废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法.pdf
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1、 年 月第卷 第 期沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().收稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年项目()辽宁省教育厅高等学校创新团队()作者简介:周静海()男教授博士主要从事再生混凝土力学性能与耐久性能等方面研究文章编号:():./.:.废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法周静海赵冰野梁意博康天蓓(沈阳建筑大学土木工程学院辽宁 沈阳 沈阳建筑大学绿色宜居乡村建设研究院辽宁 沈阳)摘 要 目的 提出废弃纤维再生混凝土受弯构件的裂缝宽度计算方法为废弃纤维再生混凝土受弯构件的设计和工程应用提供参考 方法 对 根废弃纤维再生混凝土梁进行正截面受弯静力加载试验分析试验梁的裂缝
2、发展过程和分布规律 评估不同规范中废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的适用性在现有规范基础上对计算公式进行修正 结果 随着再生骨料取代率的增加梁构件主裂缝的宽度增加适量地掺入废弃纤维可以抑制次生裂缝的产生 将不同规范中裂缝宽度计算值与试验值对比采用中国规范计算的平均偏差最小而采用欧洲规范计算的平均偏差最大 结论 利用笔者推导得出的公式计算得到的裂缝宽度计算值与试验值的平均偏差值为 该公式适用于废弃纤维再生混凝土受弯构件的裂缝宽度计算关键词 废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度中图分类号 文献标志码 ():.第 期周静海等:废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法 .:建筑业的可持续发展
3、正受到建筑垃圾无处安放和自然资源枯竭 的双重压力再生混凝土的综合开发与利用符合节约资源、保护环境的要求 将建筑垃圾中约占质量分数 的废弃混凝土循环使用制备成再生混凝土逐渐成为研究焦点 再生混凝土的产生使混凝土形成了一个“产生废弃重生”的循环是一种环境友好型的绿色建筑材料与普通混凝土相比再生混凝土的力学性能均有所降低 采用废弃纤维作为再生混凝土的加强纤维不仅可以提高再生混凝土抗压强度与抗劈裂强度使再生混凝土构件具有更好的延性和抗弯性能更具有“以废治废”的重要意义 纤维与水泥基胶凝材料结合优化了再生混凝土内部细观结构 周静海等 研究表明废弃纤维的体积分数为 时对废弃纤维再生混凝土梁的抗弯性能提升效
4、果较好废弃纤维体积分数过大时不易分散均匀易在水泥基体中形成薄弱区因此废弃纤维存在较优掺量 等提出纤维在细观尺度上的桥接作用在宏观尺度上表现为纤维混凝土的抗拉强度和抗裂性能提高 王晓初等研究表明梁开裂后碳纤维对混凝土梁受力钢筋的应变影响不明显 陈君君等研究表明聚丙烯纤维通过抑制裂缝的发展从而提高了再生混凝土的力学性能 苏俊等研究表明在荷载作用下普通混凝土呈明显的脆性破坏特征纤维混凝土呈延性破坏特征废弃纤维再生混凝土作为一种新型绿色建材现有规范中的裂缝计算公式是否适用于废弃纤维再生混凝土梁受弯构件裂缝的计算还未明确 基于此笔者利用中国规范混凝土结构设计规范()(简称中国规范)、美国规范()(简称)
5、和欧洲规范()(简称)中普通混凝土受弯构件裂缝宽度的计算式来计算废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度并在评估计算结果的基础上对中国规范 中公式进行修正以期得到更适合废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度的计算公式 试 验 试验材料再生粗骨料来自于强度 的废弃梁柱节点经过破碎、筛选、清理等步骤后制备而成 再生粗骨料的表观密度为 /堆积密度为 /压碎指标 天然 粗 骨 料 为 天 然 碎 石 表 观 密 度 为 /堆积密度为 /压碎指标 两种粗骨料的粒径均为 细集料采用天然河砂细度模数为 选取 普通硅酸盐水泥 废弃纤维源自废弃的丙纶地毯经人工拆分为废弃纤维束(见图)沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然
