再生混凝土耐高温性能及构件抗火分析

发布时间：2020-04-08 02:25

【摘要】：再生混凝土是将废弃混凝土破碎后取代天然骨料而制成的一种绿色建筑材料,将其推广应用到建筑结构,可有效解决天然资源匮乏与建筑垃圾日益增多等问题。目前,再生混凝土已成为建筑材料研究热点,但绝大多数研究集中在常温性能方面,对再生混凝土高温热工性能及高温下基本力学性能的研究基本处于空白状态,对再生混凝土高温后基本力学性能、火灾下钢筋再生混凝土构件温度场、耐火极限以及火灾后剩余力学性能的研究还不完善。基于上述问题,本文将对再生粗骨料混凝土材料的高温性能和由再生混凝土构成的板、梁、柱三类构件在火灾下与火灾后力学性能进行系统研究,具体开展了以下几方面工作:(1)以温度和再生粗骨料取代率为主要参数,对20~800oC温度范围内三种不同粗骨料取代率的再生混凝土的导热系数、比热与热膨胀进行了试验研究。基于试验结果,提出了不同取代率的再生混凝土高温导热系数、比热与热膨胀的简化计算公式。(2)进行了90个再生混凝土棱柱体高温下单轴受压力学性能试验,研究了温度、取代率与水灰比对高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。基于试验结果,建议了高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变的计算公式,建立了高温下再生混凝土的受压应力-应变关系模型。(3)以温度、取代率、水灰比和冷却方式为主要参数,进行了360个再生混凝土立方体试块高温后强度试验研究,获得了不同冷却方式下再生混凝土立方体抗压强度、自然冷却方式下再生混凝土立方体劈裂抗拉强度。基于试验结果,建议了高温后再生混凝土立方体抗压强度(自冷、水冷)和劈裂抗拉强度折减公式。(4)进行了150个再生混凝土棱柱体高温后单轴受压力学性能试验研究,考察了温度、取代率与水灰比对高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。基于试验结果,建议了高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变计算公式,提出了高温后再生混凝土受压应力-应变关系模型。(5)在再生混凝土高温热工及力学性能研究的基础上,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢筋再生混凝土构件(板、梁、柱)温度场、耐火极限以及标准升、降温火灾作用后的剩余力学性能分析模型,并验证了模型的可靠性。通过对构件一维与二维传热区域划分,提出了火灾下钢筋再生混凝土构件温度简化计算公式,重点分析了再生粗骨料取代率对钢筋再生混凝土构件火灾下温度场、耐火极限以及火灾后剩余承载力的影响。
【图文】：

粗骨料

a) 天然粗骨料 b) 再生粗骨料图 2-1 粗骨料Fig.2-1 Coarse aggregates表 2-1 粗骨料基本性能Table 2-1 Basic properties of coarse aggregates粒径(mm) 表观密度(kg/m3) 吸水率( ) 压碎指标( ) 残余砂浆( 天然粗骨料 5-25 2780 0.49 3.7 再生粗骨料 5-25 2500 4.40 12.0 34.7《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）[7]中对骨料分类标准判定该再生粗骨料为Ⅱ类骨料，RILEM TC 121-DRG 建议Ⅱ类骨料可用于配制 C50/C60 强度等级以下的混凝土，，我国《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T 240-2011）[8]中规定该类骨料宜用于配制 C40 及以下强度等级的混凝土。配制中为避免粗骨料级配对试验结果的影响，天然粗骨料与再生粗骨料均为连续级配，骨料级配见表 2-2。表 2-2 骨料级配Table 2-2 Gradation of coarse aggregates筛孔尺寸(mm) 26.5 19.0 16.0 9.50 4.75累计筛余量( ) 100 62 43 14 0

热工参数,试样,试件,试件个数

试验参数包括温度和再生粗骨料取代率，相应的试验参数及试件个数见表 2-每组浇筑 3 个试件，试件大小根据测试仪器及相关规范要求加工，测试导热系数试件大小为 200mm 100mm 50mm 长方体，比热试件为粉末状，热膨胀试件大小为 20mm 20mm 100mm 长方体。导热系数与热膨胀的试件采用水切割标准试件150mm 150mm 300mm 棱柱体得到，随后用砂纸进行打磨确保试件测试面的平整度；比热试件通过手工研磨得到。导热系数、比热及热膨胀测试试样如图 2-2 所示。表 2-5 试验参数及试件个数Table 2-5 Test parameter and specimen number试验内容水灰比取代率(%) 温度（oC）试件个数导热系数 0.45020、110、250、300、400、500、600、700、790350 3100 3比热 0.450 20、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、530、550、600、650、700、750、800350 3100 3热膨胀 0.450 20、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800350 3100 3
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】