【摘 要】
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随着土木建筑行业的不断发展,河砂资源日益紧缺,利用工业废料铜矿渣作为细骨料制作混凝土,不仅可以解决工业废料引起的环境污染问题,而且能够提高混凝土的流动性能。但值得注意的是,经历火灾损伤后铜矿渣混凝土的内部微结构及抗氯离子侵蚀性能均会遭到破坏,在滨海氯盐侵蚀环境下,其内部钢筋将会发生严重锈蚀。并且火灾损伤和钢筋锈蚀损伤均会引起混凝土与钢筋间粘结性能退化,最终造成结构的残余承载力降低。而相应的损伤演化
【基金项目】
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青岛理工大学优秀创新团队资助项目; 山东省自然科学基金面上项目:损伤混凝土结构抗火性能基础性试验研究与理论分析(NO.ZR2017MEE029); 青岛理工大学土木工程学院第一批敦华优青基金项目:高温后铜矿渣混凝土与锈蚀钢筋间粘结性能研究;
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随着土木建筑行业的不断发展,河砂资源日益紧缺,利用工业废料铜矿渣作为细骨料制作混凝土,不仅可以解决工业废料引起的环境污染问题,而且能够提高混凝土的流动性能。但值得注意的是,经历火灾损伤后铜矿渣混凝土的内部微结构及抗氯离子侵蚀性能均会遭到破坏,在滨海氯盐侵蚀环境下,其内部钢筋将会发生严重锈蚀。并且火灾损伤和钢筋锈蚀损伤均会引起混凝土与钢筋间粘结性能退化,最终造成结构的残余承载力降低。而相应的损伤演化过程及性能退化机理尚未清晰,因此,对火灾损伤后铜矿渣混凝土的氯离子扩散模式、内部钢筋锈蚀规律及火灾损伤后铜矿渣混凝土与锈蚀钢筋粘结性能进行研究具有重要意义。本文设计制作了三种铜矿渣混凝土试件,利用铜矿渣置换普通砂,置换率分别设置为0、20及40%,首先对试件进行高温试验以模拟火灾损伤,进行加速氯离子侵蚀试验以模拟滨海氯盐侵蚀损伤,然后进行了粘结滑移拉拔试验。并且利用硝酸银化学滴定法测量了火灾损伤后铜矿渣混凝土的氯离子含量分布情况,取出内部钢筋进行酸洗除锈,计算了其实际锈蚀率及平均锈蚀深度。通过对36个铜矿渣混凝土试件进行试验研究及理论分析,探究了经历火灾损伤后铜矿渣混凝土的氯离子扩散模式及内部钢筋锈蚀规律,并研究了火灾损伤后铜矿渣混凝土与锈蚀钢筋粘结性能退化情况。按照损伤演化过程,本文主要工作内容如下:(1)首先对试件进行高温试验,自然冷却后采用干湿循环的方式进行加速氯离子侵蚀试验。对经历火灾损伤和氯离子侵蚀损伤后的铜矿渣混凝土试件由表及里逐层磨粉,采用硝酸银化学滴定法对其进行化学分析,测定了火灾损伤后铜矿渣混凝土的自由氯离子含量分布情况,分析了受热温度及铜矿渣置换率对氯离子传输的影响,然后以菲克第二定律为基础,给出了火灾损伤后铜矿渣混凝土的氯离子扩散系数。(2)在加速氯离子侵蚀试验过程中利用自然电位法实时监测试件内部钢筋锈蚀情况,测得了自然电位随侵蚀时间的变化曲线,而后取出火灾损伤后铜矿渣混凝土试件的内部钢筋进行酸洗除锈,计算其实际锈蚀率及平均锈蚀深度,研究了受热温度及铜矿渣置换率对混凝土内部钢筋锈蚀规律的影响,并建立了氯盐侵蚀下铜矿渣混凝土火灾损伤后内部钢筋锈蚀深度预测模型。(3)对经历火灾损伤及钢筋锈蚀损伤的铜矿渣混凝土试件进行粘结滑移拉拔试验,分析了试件的破坏形态、粘结滑移曲线、粘结强度、峰值滑移及粘结刚度等粘结性能指标随受热温度和钢筋锈蚀率的变化规律,并探讨了铜矿渣置换率对火灾损伤后铜矿渣混凝土与锈蚀钢筋间粘结性能的影响。(4)基于粘结滑移拉拔试验数据,建立了火灾损伤后铜矿渣混凝土与锈蚀钢筋粘结滑移本构关系模型,并通过对比分析的方式验证了模型的准确性。
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