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超高性能混凝土在张力和压缩蠕变:热处理的效果

V.Y.加拉、动向柯蒂斯L.F.卡恩

土木与环境工程学院乔治亚理工学院,亚特兰大,乔治亚州,美国

关键词: 设计、接口、纤维、预应力混凝土、热处理、超高性能混凝土

摘要

钢纤维增强超高性能混凝土(UHPC)是用于预制增加兴趣公路桥梁预应力混凝土梁由于其优越的耐用性和潜在的减少或消除剪切钢筋,由于钢纤维的存在。然而,所做的贡献蠕变,尤其是拉伸蠕变,必须更好地理解发展长期绩效适当的设计规范。由于实际考虑,这也是感兴趣的调查不同热处理的影响,包括温度低于推荐的制造商,超高性能混凝土的蠕变。在这一研究中,三种不同的热的影响处理超高性能混凝土的拉伸和压缩蠕变性能检查和互补的压痕和扫描电子显微镜表征。结果表明, 超高性能混凝土蔓延而不同张力和压缩。两个热治疗检查导致类似拉伸蠕变行为,表明应用在较低的温度更长一段能有效地治愈超高性能混凝土。非热能的治愈超高性能混凝土,宽10 lm地区观察到纤维/基体界面弹性模量的减少以及更大的孔隙和微裂缝比大部分粘贴。建议纤维的质量/矩阵接口是一个主要贡献者的蠕变测量增加非热能的超高性能混凝土相比治疗在60或90 C超高性能混凝土处理。

1. 介绍

超高性能混凝土(UHPC)增加兴趣预制预应力混凝土公路桥梁主梁因为它有可能减少维护成本与传统钢铁和混凝土梁。通常,蒸汽在预制混凝土固化床植物设计温度不超过70 C,以避免延迟钙矾石的形成混凝土。这种做法提出了一个挑战大规模生产的超高性能混凝土(UHPC) 结构元素,热处理在90 C UHPC生产商所要求的“预混料”。最近的一项研究已经证实在90 C热处理的应用，UHPC 48 h显著提高几乎所有材料表明,热处理的应用到具体特别是UHPC,可以激活硅灰(或其他特别是UHPC, 胶结的矩阵结构和性能。然而,改变铸件的热处理温度工厂提供了一个成本。因此,最好是感兴趣的了解不同热处理的影响UHPC的结构和长期性能。

此外,之前的研究表明,短的钢纤维通常用于UHPC混合可作为抗剪钢筋, 类似于桥梁梁箍筋(5 - 10)。然而, 长期的行为倾向(剪切)对角引起的裂缝张力附近梁支持没有箍筋的没有调查。也就是说,它是未知是否UHPC大梁没有传统箍筋将蠕变张力失败,它是未知的可靠性的因素应该被应用到斜张力UHPC桥结构的能力。

虽然一些研究已经检查了在普通拉伸蠕变行为和高性能混凝土,拉伸蠕变UHPC尚未出版的文学特征。作者的初步研究使用短期拉伸蠕变研究表明,钢纤维钢筋进一步的评估是必要的,以便更好地理解UHPC拉伸蠕变的潜在机制。此处的效果两种热处理制度除了环境如果过去的压缩蠕变研究蠕变的结果来确定养护拉伸蠕变性能是通过测试和检查拉伸蠕变性能是通过测试和检查鉴定。拉伸蠕变行为相比,抗压如果过去的压缩蠕变研究蠕变的结果来确定可能是依靠提高拉伸的理解现象。传统的蠕变测试增广使用扫描电子显微镜和压痕更好地理解在拉伸蠕变过程,特别是影响质量的债券和纤维之间的UHPC矩阵。这项研究是必要的,以便更好地理解拉伸UHPC蠕变和发展的设计标准UHPC公路大桥主梁。

2。实验

在这个研究包括测试的实验项目在不同热处理条件下UHPC混合物。所有混合设计是相同的和基于UHPC制造商的建议;他们都包括钢纤维2%的体积分数。此外,他们都是混合和计算中概述的过程。

2.1。材料、混合料配合比设计和铸造

从超高UHPC混合调查准备性能预混料、导管和超高强度钢纤维使用比例在表1中给出。根据制造商UHPC预混料主要由硅酸盐水泥、硅灰, 碎石英和沙子。高强度钢纤维直径0.20毫米(0.008英寸),13.0毫米(0.51英寸)长(长宽比= 65),在690年和抗拉强度1000 MPa(96600和140000 psi)和弹性模量210000 MPa(30457 ksi),根据制造商。同时, 商用聚羧酸高范围减水剂(HRWR,拉法基的溢价150)使用。混合了在一个85 - l容量高剪切混合器捏以下描述的过程。

3个 75times;75times;483毫米(3times; 3 times;19)拉伸蠕变标本和三个同伴自由收缩棱镜标本相同的维数为每个热处理情况下投。此外,两个100 380毫米(4 times;15)气缸压缩蠕变和一个同伴自由收缩气缸也被扔了每一个案例。拉伸和压缩蠕变标本对于一个给定的热处理条件相同的批处理。所有的标本投入水平从一端到另一端产生纤维排列,预计将在铸造在商业运营设施。

