再生混凝土抗折强度尺寸效应的试验研究及细观数值模拟

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再生混凝土作为一种“绿色”混凝土具有广泛的应用前景。由于再生骨料物理性质与天然骨料有所不同,所制备再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、峰值应变等均与普混凝土存在较大的差异。目前对于再生混凝土的研究集中在改善其性能和对其抗压强度的研究,对抗折强度及尺寸效应的研究尚不充分。本文较为系统地研究了再生骨料取代率、钢纤维掺量、强度等级对再生混凝土抗折强度及尺寸效应的影响并对尺寸效应产生机理进行分析,主要内容为:
  (1)对0%、25%、50%、75%和100%五种再生骨料取代率下,尺寸分别为70mm?70mm?310mm、100mm?100mm?400mm和150mm?150mm?550mm的小梁试件进行抗折试验,分析再生骨料取代率对抗折强度及尺寸效应的影响。试验结果表明:再生混凝土抗折强度均小于普通混凝土,取代率为25%、50%、75%和100%时,截面边长150mm试件抗折强度较普通混凝土试件分别减小了5.7%、12.7%、24.2%和19.9%。再生混凝土抗折强度有更显著的尺寸效应,在取代率为0%~75%范围内,随着取代率的增加,尺寸效应现象趋于明显;对于全取代率再生混凝土(100%取代率),尺寸效应现象有所减小。再生混凝土抗折强度尺寸效应度较普通混凝土约提高了26.74%。
  (2)对全取代率再生混凝土试件,分别采用体积掺量为0.25%、0.5%、0.75%和1.0%的钢纤维强化再生混凝土,研究钢纤维掺量对抗折强度及尺寸效应的影响。试验结果表明:钢纤维对再生混凝土的抗折强度有明显的提高作用,钢纤维掺量为0.25%、0.5%、0.75%和1.0%时,截面边长150mm试件抗折强度较未掺加钢纤维试件分别提高了8.2%、18.5%、16.1%和14.7%。随钢纤维掺量的增加,再生混凝土抗折强度尺寸效应趋于明显,掺加钢纤维使得再生混凝土抗折强度尺寸效应度约提高了21.23%。
  (3)对C20、C30和C40三种强度等级的全取代率再生混凝土小梁试件进行抗折试验,研究强度等级对试验结果的影响。试验结果表明:再生混凝土强度等级越高,尺寸效应越明显。C40和C30再生混凝土抗折强度尺寸效应度比C20再生混凝土分别提高了约39.36%和19.83%。
  (4)系统地分析了混凝土尺寸效应理论,结合本文试验数据,计算得到了无初始切口的Bazant尺寸效应律公式和Carpinteri尺寸效应律公式中各参数的取值,并建立了再生混凝土抗折强度的临界尺寸、临界强度和临界强度比的概念。
  (5)结合使用MATLAB和ANSYS有限元软件建立了再生混凝土的随机骨料模型,得到了天然骨料与砂浆基体之间新界面、再生骨料和砂浆基体之间老界面的力学参数值。通过对较大尺寸范围数值试件进行细观分析,得到了数值试件抗折强度的尺寸效应律公式。
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