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《南京航空航天大学》 2019年
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自然暴露条件下碱式硫酸镁水泥混凝土构件的力学性能

岳鹏  
【摘要】:碱式硫酸镁水泥混凝土(BMSCC)作为一种新型混凝土材料,具有早强、高强、韧性好、抗裂性好等优点,其力学性能与普通混凝土相比,有很多独特的优势,梁柱构件也会有不同于普通混凝土构件的特点。然而,在自然环境下暴露若干年后的BMSCC构件力学性能的衰减情况却不得而知,为了将这种新型混凝土材料应用于实际工程,对于其在自然环境中力学性能的衰变规律的研究就显得尤为必要。本文设计了3种不同混凝土强度等级的BMSCC,制备了24根BMSCC梁柱构件,在沈阳自然环境中室外暴露两年后对其力学性能进行测试。同时,研究了BMSCC环境中不同钢筋锈蚀率对钢筋屈服强度、极限强度和断裂伸长率等物理力学性能影响规律。综合考虑钢筋锈蚀以及构件混凝土强度的衰减对构件力学性能的影响,建立了BMSCC梁柱构件极限承载力与变形的计算模型。全文主要内容与结论如下:(1)对9根Φ10HPB300钢筋分3个试验组进行BMSCC模拟溶液的干湿循环试验,并截取了自然环境下暴露两年的BMSCC梁柱构件中的24根不同程度锈蚀的HRB300(二级)与HRB400(二级)钢筋。通过拉伸试验研究,并建立了钢筋的屈服强度、极限强度、断裂伸长率和弹性模量与钢筋最大截面锈蚀率之间关系的计算公式。结果表明:钢筋平均质量锈蚀率在5%以下时,钢筋锈蚀为表面均匀锈蚀,并未出现坑蚀现象,钢筋平均质量锈蚀率在5%至10%时,钢筋锈蚀为局部坑蚀。随着钢筋锈蚀率的不断增大,钢筋的屈服强度、极限强度、断裂伸长率和弹性模量均有有不同程度的衰减,其相对变化率与钢筋锈蚀率成线性关系。(2)测定了自然暴露两年后的BMSCC试件的超声波传播速度(简称波速)与表面回弹值,建立了推定BMSCC强度的超声回弹综合法与回弹法的专用测强计算公式。采用了推定精度较低的超声回弹综合法计算公式,推定了24根BMSCC梁柱构件的混凝土强度。结果表明,BMSCC在自然暴露2年后的抗压强度有一定程度的衰减。(3)采用200T双向加载实验台对3个混凝土强度等级的12根BMSCC梁构件(尺寸为150mm×200mm×1500mm,配筋率为1.72%)进行抗弯性能试验和抗剪性能试验,研究了BMSCC梁的裂缝展开、破坏形态、变形及承载力等力学性能。结果表明:随着混凝土强度等级的提高,BMSCC抗弯梁和受剪梁的开裂荷载与极限荷载逐渐增大,跨中挠度逐渐减小;开裂之后的裂缝数量不断增加但延伸缓慢,甚至不延伸,受力全过程裂缝总数量在10条左右;达到极限荷载前的最大裂缝宽度均基本在0.02mm-0.1mm之间。BMSCC抗弯梁破坏前最大挠度为5-8mm之间;BMSCC受剪梁破坏前最大挠度为3-5mm之间。(4)采用200T双向加载实验台对3种混凝土强度等级的12根BMSCC柱(尺寸为240mm×200mm×1500mm,配筋率为2.68%)柱构件进行大偏心与小偏心受压试验,对受力全过程进行观测,研究了BMSCC柱的裂缝展开、破坏形态、变形及承载力等力学性能。结果表明:大偏心及小偏心受压全过程裂缝数量极少,基本在5-8条左右,且裂缝展开速度极其缓慢;大偏心受压BMSCC柱达到极限荷载前的最大裂缝宽度基本在0.02mm-2mm之间,小偏心受压BMSCC柱基本在0.02mm-0.08mm之间;随着混凝土强度的提高,BMSCC柱的开裂荷载与极限荷载逐渐增大,轴向位移与跨中侧向位移逐渐减小。大小偏心受压状态下跨中位移基本在4-7mm之间,侧向位移在3-6mm之间。(5)综合考虑钢筋锈蚀和BMSCC强度的自然衰减对BMSCC梁柱构件极限承载力和变形等的影响,建立了BMSCC梁构件在受弯、受剪状态下的极限承载力计算模型和刚度计算模型BMSCC柱构件在大偏心与小偏心受压状态下的极限承载力和刚度计算模型。运用建立的计算模型研究了BMSCC构件承载能力的退化规律,发现BMSCC梁抗弯极限承载力退化了12%左右,抗弯刚度退化了17%左右;BMSCC梁抗剪极限承载力无明显退化;BMSCC柱偏心受压极限承载力退化了6%-7%,刚度退化了6%-13%。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU528

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