2.2。热治疗

三种不同的养护制度。90 C管理体制遵循UHPC制造商的推荐热处理在90 C(194 F)在100% RH,开始48岁的h和持续的额外48 h。60 Cregime可以代表热处理条件在我们大多数人铸造工厂,实现热处理应用48h和持续了72 h 60 C(140 F) 使用蒸汽养护100% RH。固化在环境温度(即23 C(73 F))。它应该入注意,在热处理中的应用总热量输出2 C(60)等于制造商的推荐热处理在90 C,由于持续时间更长热的应用程序在较低的温度。

拉伸蠕变试验标本,其固化拉伸加载。本研究中使用的术语于UHPC(即使用的类型。导管= D),纤维体积分数(即。、2%体积分数= 2 f)、最大治疗温度达到(即23 C,60或90 C(73 F,140 F194 F)),stress-to-strength期间保持水平蠕变试验(如。,40%意味着应用应力强度比加载的时候是40%)。压缩蠕变试验, 字母“C”后添加字母“D”区分拉伸和压缩蠕变情况。收缩和强度测试标本没有加载压力比率。

2.3。测试机械性能

初期养护或初期养护 热处理后, 直接张力和进行压缩测试为每个UHPC混合之前获得拉伸蠕变测试的开始强度和模量和抗压强度和弹性模量分别对每一个案例。机械测试在7天内完成,提前的蠕变测试。细节关于执行的直接拉伸试验发现在之前研究[24]。方差分析结果显示无显著(方差分析) 抗压弹性模量的区别值和d - 2 - f - 90 - c - 40和D-2f-60C-40。

2.4。蠕变和收缩测试

拉伸蠕变试验的设置和程序使用被描述在先前的研究,但提供了一个简要描述在这里。拉伸蠕变试样尺寸, 钢端板和嵌入式不同长度的螺栓,以避免过度压力浓度。测试框架的设计灵感来自拉伸蠕变试验鸽子。然而,这种设计修改增加负载容量高达6800公斤(15000磅)和测试三种75 times;75times; 483毫米(3 times;3times; 19)。UHPC混凝土棱镜四个测量每个试样的变形。拉伸加载被悬挂应用重量的静负荷杆-通过金属臂球旋钮,使螺纹杆连接死者负载加载臂,总是在一个垂直的位置。负载放大倍数是10。也就是说,1磅静负荷通过杆臂应用放大10磅。负载例如,拉伸蠕变的标本。

所有样品都是在40%的测量直接拉伸加载在7天强度。条件保持在23 Cplusmn;2 C(73 F)和50plusmn;3% RH对整个测试周期。拉伸蠕变变形测量最初1,2,4,6,加载后24小时。随后测量了每日,每周，每月，一年。两个棱镜相同的蠕变标本存储毗邻蠕变标本和用来测量干燥收缩。应变数据收集同一倍蠕变数据。特定的蠕变计算了把调整后的拉伸蠕变应变的初步应用压力。调整后的拉伸蠕变应变(“蠕变”)是相等的的代数和总蠕变株和测量自由收缩压力。

每个UHPC压缩蠕变和测量三个100times; 380毫米(4 times;15)显示汽缸。样本的大小这项研究中不同于ASTM C 512标准(150times; 300毫米)。这个修改是必要的由于高强度UHPC决定减少横截面。(气缸用于测量压缩蠕变这里有相同的表面area-to-volume比1缸在另一项研究中使用)。所有气缸检测四套钢插入位于正好每个标本的相反面。 (254毫米)长标距长度测量变形可拆式机械指标(DEMEC计)。在适当的热处理,压缩蠕变测试开始的年龄7天的年龄,外加负载相当于40%的7天强度为每个热处理条件。

特定的蠕变计算除以调整蠕变由最初的外加应力应变。调整后的蠕变应变减去收缩应变,计算测量卸载同伴样本,从测量总蠕变去掉。

3结果与讨论

不同热处理的影响在免费评估收缩和徐变的研究上执行UHPC 1年。因为热疗法产生显著增加拉伸强度,重要的是要注意的蠕变测试、负载应用是成比例的力量的应用程序(7天)。此外,热处理的两种情况下,弹性模也高于没有热处理的标本。为了更好地理解过程尤其是每个热拉伸蠕变,uhpc接受治疗通过扫描电子显微镜, 除了长期蠕变的结果了。这样一个多尺度方法允许提高认识所涉及的复杂的组织性能关系蠕变UHPC。

3.1。拉伸蠕变和收缩

1年期自由收缩和具体拉伸蠕变UHPC受到不同的热处理, 和关键结果。UHPC相比热处理在90 C 48 h,热处理60 C72 h和消除热处理导致13%和分别增加172%在特定的拉伸蠕变。此外,相比在90 C UHPC热处理48 h,结果显示增加28%和260%在自由与热收缩应变治疗60 C 72 h和消除热处理, 分别经过1年的干燥。

