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摘 要:随着高强度混凝土在工程中的广泛应用,普通混凝土与高强度混凝土之间的差异性成为工程应用和结构设计日益关注的问题。本文从两者破坏形态和破坏过程、应力-应变关系、弹性模量、泊松比和抗拉强度等方面,对其进行了比较分析。
关键词:高强度混凝土普通混凝土单轴抗压强度
中图分类号:TU528.01 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0033-01
与普通混凝土相比,高强混凝土中的孔隙较小,水泥浆强度、水泥浆与骨料之间的界面强度、以及骨料强度这三者之间的差异较小,所以相对来说更接近匀质材料,使得高强混凝土的抗压性能与普通强度混凝土相比有相当大的差别。
1 破坏形态和过程
文献[1](王志军和蒲心诚,2000)的试验结果表明,由于试验构件混凝土强度都很高,所有试件都以突然炸裂而破坏。试件在未破坏前,表面无可见裂缝,仅在破坏瞬间,试件内部有较明显劈裂声。破坏时,试件外表面和中部混凝土炸飞,一般只剩下上下部锥体,破坏面穿越的粗骨料被整齐地劈开,一般未见粗骨料和水泥凝胶体面的粘结破坏,这和普通混凝土的破坏有着较明显的区别。
2 应力－应变关系
在单轴受压下,在应力达到峰值应力(抗压强度)的75％～90％以前,高强混凝土应力－应变关系为一直线,即为弹性工作。线性段的范围随着强度的提高而增大;在普通强度混凝土中,线性段的上限仅为峰值应力的40％～50％;与峰值应力相应的应变值ε随着混凝土的强度提高有增大的趋势,可达到2500×10－6甚至更多,而普通强度混凝土中一般仅有(1500～2000)×10－6;在达到峰值应力(抗压强度)以后,高强混凝土的应力－应变关系曲线急剧下降,延性很差,表现出很大的脆性,并且随着强度的而愈加严重(陈肇元等,1992[2])。
文献[1](王志军和蒲心诚,2000)中的试验结果更进一步表明,超高强混凝土应力应变曲线的上升段由曲线变成了直线,即比例极限点显著升高,其应力值已接近峰值应力。在应力达到应力峰值点时,超高强混凝土试件内部储存了相当高的能量,并且由于超高强混凝土水泥凝胶体的强度已接近粗骨料的阻挡和缓冲,这样试件内部的能量迅速而剧烈释放,即发生爆裂型破坏,因此可认为超高强混凝土的应力－应变关系已不再有下降段。
从材料的内部结构分析[3],低强混凝土在开始受力后约在峰值应力的30％时已经开始出现裂缝,裂缝首先从水泥浆与骨料之间的界面开始并沿着界面发展,随后在水泥浆中也出现微裂,这些裂缝在混凝土内部形成越来越多的間断并逐步连结,最后导致材料的宏观破坏,破坏面通过水泥浆表面及其与骨料的粘结面,粗糙而凹凸不平。但是高强混凝土则与此不同,在峰值应力的65％以前几乎不发生微裂;甚至在90％的峰值应力下,多数的微裂缝还只是孤立的粘结面裂缝。高强混凝土的破坏面比较光滑,通常穿过石子和水泥浆而不是绕着骨料表面,因而试件的破坏面相当大程度上取决于粗骨料的破坏。
3 弹性模量与泊松比
高强混凝土的弹性模量随着强度的增长而增长,但增长幅度与强度不成正比[2]。高强混凝土在弹性阶段的泊松比与普通混凝土无明显差别[2]。
4 抗拉强度
高强混凝土的轴心抗拉强度ft和劈裂抗拉强度ft,s的经验公式[3]分别为: 其中轴心抗拉强度比普通混凝土的计算值约低20％。这说明混凝土的抗拉强度虽随抗压强度的增加而单调增长,但增长幅度渐减。
5 结论
通过上述高强混凝土的主要力学性能不难看出,其主要特征是随着抗压强度的提高,混凝土的脆性很大,表现为:内部裂缝在很高应力水平下突然出现和发展,破坏过程急促,残余强度跌落快,应力－应变全曲线的峰部尖锐,曲线下面积小,即吸能能力差,极限应变小;抗拉强度增加幅度小等。因此只有在克服脆性的前提下,高强混凝土才能得以安全使用。将高强混凝土灌入钢管中形成钢管高强混凝土,高强度的混凝土受到钢管的有效约束,其延性将大为增强,此外,在复杂受力状态下,钢管具有很强的抗扭和抗剪能力。这样,通过二者的结合可以有效的克服高强混凝土脆性大和延性差的弱点,使其工程应用得以实现,经济效果得以发挥。
参考文献
[1] 王志军,蒲心诚.超高强混凝土单轴受压性能及应力应变曲线的试验研究．重庆建筑大学学报,2000,22(增刊):27～33．
[2] 陈肇元,朱金铨,吴佩刚.高强混凝土及其应用.北京:清华大学出版社,1992．
