[大掺量磨细粉煤灰混凝土单轴受压应力应变全曲线的试验研究] 单轴搅拌桩水泥用量

　　摘要： 普通混凝土和高强混凝土的应力应变曲线，国内外已开展了大量的研究。但有关掺磨细粉煤灰混凝土应力应变全曲线资料却不多见，本文配合粉煤灰混凝土的推广应用，对其单轴受压性能及应力应变关系进行试验研究，同时给出了适用于不同强度等级掺磨细粉煤灰混凝土受压应力应变全曲线的统一数学表达式，与试验曲线吻合较好，可供进一步研究参考。
　　关键词： 磨细粉煤灰；混凝土；应力应变；曲线；试验研究
　　中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0110-020 引言
　　混凝土的轴心抗压是最重要的力学指标。它不仅是决定混凝土轴心抗压强度的唯一依据，还是确定其他力学特性(例如弹性模量、峰值应变、延性指标、破坏形态、变形等)的特征和数值的最主要因素。混凝土应力-应变全曲线(包括上升段和下降段部分)是混凝土受压性能和指标的综合性宏观反应。曲线的几何形状和特征点反映了混凝土受压后的变形，裂缝发展，损伤积累和破坏等全过程中各个阶段的特性。
　　1 试验方案
　　1.1 测试方法 到目前为止，进行混凝土应力应变全曲线试验研究的方法可以分为以下两大类[1]：
　　第一类：闭环电液伺服控制系统。这种方法采用目前最先进的闭环电液伺服控制系统进行应力应变全曲线的试验。闭环电液伺服控制系统可分别以荷载和变形为自变控制量，通过一套闭环反馈控制系统自动地在试验中实现精确控制。在测定混凝土应力应变曲线时，采用常应变增量作为控制标准。
　　第二类：附加刚性元件。这类方法的基本原理：在普通试验机上进行试验时，将具有一定刚度的元件和试件并联在一起，共同受力、变形，用以提高试验装置的整体刚度。这类方法的优点是通过制作一些简单的设备元件，利用现有设备，较方便的获得稳定的混凝上应力-应变全曲线。
　　1.2 试验方案 以不掺粉煤灰的混凝土为基准组，以掺入30%，40%，50%，60%粉煤灰混凝土和磨细粉煤灰混凝土为对比组。在混凝土拌和物工作性符合要求的基础上，制作标准试件，成型并养护，分别测定56d的混凝土棱柱体抗压强度及立方体受压应力应变全曲线。此试验中用F表示未经粉磨的粉煤灰混凝土，MF表示粉磨45分钟的粉煤灰混凝土，用J0表示未掺粉煤灰的基准混凝土。
　　1.3 试验配合比选取 通过掺入原状粉煤灰（I级）和I级粉磨45分钟的粉煤灰，不同的粉煤灰掺量下混凝土力学性能的对比，以确定合适的粉煤灰掺量。
　　①初选水胶比为0.4；②为使试验结果具有可比性，保持相同的水胶比、胶凝材料及混凝土配方的水量的前提下，只改变粉煤灰的用量，粉煤灰等量取代水泥的比例分别为30%，40%，50%以及60%；③试验中，减水剂的量可以根据需要适当调整，使混凝土的和易性良好，拌合物不离析，初始塌落度应控制在适宜泵送施工的范围，即160～220mm的范围；④在保证混凝土性能要求条件下，尽可能地提高粉煤灰取代水泥率，降低生产成本。
　　1.4 试验仪器 ①DHDAS动态信号采集分析系统：该仪器有八个测试通道，可以接多种传感器，可以对多种频率的信号进行动态采集，它与计算机连接使用，采集荷载和应变数据。将采集的数据实时的保存在计算机的硬盘上。②压力传感器及压力机。
　　2 实验结果
　　为确定粉煤灰混凝土的立方体和棱柱体抗压强度之间的关系，并探讨粉煤灰掺量和细度对立方体抗压强度、峰值应变、弹性模量的影响，共进行9组100mm×100mm×100mm的立方体试块和9组100mm×100mm×300mm的棱柱体试块的抗压试验。各试件的抗压结果如表3所示。试验中未磨粉煤灰混凝土用F表示；磨细粉煤灰混凝土用MF表示；R2表示水胶比为0.35(其它未说明的均为0.4)；棱柱体抗压强度用fc表示，立方体抗压强度用fcu表示。
　　本文就有限的数据对粉煤灰混凝土应力-应变全曲线的数值表达式进行探讨。将根据试验结果将粉煤灰混凝土立方体受压的应力应变曲线加以简化以便应用。经回归分析，得到掺磨细粉煤灰混凝土的应力-应变本构关系为：
　　y=Ax+（3-2A）x2+（A-2）x3 0?燮x?燮1（1）
　　y=x[a（x-1）2+x]-1 x?叟1（2）
　　其中：A=0.3764+0.021fcu+0.611F，a=0.02fcu+0.537■
　　fcu立方体抗压强度，F粉煤灰掺量百分数。
　　3 结论
　　随着粉煤灰掺量的提高，尽管上升段和峰值应变的变化不很显著，但是下降段的形状有较大的差异。当I级粉煤灰掺量为30%时粉煤灰混凝土强度最高，下降段的坡度变缓，即应力下降相同幅度时变形较小，延性较差；粉煤灰掺量达到50%时，下降段的坡度最缓，即应力下降相同幅度时变形最大，延性最好；当掺量为60%时粉煤灰混凝土强度最低，下降段的坡度最陡，即应力下降相同幅度时变形最小，延性最差。因此从强度角度考虑选用掺量为30%最好，从变形角度考虑选用掺量为50%最好。
　　当I级磨细粉煤灰掺量为40%时粉煤灰混凝土强度最高，下降段的坡度最缓，即应力下降相同幅度时变形最大，延性最好。当掺量为60%时粉煤灰混凝土强度最低，下降段的坡度最陡，即应力下降相同幅度时变形最小，延性最差。因此从强度和变形两方面考虑选用掺量为40%最好。
　　由上面分析可见粉煤灰的加入改善了试件的破坏过程，提高了试件的变形性能。
　　参考文献：
　　[1]单波.活性粉末混凝土基本力学性能的试验与研究.2002，18～33．
　　[2]过镇海.混凝土强度和强度变形试验基础和本构关系.北京：清华大学出版社，1997．
　　[3]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[J].重庆建筑大学学报，2000，(5):27-33.
　　[4]俞茂宏.强度理论新体系[M].西安：西安交通大学出版社，1992，56～81．
　　[5]姜福田.混凝土力学性能与测定.北京：中国铁道出版社，1989，84～90．