基于平均值的报道在表的效果热处理是更为明显的拉伸蠕变变形比抗拉强度。例如,一个173%增加发生在特定的蠕变和强度下降了27%力量在消除热处理。这个观察强调,拉伸蠕变测试,而不是抗拉强度值加载时,应该使用长期预测拉伸性能。这是建议预先存在的能力在长期蠕变测试期间裂纹合并和传播而不是短期强度测试可能扮演重要的角色在蠕变和抗拉强度结果之间的区别。

从实用的角度来看,长期拉伸蠕变的结果随着机械测试数据表明,大小的热能用于UHPC更关键的因素开发组织比的方法能源应用,只要热处理在这种情况下,2天后开始铸造。这个观察是具体的实际意义,因为它表明,令人满意UHPC混合可以实现在温和的热处理温度可以达到在大多数现有的混凝土预制构件设施。

这个观察强调拉伸的依赖蠕变成熟的混凝土加载的时候。热治疗,随着内部生成的热量(由于高胶结分子和粒子细度普遍增加UHPC),预计将导致增加(或等价的年龄UHPC成熟),特别是在早期的年龄。而依赖关系蠕变的成熟已经知道,只有一个蠕变模型、CEB-FIP模型,明确了温度时候加载。

假设UHPC蠕变样本的内部温度是一样的温度养护环境相当于年龄计算的温度的混合使用方程式。结果显示了逆关系到期的时候加载和极限抗拉蠕变。此外,结果显示了明显的减少在两个热处理系统之间的斜率(固化在60 C(140 F)和90 C(194 F)),比之间的斜率非热能的UHPC和UHPC热治疗60 C(140 F)。这一观点,因为它有一个重要的实际的影响允许修改热处理的方法减少并增加治疗时间达到令人满意的长期抗拉性能。

3.2。压缩蠕变和收缩

从这一研究结果的自由收缩和具体压缩蠕变显示一个重大的影响养护条件之前加载的收缩和抗压蠕变性能。而在90 C UHPC 48 h,热处理60 C 72 h之前加载导致蠕变增加10%和24%分别应变和特定的压缩蠕变。此外,消除热处理导致了增加81%和163%蠕变应变和特定的压缩蠕变比UHPC热处理在90 C加载前48小时。这些百分比增加特定的压缩蠕变在改变热处理制度或消除热处理比减少更大的抗压强度造成要么修改。也就是说,热处理的纤维钢筋UHPC 60 C 72 h之前加载导致12%抗压强度下降而消除热治疗UHPC导致压下降了31%UHPC热处理相比强度在90 C 48 h之前加载。

此外,结果显示增加了28%和266%自由收缩应变与热处理经过1年的干燥72年60 C h和消除热处理相比UHPC热处理在90 C 48 h。也可以看出热处理的影响在减少自由收缩类似的棱镜和气缸用于这项研究。

压缩蠕变,具体报道蠕变5.7勒/ MPa(39勒/ ksi)混合D-C-2f——非常相似90 c-40;70%大于价值的报道。在之前的研究中,类似的压力水平41%但在4天,而不是在这里7天。这种差异在特定的蠕变这两项研究可能部分归因于不同在同等年龄(即。31.14和38.26天)之间两个实验。同时,铸造过程之间的差异当前和先前的研究可能是导致这些的差异。在当前的研究中,模具水平和UHPC注入模具从一个结束其他使纤维排列在纵向(加载)方向,这对于铸造UHPC模拟场的方法桥主梁。这不是在缸模具面向垂直,从顶部的模具都坐满了,一般是在实验室完成。

垂直放置UHPC结果更随机的纤维取向,清晰地显示了增加纤维纵向对齐的100 380毫米(4times; 15。)标本用于当前的研究。预计增加的纤维取向加载方向可以导致增加变形方向。起重机最近显示排列的纤维UHPC梁可以显著影响结构性能。因此,建议未来的研究采用铸造在实践中技术最好的复制情况。

3.3。对比拉伸和压缩蠕变

比较拉伸和压缩蠕变的主要目标结果三个UHPC混合物是更好地理解UHPC机制影响拉伸蠕变。它是必要的调整拉伸蠕变结果占样品的差异拉伸和压缩蠕变研究之间的几何。这种调整是有可能的,因为相同的试样几何长期使用的压缩蠕变研究之前被用于短期(340 - h)研究抗拉蠕变。这使得长期调整拉伸蠕变和收缩的结果基于特定的蠕变和收缩应变结果后7天获得混合D-2f -90 c-40。也就是说,从长期拉伸蠕变和结果收缩d - 2 - f - 90 - c - 40,D-2f-60C-40,D-2f-23C-40增多由一个特定的蠕变和收缩应变计算短期-长期比率。长期拉伸蠕变和调整收缩将称为“调整拉伸蠕变”和“调整收缩”。

3.4。纳米压痕和SEM表征

众所周知,缺陷(如在脆性、孔隙、微裂隙)混凝土等材料有更明显的影响紧张

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