火灾后再生混凝土型钢构件力学性能研究.docx

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1、火灾后再生混凝土型钢构件力学性能研究1引言西宁地区的高海拔、高寒、干旱大气环境特征及地下卤水环境特点，对混凝土材料的开裂及构件腐蚀影响严重，从而使得混凝土材料的强度发生变化，因此展开对混凝土材料在卤水腐蚀环境下材料及结构力学行为和失效机理的研究十分必要。为了研究混凝土构件在硫酸盐、氯盐腐蚀下材料及结构性能退化的规律，我国学者展开了一系列的研究。余红发等展开了对新疆、青海、内蒙古、西藏等地盐湖卤水环境下OPC、HSCFRHSC混凝土试件的应力与非应力腐蚀强度的研究。闫宏生等通过实验分析了混凝土自身、工作条件、周围环境对硫酸盐侵蚀的影响，提出了一系列防腐措施。施峰、张峰等则针对硫酸盐腐蚀建立了混凝

2、土力学性能退化模型来深入揭示硫酸盐侵蚀下混凝土强度退化规律。姜磊等做了不同种类硫酸盐溶液侵蚀下混凝土损伤研究，结果表明随着侵蚀时间增加，损伤层厚度增大，并且损伤层混凝土抗压强度明显降低。朱红兵等在对T形梁的疲劳试验中得出了疲劳损伤的3阶段规律，并拟合出了T梁的S-N曲线网。孙晓东等则通过疲劳试验，重点分析了主筋锈蚀与混凝土梁疲劳性能的关系。2试验设计2.1 试件原材料钢材：试验所采用的H型钢截面尺寸为120mm（长）xl2Omm（宽）x8mm（翼缘厚）XlOmm（腹板厚）；水泥（C）：采用海螺牌普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5R。砂（三）：河砂，细度模数2.65；石子（三）：花岗岩碎石，粒径

3、为520mm,连续配级。再生细骨料（recycledfineaggregate）：废弃混凝土破碎后得到，粒径为2-5mm,堆积密度为1591kgm3水：采用自来水，符合国家标准。混凝土配合比按照水胶比与用水量控制设计，设计原理根据普通混凝土配合比设计规程JGJ552011规定进行设计8,见表1。表1混凝土配合比及强度Tab.lMixtureratioofconcreteRFA取代S比率/%B/M-单位立方混凝土的材料用量kg-mi强度/MPaCSGRFAW00.454455551300020031.2250.45445416130013920029.3500.45445277130027820

4、027.8750.45445139130041620026.31000.45445O130055520025.12.2 试验方案（1）H型钢混凝土（H-RC）试件设计试验制作110mm60mm300mm的H-RC,强度为C25-C30oH-RC尺寸及加载示意见图。（2）高温试验方法1）制备RFA取代S比率分别为0、25%、50%、75%、100%的5种配合比的再生混凝土型钢梁共24个。2）试验环境温度取常温、200、400、600,恒温时间取60mino记录高温后试件的变化情况，采集型钢的荷载-应变数据、荷载-滑移曲线数据、裂缝延展数据等。3结果与讨论3.1 再生混凝土高温后烧失量分析对比常温

5、下的各H-RC试件可知，质量损失不变，试件表面颜色无变化。RFA取代S比率相同时，H-RC试件在60min高温下，随着试件的受火温度升高，质量损失越严重，试件颜色会由灰色逐渐白化，最终变成明显的灰白色，并且试件表面逐渐出现裂纹，温度越高裂纹越明显。RFA取代S比率不同时，在相同受火温度（400600）及60min受火时间下，试件的质量损失率随着RFA取代率的增加而逐渐增大，且RFA取代率越高裂纹出现的越快越密。如，600C时质量损失率大小为大小为H-RC-100-6H-RC-75-6H-RC-50-6H-RC-25-6H-RC-0-6o编号RFA取代S比率/%温度/C持续时间min高温前质量k

6、g同温后质量kg质量损失率/%颜色变化H-RC-O-O0常温6015.5615.560.000无变化H-RC-0-202006015.8215.800.001白化H-RC-0-404006015.9815.600.024明显白化H-RC-0-606006016.1415.600.033变灰白色H-RC-25-025常温6015.7615.760.000无变化H-RC-25-2252006016.0115.980.002白化H-RC-25-4254006015.8815.430.028明显白化II-RC-25-6256006016.0815.500.036变灰臼色H-RC-50-050常温601

