文摘

界面过渡区(ITZ)是再生混凝土的薄弱区域。ITZ的影响进一步研究再生混凝土的损伤表现,ITZ厚度计算公式,以及ITZ厚度计算各种再生混凝土混合物再生骨料含量30%。具体的模型试验方法和有限元分析软件进行数值模拟普通混凝土和再生混凝土ITZ厚度为0.05毫米,1毫米,2毫米,3毫米,4毫米。结果表明,ITZ的厚度有明显影响再生混凝土的开裂强度和再生混凝土的开裂强度随ITZ厚度增加而减小。再生混凝土的裂缝从ITZ发起,与损伤程度增加而增加ITZ厚度。与普通混凝土相比,再生混凝土的开裂强度的ITZ厚度不超过2毫米(即。再生骨料的替换率不超过30%)显著降低。

1。介绍

类似于普通混凝土,再生混凝土是一种多相复合材料,包括固体、液体和气体三相材料,制成的再生骨料混合一定比例的天然骨料、水泥、水和一定比例的添加剂固化和硬化。但是,与天然骨料,再生骨料,含有大量微裂隙的机械损坏的混凝土,都连着老砂浆表面。这是其中的一个主要因素导致孔隙度高,强大的吸水,再生骨料的密度相对较低。微程序级,再生混凝土组件包括天然骨料、界面过渡区(ITZ)之间的老砂浆和天然骨料,迫击炮和新老砂浆之间的ITZ原生骨料表面和截面之间的过渡层(以下简称旧接口层)老砂浆,新的砂浆和天然骨料之间的ITZ(以下简称新ITZ),和新砂浆矩阵。在这篇文章中,旧的接口层,老砂浆,新的ITZ(即。,the transition between the surface of the natural coarse aggregates and the new mortar matrix), collectively known as the regeneration region, is the primary ITZ between the coarse aggregates. The new mortar is called the common ITZ, as shown in Figure1。

普通混凝土ITZ指骨料和砂浆基体之间的过渡区域。谢(11983年)研究了ITZ的混凝土,他ITZ的骨料的砂浆分为以下四个微观结构模型:渗透和扩散层,层接触,浓缩层,层和疲软的影响。根据伯杰的侧壁效应(2),水灰比附近的水膜层的聚合表面高于水泥砂浆,钙矾石和其他大型晶体结晶化合物容易形成聚集,导致一个松散的结构和高ITZ的孔隙度。松散结构和高孔隙度降低界面的结合强度和渗透阻力区,所以ITZ称为混凝土的薄弱环节。吴教授(3]研究ITZ的混凝土的微观结构,发现氢化钙,钙矾石的内容是显而易见的,更大的晶体,增长方向,高水灰比和大孔隙度。此外,疲弱的地区混凝土与复合材料相关的基本问题;因此,macromechanical性能的复合材料进行了研究。

再生混凝土ITZ包含ITZ的再生区域和共同ITZ。ITZ的再生区域结合旧接口层和两个砂浆层,这样两个旧接口层和砂浆层产生一个复杂的ITZ结构松散度,和孔隙度远远高于普通ITZ,如图2。Etxeberria et al。4]研究了ITZ再生混凝土结构的粘结强度,发现常见ITZ高于旧的新接口层和界面层是三者中最弱的界面。迪尔et al。5)发现有大量的CH晶体在新的再生混凝土的界面过渡层ITZ水晶安排是显而易见的,也是最薄弱的点在再生混凝土。Tam et al。6)进行了模型试验包含9个圆柱形回收总样本,和模型试验方法类似于Buyukozturk et al。7和刘et al。8]。旧接口层的孔隙度高于砂浆和新老砂浆高于老砂浆。沿着新建的表层裂缝出现和发展主要的再生混凝土,水灰比(0.67),而裂缝的出现和发展主要沿着旧ITZ一小的再生混凝土水灰比(0.40)。

ITZ(尤其是回收ITZ)裂缝发生和发展的地方,在再生混凝土最薄弱的地区。许多研究的结构和ITZ的再生混凝土的开裂机理国内外进行的,但很少有报道ITZ的定量分析,其厚度的影响再生混凝土的性能,因此需要进一步的研究。本文的厚度和体积ITZ再生混凝土的定量分析,和ITZ的厚度的变化对再生混凝土数值分析,为对再生混凝土的研究提供参考。

2。定量分析ITZ的再生混凝土

再生混凝土的ITZ包括ITZ回收ITZ和常见。共同ITZ ITZ的普通混凝土,是一样的,可以由指普通混凝土的研究成果ITZ [9]。因此,有必要定量分析回收ITZ。

