钢筋碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯性能
来源: http://www.cqglhg.com   发布时间: 2019-08-07 15:53   749 次浏览   大小:  16px  14px  12px


  为了探讨碱式硫酸镁水泥混凝土梁受弯状态下的力学性能与普通混凝土梁的异同,本文通过对16根不同配筋率、不同强度等级的碱式硫酸镁水泥混凝土梁进行抗弯试验,研究其正截面受力全过程和破坏形态。试验结果表明:平截面假定仍然适用;碱式硫酸

  为了探讨碱式硫酸镁水泥混凝土梁受弯状态下的力学性能与普通混凝土梁的异同,本文通过对16根不同配筋率、不同强度等级的碱式硫酸镁水泥混凝土梁进行抗弯试验,研究其正截面受力全过程和破坏形态。试验结果表明:平截面假定仍然适用;碱式硫酸镁水泥混凝土梁的破坏形态及承载力-挠度曲线与普通硅酸盐混凝土梁相似;碱式硫酸镁水泥混凝土梁开裂弯矩比普通混凝土梁高约20%;本文的碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯承载力计算模型,考虑了受拉区混凝土的贡献,按构件整体截面在受荷过程中抗弯性能的降低来考虑梁的承载力;最大裂缝宽度计算公式需将现行计算公式乘以修正系数1.5,挠度计算公式应乘以1.1的修正系数。碱式硫酸镁水泥混凝土可代替普通混凝土用于梁正截面抗弯。
  碱式硫酸镁水泥是通过现代外加剂技术,在MgO-MgSO4-H2O胶凝体系中形成不溶性碱式硫酸镁晶须(5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O,5·1·7相)为主要水化产物的新型胶凝材料。其优点如下:1)力学强度,早强、高强、高抗折(抗折强度18.3~23.9 MPa)、抗压强度45.8~56.7 MPa、折压比1/2.1~1/3,其抗折强度是相同强度等级的硅酸盐水泥材料的2~3倍左右。2)特殊的亲和性和高可塑性,利用该新型特种生态胶凝材料将国家亟待解决的工农业固体废弃物(粉煤灰、矿渣等)、农林三废(秸秆、木屑等)转变为新型建筑材料,广泛替代水泥、木材、砖瓦等建筑材料的同时,产品具有不含苯、甲醛等有毒物质,低碳、绿色、环保、抗震、无限可塑性等优点。3)抗腐蚀性能,应用于耐腐蚀胶凝材料、海工水泥。


  不同配合比的碱式硫酸镁水泥混凝土的力学性能研究发现,碱式硫酸镁混凝土具有超过相同抗压强度普通混凝土一倍以上的抗拉强度,且具有早强、抗腐蚀性能强等优点,其很高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性,可用来做高层的梁、梁和节点,可减少试件截面,增加建筑物空间。为了使碱式硫酸镁水泥混凝土应用于结构领域,对碱式硫酸镁水泥混凝土构件力学性能的研究是必不可少的一个环节。
  本实验以碱式硫酸镁水泥(含粉煤灰)为胶凝材料制备混凝土(见表1),强度等级为42.5R,其中氧化镁活性为50%,粉煤灰为C级。所使用的砂子为河砂,中砂,细度模数为2.4。碎石(石灰岩,强度较低)的公称粒径为10~30 mm。水为自来水,砂、石含水率均为1%。钢筋混凝土构件取样浇注成型边长为100 mm的混凝土立方体试件。所制备混凝土的表观密度约为2 400 kg/m3,塌落度C40为64 mm,C50为11 mm。普通混凝土梁所用水泥为金羚羊牌P·O硅酸盐水泥,强度等级为42.5。
  梁的设计和制作
  本批次试验的试验梁均为矩形截面简支梁,配筋见图1。设计2种试件尺寸,分别为b×h=120 mm×200 mm,带肋钢筋;b×h=80 mm×160 mm,光圆钢筋;跨度均为L=1 500 mm,净跨L0=1 200 mm。架立筋在纯弯段截断;支座到加载点距离为400 mm。碱式硫酸镁水泥混凝土设计强度等级为C40和C50,配合比见表1,与之对比的同强度普通混凝土配合比如表2;混凝土保护层厚度为25 mm。纵筋为2根直径为16 mm的二级钢筋,箍筋为一级钢筋,直径为8 mm,间距100 mm。
  混凝土梁浇筑后自然养护28 d。对普通混凝土梁和碱式硫酸镁水泥混凝土梁的同批取样试块进行28 d强度测试,结果显示抗压强度分别达到C40和C50的强度要求;低水灰比、浇筑质量好、渗透性好的碱式硫酸镁水泥混凝土具有较好力学性能。对碱式硫酸镁水泥混凝土进行抗拉强度测试,发现其强度为同标号普通混凝土抗拉强度的一倍。其他力学性能参数见文献[6]。在碱式硫酸镁水泥混凝土梁侧面等间距粘贴5个电阻应变片,以验证平截面假定。


  力学试验选择浙江杭州邦威厂生产YAW-5000F微机控制电液伺服压力试验机,并采用百分表和“8×120-40AA”型程控静态应变仪。应变值采用TDS-303应变采集系统记录,用10倍放大镜观察裂缝的出现,用“SW-LW-201”裂缝观测仪测量裂缝宽度。梁加载制度按照混凝土结构试验方法标准中的加载程序进行[7]。钢筋应变片布置在两根主筋的跨中位置,试验中,电阻应变片的应变数值采集通过东华3818静态采集系统采集完成。
  2 重庆硫酸镁试验结果与分析
  对梁的力学性能测试过程显示,碱式硫酸镁水泥混凝土梁的弯曲破坏过程具有明显的弹性阶段、塑形阶段、钢筋屈服和极限状态,直至破坏。加载初期的弹性阶段,应力与应变成正比;当荷载增大到极限荷载的24%时,梁跨中开裂,受拉区混凝土逐步退出工作后,纵向钢筋应力相应增大;梁跨中处裂缝随着荷载的增大而逐渐增多,向上延伸同时变宽;当荷载增大到极限荷载的75%时,裂缝数量不再增加,最大缝宽0.3 mm。主筋屈服后应变突然增大,梁挠度增加较快,裂缝宽度加大,最终以受压区混凝土压碎而宣告梁破坏。
  2.1 受破坏过程描述
  碱式硫酸镁水泥混凝土梁正截面破坏始于受拉区钢筋屈服,然后受压区混凝土压碎,整个构件屈服破坏,有明显屈服过程,类似于延性破坏(见图2)。碱镁混凝土梁的裂缝平均间距比普通混凝土梁裂缝间距小的多,且C40碱镁混凝土梁的裂缝间距比C50碱镁混凝土梁的裂缝间距小。
  试件受压破坏的形态如图3,可以看出,碱式硫酸镁水泥混凝土和普通混凝土梁的底起裂点与侧起裂点位置一致,发展情况也一致,但碱式硫酸镁水泥混凝土裂缝间距较小。从整个破坏过程可看出,碱式硫酸镁水泥混凝土梁与普通混凝土梁的受弯破坏过程相似,但开裂荷载大20%,破坏荷载稍大,挠度也更大。
  由于两种材料梁的截面尺寸、材料特性(混凝土抗压强度和钢筋屈服强度)、纵筋配筋率都相同,所以影响梁破坏形态的主要因素就是混凝土材料类别。也就是说是碱式硫酸镁水泥混凝土使得梁的开裂弯矩增大、受弯承载力明显提高。
  试验结果还显示,当相对弯矩相同时,C40碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土的挠度或相对挠度较大,C50碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土的挠度或相对挠度较小。