7、5.6415.640.000无变化II-RC-50-2502006016.1216.100.001白化H-RC-50-4504006016.0015.580.026明显白化H-RC-50-6506006016.1415.490.040变灰白色H-RC-75-075常温6015.9115.910.000无变化H-RC-75-2752006016.1216.100.001白化H-RC-75-4754006016.0415.530.032明显白化H-RC-75-6756006015.9815.260.045变灰白色H-RC-100-O100常温6015.715.700.000无变化H-RC-100-

8、21002006015.5215.500.001白化H-RC-100-41004006015.3414.800.035明显白化H-RC-100-61006006015.5214.740.050变灰白色以上现象说明：试件的受火温度越高，质量损失越严重；再生细骨上的掺入会增大混凝土试件的烧失量，降低构件的火灾抗裂性能，因此不利于混凝土试件的抗火灾性能。3.2 高温后再生混凝土及钢板力学性能分析O 20406080100RF硼代率(%)|一常温| -200 -a-400oC 一 600受火后再生混凝土力学性能在相同受火时间下，随着受火温度的升高，再生混凝土抗压强度逐级递减；混凝土在相同受火温度下，受

9、随着RFA取代率的增加，抗压强度也逐级递减。这说明，混凝土在受火后,随着受火时间的延长、RFA取代率率提高内部损伤会加剧，强度会逐渐降低。(edw) O受火后钢材力学性能指标8mm厚钢板、Iomm厚钢板在相同受火时间下，随着温度的升高，屈服强度、极限强度都会逐渐降低；这说明，高温会造成钢材内部损伤，降低其强度，温度越高越明显。3.3 高温后型钢柱轴压性能分析横向应变片应变表现为负值，即受压。主要由于在加载过程中发生混凝土膨胀，翼缘板向外突起，而翼缘板与腹板的接触面并未明显突起，使得应变片两侧向外侧变形竖向应变片应变表现为先负值再正值的交替现象。型钢腹板在受荷载过程中，随着混凝土的膨胀，翼缘板的

10、突起并带动腹板向沿翼缘板膨胀方向拉伸，从而导致翼缘板与腹板接触面的隆起，由于混凝土膨胀不规律性时翼缘板与腹板的变形也出现拉压交替现象。竖向应变片记录数据FJ横向应变片记录数据F-2型钢在初期均表现为较小的应变，随着荷载的增大应变值逐渐增大；型钢应变有明显的弹性阶段及弹塑形变化阶段，弹性阶段时应变呈直线段，此阶段翼缘与混凝土之间、混凝土表面开始出现微小的裂缝，弹性阶段末钢材开始屈服，在这一阶段混凝土与钢材共同工作；弹塑性阶段时，应变曲线斜率逐渐减小直到出现峰值，型钢柱处于塑性工作范围，混凝土与翼缘间的裂缝继续向垂直方向和腹板方向延伸，混凝土表面裂纹增多、宽度变宽，表层混凝土大幅剥落，型钢柱的承载

11、力开始下降。在型钢柱的承载力下降后，型钢柱处于破坏阶段，此阶段混凝土逐渐破碎剥落，型钢压缩弯曲变形明显。3.4 高温后型钢柱荷载一滑移曲线分析RFA取代率100%试件的压缩变形呈明显的三阶段，分别为直线上升段、曲线上升段和较长的下降段，与此对应工作阶段分别为弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段。在弹性阶段时,随着荷载值的增大，压缩量逐渐增大，F-曲线呈直线，此阶段构件压缩量较小，混凝土表面裂纹较少。当型钢边缘钢纤维开始屈服时进入弹塑性阶段，此阶段挠度不断增长，承载力增长比较缓慢，混凝土逐渐开裂，表层混凝土剥落，型钢受压屈曲。当达到极限荷载后，曲线开始下降，进入破坏阶段，混凝土被完全压碎，型钢受压严重

12、变形。在常温及200C时承载能力较高且在弹性阶段相同荷载下压缩量较大，H-RC随着受火温度的升高承载力逐渐下降，承载力大小依次为2000C400C6000Co(mm)荷载一位移曲线表4.6受火温度对滑移试验影响实验表受火温度对滑移试验的影响曲线图RFA取代率100%,在加载早期600C时，H-RC-IO0-6滑移量最大，说明高温减弱试件的粘结作用。温度对滑移试验的影响曲线图在取代率100%等相同条件下，当温度由200上升到600时,在相同荷载下H-RC-100-6的滑移量最大，且最终滑移量大小依次为H-RC-IOo-6H-RC00-4H-RC-100-2,说明高温减弱H-RC试件的粘结作用。温度最高的HRC-100-6的极限荷载最低，达到极限值时滑移量最大。高温后的H-RC试件在020(M)0N的力值下的滑移量积累速度较快,说明高温后的H-RC试件抗滑移能力有一定的减弱，且取代率100%的H-RC构件易压缩。