2.1。定量分析ITZ的厚度

天然骨料的再生ITZ表面再生骨料内部边缘的新砂浆包括旧的接口层,旧的砂浆,表层的新材料。再生骨料混凝土机械获得浪费,大量的老砂浆与混凝土再生骨料表面产生浪费。老砂浆层外部附加到再生骨料,由旧接口层和老砂浆层。定量分析回收ITZ的厚度,厚度的外部再生骨料与砂浆应先计算。回收ITZ的厚度可以根据旧的厚度计算砂浆和新材料的表层。老砂浆直接影响再生骨料的吸水率。因此,老砂浆粘合率简化在文献[10)是一个单因素吸水率的函数,见以下方程: 在哪里再生骨料的吸水率和是旧的粘附率再生骨料的砂浆。

考虑到机械损伤的再生骨料的结果在一个相对较高的吸水率来衡量,修正系数(一般1.2∼1.3)介绍,方程(1)修改为

实验结果在文献[11]显示之间存在良好的线性相关的粘附率再生骨料砂浆吸水率,表观密度,破碎指数以及随机性和不确定性的价值在方程(2)。方程的表达式(2)可以直接用于获得的线性表达式

根据相关研究,当再生骨料的最大粒径是16毫米, 和 (12];当再生骨料的最大粒径是32毫米, 和 (13]。

根据方程(3),砂浆粘合率可以表达的

不同的线性膨胀系数不同的材料在不同的温度下也可以用来进行煅烧测试分离的老砂浆骨料表面并确定老砂浆的内容。布鲁诺et al。14]研究了水泥砂浆的线性膨胀率,石灰石,鹅卵石,和绿片岩在不同温度,不同材料的线性膨胀率随温度。当温度很低(≤120°C),线性膨胀率不同组件之间的差异很小,和最大膨胀率仅为0.04%;然而,当温度上升到800°C,绿色片岩的线性膨胀率达到两倍以上的水泥砂浆C40,以及常用的线性膨胀率鹅卵石也近两倍的水泥砂浆C40,有明显的差异。高温煅烧后,骨料被投入高速球磨机球磨。球的相互碰撞磨珠子可以有效地分离砂浆和总量,和一个精确的砂浆内容可以获得。是由灰浆内容 在哪里干燥后回收总样本的重量,再生骨料的重量样品高温煅烧后,然后呢 再生骨料的砂浆的内容。

此外,再生骨料砂浆的体积可以表达的内容

根据方程(4)和(6),砂浆体积含量和水吸收之间的关系可以表达的

再生骨料的体积后残留物从筛选的过程如下: 。相关研究(15,16]表明,混凝土骨料的体积百分率基本上是一样的区域聚集在某个部分的百分比。因此,老砂浆之间的面积比和再生骨料的主要聚集在一个特定的接口可以获取的厚度计算的砂浆回收总量。因此,面积比老砂浆和天然骨料的再生骨料可以表达的

厚度老砂浆与外部再生骨料的粒径d在获得

砂浆的厚度与外部的再生骨料以及旧界面层的厚度和老砂浆。因此,厚度的再生ITZ等于厚度之和附加的老砂浆(包括老砂浆和旧接口层)和厚度表层的新材料(这也等于普通ITZ的)。可以表达的

2.2。分析ITZ的厚度

根据(16),再生混凝土的砂浆内容准备与再生粗骨料(标签甜2∼C50)如表所示1。

根据一阶混合的再生粗骨料颗粒大小的5∼25毫米,ITZ的厚度对应不同粒径再生粗骨料的表所示2和图3。

表2和图3表明,废弃混凝土的强度有很大影响砂浆粘合再生骨料表面的厚度,和普通砂浆表面附着厚度增加而增加再生骨料的粒径。

在文献[3),吴院士指出,ITZ的普通混凝土的厚度通常是30∼40μ米,Prokopski Halbiniak [9]发现ITZ的最终厚度不超过100人μm定量计算的基础上,普通混凝土的ITZ的厚度。当共同ITZ的近似厚度为70μm,再生ITZ的厚度对应不同的骨料颗粒大小如表所示3。

3所示。ITZ厚度对损失的影响再生混凝土的性能

模型试验或数值分析基于模型测试常用的简化分析混凝土的力学性能。1966年,国王和冬季(17)首次提出了具体的模型试验方法,进行了单轴压缩试验模型包含1总。ITZ是第一个区域经历伤害。1971年,Buyukozturk et al。7)进行了单轴压缩试验模型包含9个聚集,在1972年,刘等人。8)进行了单轴和双轴压缩试验模型包含9个聚合,发现混凝土裂缝ITZ的第一次出现。2001年,Lawler et al。18]利用数字图像处理技术(DIC)研究具体的模型包含1、5、13总量。从压缩破坏特征的角度,也开始在ITZ的破坏。2020年,哈瑞et al。19]研究了再生混凝土骨料的性能和拉伸本构关系的九个再生混凝土骨料的影响在单轴拉伸造型。结果表明,再生混凝土的破坏始于ITZ,拉伸峰值应力增加,再生骨料的增加附加的厚度外老砂浆,弹性模型中的损失减少。上面的模型试验表明,ITZ是第一个被损坏在普通混凝土或再生混凝土。然而,ITZ的厚度的影响再生混凝土的力学性能尚未完全阐明。摘要9再生骨料被用来进行再生混凝土梁的数值模拟模型试验研究ITZ的影响再生混凝土的力学性能有不同的厚度。

