复合石灰石粉混凝土基本力学性能与梁受弯性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hw0303
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随着基建投入的加大,相应水泥的用量也在不断的增多,为了缓解水泥用量的压力和日益造成的环境污染问题,寻求矿物掺合料替代水泥是非常迫切的。胶凝材料或混凝土常采用矿物掺合料来改善其性能,矿物掺合料可以降低水泥基材料的水泥用量,改善和易性,降低水化温升,提高强度等诸多优势。常用的掺合料包括粉煤灰、矿渣和石灰石粉等材料。粉煤灰和矿渣具有水化活性,常用作混凝土的掺合料,但其含量必须通过试验确定,磨细石灰石粉具有填充混凝土孔隙的作用,使混凝土更加的致密。本文基于此背景研究双掺石灰石粉+矿渣和三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣的基本力学性能、单轴受压性能和受弯梁的力学性能,对双掺和三掺复合石灰石粉混凝土从试块到构件的宏观性能有一个全面的了解,为新材料的推广提供理论支撑与技术指导。获得的主要研究成果如下:(1)得到了双掺石灰石粉+矿渣混凝土和普通混凝土在水胶比、辅助胶凝材料和龄期影响下的强度变化规律。抗压强度和劈裂强度都会随着龄期增加和水胶比的降低而提高。双掺混凝土抗压和劈裂抗拉强度的试验现象与普通混凝土的基本相同。建立了混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度受水胶比和龄期影响下的三维拟合模型。复合石灰石粉的抗压强度和劈裂抗拉强度的关系不在满足规范中的要求,并针对复合石灰石粉的特征,提出了两者之间的关系式:fts=0.1209fcu0.8565。双掺混凝土立方体的抗压性能和劈裂抗拉性能都低于普通混凝土,但随着龄期的增长,石灰石粉+矿渣混凝土的强度增长率要快于普通混凝土,并且与普通混凝土强度的差值越来越小,各配合比的试验强度值都能满足规范设计强度的要求;(2)双掺石灰石粉+矿渣和三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量都跟抗压强度呈正相关,且双掺混凝土的各项指标要优于三掺的各项指标。建立了棱柱体和圆柱体与立方体试件峰值应力的关系式:fc(28)0.78fcu和fc=0.78fcu。根据过镇海提出的单轴受压应变-应变关系式对双掺石灰石粉+矿渣和三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣混凝土的棱柱体试件进行了拟合,拟合效果均较好;(3)对12根水胶比不同的双掺石灰石粉+矿渣和三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣混凝土受弯梁进行了试验,双掺和三掺混凝土梁与基准混凝土梁的破坏过程基本相似,都经历了开裂前阶段、带裂缝阶段和钢筋屈服后阶段。水胶比和辅助胶凝材料不影响试验梁的破坏过程和最终的破坏状态。由于试验梁都为适筋梁,最终的破坏状态都为延性破坏。12根受弯梁的荷载-混凝土应变都符合平截面假定。对于水胶比相同的双掺和三掺混凝土梁,在相同的荷载下,双掺混凝土梁钢筋的应变要小于三掺混凝土钢筋的应变;开裂荷载出现以后,对于掺配比例相同的混凝土梁,水胶比小的试验梁的钢筋应变增加的速率要小于水胶比高的试验梁的应变速率。对于水胶比相同的试验梁,双掺石灰石粉+矿渣的屈服位移要小于三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣的屈服位移,对水胶比不同、辅助胶凝材料相同的试验梁,水胶比小的试验梁的屈服位移要小于水胶比大的试验梁的屈服位移,并且最终的破坏位移要高于水胶比大的试验梁;(4)利用ABAQUS软件对双掺石灰石粉+矿渣和三掺石灰石粉+粉煤灰+矿渣混凝土受弯梁进行了数值模拟分析。通过对试验梁的计算模型进行选取,包括对试验梁采用的分析模型、单元类型和材料参数的选取,建立了荷载-钢筋应变曲线和荷载-跨中挠度曲线模拟值,通过对比分析试验曲线和模拟曲线,比较准确的反映了钢筋和挠度随荷载的变化规律,说明采用ABAQUS可以准确的反映复合石灰石粉混凝土的受弯破坏过程;(5)通过把受弯梁的试验数据和数值模拟结果与《混凝土结构设计规范》计算值进行对比分析得到:规范计算的开裂荷载的和极限荷载的值要小于石灰石粉+粉煤灰+矿渣和石灰石粉+矿渣混凝土梁试验值,用规范对试验梁进行开裂荷载和极限荷载的计算是可行的;通过与规范计算出的跨中挠度值与试验值的对比分析,规范值计算的挠度值偏小,因此对其进行了修正,修正后曲线与试验曲线吻合较好。该论文有图72幅,表43个,参考文献94篇。
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