6、 科 学 版)第 卷图 废弃纤维 废 弃 纤 维 束 长 度 为 密 度 为 /断裂伸长率 吸水率小于 在制备废弃纤维再生混凝土时可忽略废弃纤维吸水率带来的影响 配合比普通混凝土()和废弃纤维再生混凝土()的配合比列于表 中 有效水灰质量比均为 拌合水分为自由水和附加水两部分有效水灰质量比采用自由水进行计算而附加水的目的是减小再生骨料高吸水率对 废 弃 纤 维 再 生 混 凝 土 配 合 比 的 影响 表 混凝土配合比 编号(水泥)(砂)(天然骨料)(再生骨料)(自由水)(附加水)抗压、抗拉强度及弹性模量的试验分别按照中国规范、美国规范 和欧洲规范 执行试验结果见表 废弃纤维再生混凝土编号分别
7、为、对应废弃纤维体积分数分别为、再生粗骨料取代率均为表 试件力学性能 编号规范抗压强度/抗拉强度/弹性模量/试验设计及加载方案试验共设计制作 根简支试验梁保护层厚度为 试验梁的长为 宽为 高为 纵向受力钢筋和弯剪区架立钢筋采用直径为 的 热轧钢筋箍筋采用直径 的 热轧钢筋 为消除剪力对废弃纤维再生混凝土梁正截面受弯性能的影响在跨中/内均不设架立筋以及箍筋 形成 的纯弯段保证梁的跨中只受弯矩影响而不受剪力影响 试件配筋情况如图 所示图 废弃纤维再生混凝土梁配筋图 第 期周静海等:废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法 钢筋骨架绑扎完成后在纯弯段粘贴 个钢筋应变片用于测定在加载过程中纵向钢筋的
8、应变 粘贴后的应变片如图 所示图 钢筋应变片 试验采用跨中两点对称集中加载加载装置如图 所示 支座处和跨中底部设置位移计测定挠度跨中沿高度方向粘贴混凝土应变片配备 静态应变测试仪读取试验过程中钢筋和混凝土应变加载过程中利用裂缝观测仪和裂缝观测卡尺测定梁在不同等级荷载下的主裂缝宽度值和主裂缝之间的裂缝间距值图 加载装置 试验现象图 图 分别为试验梁在不同荷载下裂缝的分布图 所有试验梁均在荷载达到 时出现第一条裂缝对比试件 和 可知废弃纤维的加入在一定程度上抑制了裂缝的发展梁表面裂缝宽度和数量均减小 分析原因是由于废弃纤维在细观尺度上具有桥接作用抑制了裂缝在水泥基体中的开展同时废弃纤维可以在一定程
9、度上减小混凝土早期收缩从而抑制混凝土开裂 当废弃纤维体积分数为 时由于废弃纤维交叠或分布不均匀在试件内部形成薄弱区从而造成了试件梁表面裂缝增加但多为细小裂缝图 为试验梁的荷载平均裂缝宽度曲线图 为荷载最大裂缝宽度曲线 由图可知再生混凝土的裂缝数量和宽度均多于普通混凝土再生混凝土的多重界面性图 试件 裂缝分布及形貌 沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷图 试件 裂缝分布及形貌 图 试件 裂缝分布及形貌 图 试件 裂缝分布及形貌 降低了抗裂性能掺入废弃纤维后抗裂能力有所改善 当试验荷载小于试验梁开裂荷载时试验梁表面无裂缝产生随着荷载的增大试验梁底面开始出现横向微裂缝随着荷载的
10、继续增大底部微裂缝开始向梁侧面发展纯弯段裂缝数量不断增加并逐渐向梁顶延伸 值得注意的是在再生骨料取代率不变的情况下试验梁的抗裂能力并非随着废弃纤维的掺量增加而增强试验梁 的抗裂能力明显优于试验梁 说明废弃纤维掺量不是越大越好所以笔者选取 进行后文分析图 试验梁荷载平均裂缝宽度曲线 第 期周静海等:废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法 图 试验梁荷载最大裂缝宽度曲线 现有规范裂缝宽度计算方法 最大裂缝宽度计算方法中国规范 规定普通钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算式为.()式中:为构件受力特征系数取 为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数为纵向受拉钢筋应力为钢筋弹性模量为平均裂缝间距美国规范
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