3.1。模型设计和材料属性的决心

再生混凝土数值模型的尺寸为150毫米×150毫米×30毫米,和再生骨料是38毫米的直径9毫米的间距。ITZ的厚度(包括老ITZ老砂浆和新ITZ)是0.05毫米,1毫米,2毫米,3毫米,4毫米,对应于模型的普通混凝土(NCA)和四种再生混凝土(RC10, RC20、RC30 RC40),如图4(一)。天然骨料的再生骨料的强度远远大于ITZ的强度和迫击炮。根据(20.),天然骨料再生骨料的弹性材料的数值模拟。密度设置为2600公斤/米³弹性模量是70 GPa,μ设置为0.16。新砂浆的密度设置为2200公斤/米³弹性模量是23 GPa,μ设置为0.2。选择的ITZ的材料特性,Lutz et al。21]认为在28天ITZ的弹性模量是30 - 50%的砂浆,所以ITZ的弹性模量是12 GPa,和μ是0.2。

使用ABAQUS有限元分析软件的数值分析模型。数值模型建立了全面的分割。模型网格元素C3D8R, 8-node线性六面体的减少积分元素(图4 (b))。新砂浆和ITZ采用无裂缝,混凝土塑性损伤模型和损伤状态的模型是根据压缩损伤。新砂浆模型的本构关系采用砂浆应力-应变曲线在[22(如图5)。提出了在(21),选择ITZ的压力根据50%的新的砂浆,应变是作为新砂浆应变的100%。采用应力控制加载的再生混凝土模型,和表面负载两端同时应用。初始加载5 MPa,最大负载是40 MPa,加载时间是10年代最大增量的步骤设置为5000步,和计算停止如果增量超过10年代或5000步。

3.2。再生混凝土模型的数值模拟结果

5模型的结果分析,ITZ的厚度有明显影响加载过程中损伤的混凝土模型。ITZ的厚度的增加,第一个损坏的位置在加载过程中混凝土模型在ITZ的损伤面积增加负载的增加。RC30再生混凝土模型;例如,当负载达到4.022 s, ITZ的X方向压力达到1.65 MPa,裂缝ITZ启动;十年代后装货,ITZ的模型和新砂浆的拉应力区域不断扩大,破坏区域不断扩大,和周围的砂浆ITZ展品大面积的破坏,如图6和7。ITZ的具体模型厚度从0.05毫米到4毫米显示裂纹开始出现在ITZ装船时变得更加严重和增加厚度,如图8。

通过比较5种不同混凝土的损伤演化过程模型,具体的模型与不同ITZ厚度开始裂纹在不同的时间。普通混凝土模型开始裂纹在7.128 s,和再生混凝土模型的RC10∼RC40开始裂纹从6.525到5.375年代。一般来说,在再生混凝土比普通混凝土开裂早启动;的损伤演化ITZs厚度1毫米和2毫米是接近ITZs厚度3毫米和4毫米;和在ITZs 3毫米和4毫米的厚度,损害发生在再生混凝土比普通混凝土,如图8。

当ITZs的厚度是1毫米,2毫米,3毫米和4毫米,再生骨料取代率的再生混凝土中基于体积比约20%,30%,50%,和80%,分别。当模型混凝土裂缝,加载33 MPa, 31.6 MPa, 30.9 MPa, 27.75 MPa, 26.6 MPa。与之相比,[测试结果23- - - - - -25),目前的研究结果和变化趋势是一致的,如图9和10。数据9和10表明,与普通混凝土相比,再生混凝土的开裂载荷随ITZ厚度增加,特别是当ITZ的厚度是2毫米以上。混凝土开裂荷载模型的再生骨料替代率大于30%显著降低,混凝土强度的降低并不是很明显。当ITZ的厚度大于2毫米,ITZ的厚度有很大影响再生混凝土的损伤性能,混凝土的开裂强度也明显减少了。

4所示。结论

可以得出下面的结论基于ITZ的定量分析再生混凝土厚度的数值模拟混凝土的开裂演化模型:(1)老砂浆的厚度在再生骨料和再生ITZ厚度增加骨料粒径的增加和减少废弃混凝土的强度的增加;(2)ITZ的厚度的增加,再生混凝土模型的开裂强度不断降低,这与试验结果的变化规律是一致的相关文献;(3)不同的混凝土模型的数值模拟结果表明,再生混凝土的开裂从ITZ,损伤程度ITZ的厚度增加而增加;(4)当ITZ的厚度(即不超过2毫米。,the replacement rate of recycled aggregates is not more than 30%), the cracking strength of recycled concrete is not significantly reduced compared with that of ordinary concrete.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢中国自然科学基金支持本文通过的表面性能演化的多因素耦合作用下混凝土面板堆石坝工程(排名51879145)。作者还要感谢田教授,徐教授,陈Bofu博士和陈雷几个有用的讨论研究过程中。