陷的一种方法是Elices等人提出的[35]其中重量补偿法。该方法已在国际材料与结构研究实验联合会期刊编号 TC 187-SOC[36]中介绍，并在本研究中得到应用。Hillerborg等人[37]还指出，仅从WFM获得的断裂能不能用来描述材料的脆性，因此，他们介绍了特征长度lch，如下所示：

其中e是弹性模量，ft是拉伸强度，gf是断裂能。

低合金钢含量越高，混凝土的延展性越强，抗裂强度越高，反之亦然。

2.2.尺寸效应法

由于从WFM获得的结果高度分散，开发出了更方便的替代方法，其结果与尺寸无关[38]。最有用的方法之一是尺寸效应法。国际材料与结构研究实验联合会期刊编号TC-89[34]中包含的这种方法被称为扫描电镜。在该方法中，主要的断裂参数是通过对不同尺寸的几何相似切口梁进行3点弯曲试验来确定的。基于此方法，几何相似混凝土试件的名义强度可通过尺寸效应定律描述为：

式中，beta;是Bazant和Kazemi[39]引入的脆性值，b和d0是与材料特性和结构几何结构相关的经验系数，sigma;n是在二维上相似的结构的名义强度。

在扫描电镜中，利用不同尺寸几何相似试样峰值载荷的线性回归，根据式（3），可确定系数b和d0为：

基于LEFM的概念，可通过以下两种方法确定两个主要的断裂参数：断裂能（gf）和工艺区的有效长度（cf）：

图4.测试设置.d=304.8 mm（左）和d=152.4 mm（右）的试样

其中e为混凝土弹性模量，a为回归线的角系数，c为回归线的y轴截距，g（alpha;0）为无量纲能量释放率，g′（alpha;0）为g（alpha;0）相对于相对初始裂纹长度的导数（alpha;0=a0/d）。

这些函数（G（alpha;0）和g′（alpha;0））取决于在考虑中是根据几何和[ 39 ]。在没有其他参数，包括骨折的断裂韧性（KIC）的有效的裂纹尖端张开位移和在峰值负载（也可以delta;c）的确定：

3.实验程序

3.1.混合料设计

为研究应力腐蚀开裂参数与粗集料最大粒径和体积的关系，设计了10种混凝土配合比的两套试验方案。研究了两种不同强度等级（中等强度（mseries）和高强度（H系列）下，I系列集料最大粒径对含不同最大集料粒径的SCC断裂特性的影响。对于每个强度等级，考虑了3种最大骨料尺寸9.5、12.7和19 mm。表1列出了由六种混合物组成的系列I的配合比。在本研究中，还考虑了系列II来评估粗集料体积对SCC断裂参数的影响。用30%、40%、50%和60%四种不同体积的粗集料作为总集料体积的百分比。因此，在该系列中，所有混合料的w/c比和最大粗集料粒径分别保持在0.5 mm和12.7 mm。表2给出了系列II的详细配合比。

3.2.材料

马赞达兰水泥厂(伊朗内卡)生产的第二类硅酸盐水泥用于配制混凝土。这种超细石灰石粉是由伊朗内卡的奈金工厂提供的。 重力为2.66，用作矿物增粘剂。本研究中使用的超塑化剂(SP)是巴斯夫公司的Glu 110。所用细集料为天然砂,惰性模数为2.85。粗集料为天然破碎砾石，最大粒径分别为9.5、12.7和19 mm。所有粗集料均由同一来源提供。如前所述，si NCE系列II只考虑粗集料体积的影响，选用粗集料的最大粒径为12.7mm。为了 根据EFNARC[40]的建议，对SCC的流动性、通过性和抗偏析性等新特性进行了重新考虑，包括滑塌流、L-盒和筛分偏析试验。 前瞻性的。表1和表2分别列出了系列I和II中SCC混合物的新特性。

3.3.试样的制备和试验程序

通过试验确定了最大粗集料粒径与混凝土体积和应力腐蚀开裂参数之间的关系。试验是在缺口试样上进行的。 ECT到三点弯曲。为了根据WFM评估断裂参数，根据国际材料与结构研究实验联合会期刊编号 50-FMC[33]并考虑最大集料尺寸（9.5 mm和12.7 mm），对每种配合比设计，铸造三个跨度为800 mm、尺寸为100times;100times;840 mm3（深times;宽times;长）的切口梁。对于最大粒径为19 mm的骨料，每种混合物制备三个尺寸为200times;100times;1190 mm3、跨度为1130 mm的单独缺口梁。对于所有梁，在混凝土浇筑过程中，使用3 mm厚的丙烯酸板在长度中间形成垂直缺口（预裂），缺口深度比为0.5。应该说，由于系列II集中于集料体积的影响，所以最大集料尺寸保持在12.7mm。 。相应地，该系列的三根相同尺寸的100times;100times;840mm3、50 mm切口的梁被制成。为了评价扫描电镜中的断裂参数，在每个系列中，CON。 根据最大集料尺寸和国际材料与结构研究实验联合会期刊编号TC 89建议[34]，采用不同尺寸的梁，在二维和相同宽度上具有几何相似性。在本实验研究中，梁 宽度(B)、长度与深度的比例(l/d)和跨度深度(s/d)被视为常数(图1)。根据国际材料与结构研究实验联合会期刊编号-TC 89建议[34]，垂直切口深度与深度的比例为o。 f在所有情况下，每个光束被认为是0.2(a0=0.2d)。应该注意的是，在系列II中，在梁的拉伸面中，引入了两组缺口深度分别为0.2d和0.4d的梁(图2)。 第一组(a0=0.2d)峰后曲线不完整，并有突跳。从而加深了缺口深度(a0=0.4d)，并命名为GB 30、GB 40、GB 50和GB 60。 与第一组相同的混合设计实现了完整的荷载-位移曲线.然而，即使是第二组（a0=0.4d）也没有形成一个稳定趋势的完整曲线。因此，第二组只报告了峰值荷载的结果，分析中考虑了扫描电镜。由于在系列I中，集料尺寸是变化的，缺口梁的尺寸是粗集料最大尺寸的函数，因此在系列I的配合比设计中使用的每个集料尺寸都考虑了四个不同尺寸的梁（图3）。表3给出了各种尺寸试样的几何特性。由于在第二系列中，最大粗集料尺寸恒定且等于12.7 mm，因此在第二系列中的所有配合比设计中，仅使用表3中所示的四种尺寸，即12.7 mm的集料尺寸。基本上，测试转向位移控制。根据根据国际材料与结构研究实验联合会的建议，采用最大承载能力为150千牛的闭环伺服电控万能试验机对所有缺口梁进行试验，并在恒定位移率下进行加载，以便在1分钟和5分钟内分别在WFM和SEM中实现每个试样的最大载荷[33,34]。测试设置如图4所示。6个150times;300 mm3的标准圆柱体和3个100times;100times;100 mm3的标准立方体也从每个混合物中浇铸而成。根据BS EN 12390[41]、ASTM C469[42]和ASTM C496[43]的规定，所有试样在约20°C的水下固化，并分别用于测定抗压强度、fc、弹性模量、e和劈拉强度ft。

  1. 结果分析
    1. 对WFM的断裂参数进行分析

在第2节中提到，根据国际材料与结构研究实验联合会期刊编号 50-FMC[

全文共26136字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[1886]

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

发小红书推广免费获取该资料资格。点击链接进入获取推广文案即可： Ai一键组稿 | 降AI率 | 降重复率 | 论文一键排版

您可能感兴趣的文章