[3] 过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析.北京:清华大学出版社,2003．
关键词:高强度混凝土普通混凝土单轴抗压强度
中图分类号:TU528.01 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0033-01
与普通混凝土相比,高强混凝土中的孔隙较小,水泥浆强度、水泥浆与骨料之间的界面强度、以及骨料强度这三者之间的差异较小,所以相对来说更接近匀质材料,使得高强混凝土的抗压性能与普通强度混凝土相比有相当大的差别。
1 破坏形态和过程
文献[1](王志军和蒲心诚,2000)的试验结果表明,由于试验构件混凝土强度都很高,所有试件都以突然炸裂而破坏。试件在未破坏前,表面无可见裂缝,仅在破坏瞬间,试件内部有较明显劈裂声。破坏时,试件外表面和中部混凝土炸飞,一般只剩下上下部锥体,破坏面穿越的粗骨料被整齐地劈开,一般未见粗骨料和水泥凝胶体面的粘结破坏,这和普通混凝土的破坏有着较明显的区别。
2 应力－应变关系
在单轴受压下,在应力达到峰值应力(抗压强度)的75％～90％以前,高强混凝土应力－应变关系为一直线,即为弹性工作。线性段的范围随着强度的提高而增大;在普通强度混凝土中,线性段的上限仅为峰值应力的40％～50％;与峰值应力相应的应变值ε随着混凝土的强度提高有增大的趋势,可达到2500×10－6甚至更多,而普通强度混凝土中一般仅有(1500～2000)×10－6;在达到峰值应力(抗压强度)以后,高强混凝土的应力－应变关系曲线急剧下降,延性很差,表现出很大的脆性,并且随着强度的而愈加严重(陈肇元等,1992[2])。
文献[1](王志军和蒲心诚,2000)中的试验结果更进一步表明,超高强混凝土应力应变曲线的上升段由曲线变成了直线,即比例极限点显著升高,其应力值已接近峰值应力。在应力达到应力峰值点时,超高强混凝土试件内部储存了相当高的能量,并且由于超高强混凝土水泥凝胶体的强度已接近粗骨料的阻挡和缓冲,这样试件内部的能量迅速而剧烈释放,即发生爆裂型破坏,因此可认为超高强混凝土的应力－应变关系已不再有下降段。
从材料的内部结构分析[3],低强混凝土在开始受力后约在峰值应力的30％时已经开始出现裂缝,裂缝首先从水泥浆与骨料之间的界面开始并沿着界面发展,随后在水泥浆中也出现微裂,这些裂缝在混凝土内部形成越来越多的間断并逐步连结,最后导致材料的宏观破坏,破坏面通过水泥浆表面及其与骨料的粘结面,粗糙而凹凸不平。但是高强混凝土则与此不同,在峰值应力的65％以前几乎不发生微裂;甚至在90％的峰值应力下,多数的微裂缝还只是孤立的粘结面裂缝。高强混凝土的破坏面比较光滑,通常穿过石子和水泥浆而不是绕着骨料表面,因而试件的破坏面相当大程度上取决于粗骨料的破坏。
3 弹性模量与泊松比
高强混凝土的弹性模量随着强度的增长而增长,但增长幅度与强度不成正比[2]。高强混凝土在弹性阶段的泊松比与普通混凝土无明显差别[2]。
4 抗拉强度
高强混凝土的轴心抗拉强度ft和劈裂抗拉强度ft,s的经验公式[3]分别为: 其中轴心抗拉强度比普通混凝土的计算值约低20％。这说明混凝土的抗拉强度虽随抗压强度的增加而单调增长,但增长幅度渐减。
5 结论
通过上述高强混凝土的主要力学性能不难看出,其主要特征是随着抗压强度的提高,混凝土的脆性很大,表现为:内部裂缝在很高应力水平下突然出现和发展,破坏过程急促,残余强度跌落快,应力－应变全曲线的峰部尖锐,曲线下面积小,即吸能能力差,极限应变小;抗拉强度增加幅度小等。因此只有在克服脆性的前提下,高强混凝土才能得以安全使用。将高强混凝土灌入钢管中形成钢管高强混凝土,高强度的混凝土受到钢管的有效约束,其延性将大为增强,此外,在复杂受力状态下,钢管具有很强的抗扭和抗剪能力。这样,通过二者的结合可以有效的克服高强混凝土脆性大和延性差的弱点,使其工程应用得以实现,经济效果得以发挥。
参考文献
[1] 王志军,蒲心诚.超高强混凝土单轴受压性能及应力应变曲线的试验研究．重庆建筑大学学报,2000,22(增刊):27～33．
[2] 陈肇元,朱金铨,吴佩刚.高强混凝土及其应用.北京:清华大学出版社,1992．
[3] 过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析.北京:清华大学出版社,2003．