基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测
Analysis and Prediction of Mechanical Properties of RTSF/PVA Slag Concrete after High Temperature Based on NSGM (1, N) Model
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第6期 页码：1346-1357
- 作者机构：
1.辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001
2.中建深圳装饰有限公司，广东 深圳 518000
3.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710100
- 作者简介：
陈东林（1996—），男，硕士研究生。主要从事纤维混凝土结构分析研究。E-mail：aaacan1218@163.com
王学志（1976—），男，教授，博士。主要从事纤维混凝土及工业固废再利用研究。E-mail：myemailwxz@163.com
- 基金信息：辽宁省教育厅基金项目(JJL201915402);中国电建集团西北勘测设计研究院工程实验监测院项目(SYY-KJ- 2020-02)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220404003
中图分类号： TU528.572收稿：2022-04-04，
修回：2022-06-13，
纸质出版：2023-12-15
- 稿件说明：
移动端阅览
陈东林,王学志,王晨晨等.基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测[J].防灾减灾工程学报,2023,43(06):1346-1357.
CHEN Donglin,WANG Xuezhi,WANG Chenchen,et al.Analysis and Prediction of Mechanical Properties of RTSF/PVA Slag Concrete after High Temperature Based on NSGM (1, N) Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(06):1346-1357.
陈东林,王学志,王晨晨等.基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测[J].防灾减灾工程学报,2023,43(06):1346-1357. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220404003.
CHEN Donglin,WANG Xuezhi,WANG Chenchen,et al.Analysis and Prediction of Mechanical Properties of RTSF/PVA Slag Concrete after High Temperature Based on NSGM (1, N) Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(06):1346-1357. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220404003.
摘要
为改善混凝土高温后的力学性能，以RTSF和PVA体积掺量以及矿渣替代率为变量，设置四因素三水平的正交试验，测试RTSF/PVA矿渣混凝土在200 ℃、400 ℃、600 ℃以及800 ℃后的残余抗压强度；结合电镜扫描分析高温后RTSF/PVA矿渣混凝土的微观结构；并采用一种新结构的多变量灰色模型对RTSF‑PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明：RTSF‑PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土，600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的1/3~1/4，但裂纹分布较广；RTSF‑PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高，总体上呈降低趋势，当掺量组合为RTSF掺量0.6%、PVA掺量0.05%以及GBFS替代率25%时，800 ℃后的抗压强度残余率为56.64%，较素混凝土提高了14.44%；通过电镜扫描观测到RTSF‑PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密，混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀，导致ITZ出现缺陷，以及纤维与基体粘结力降低，两者共同作用导致强度降低；建立NSGM（1，4）模型对RTSF‑PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测，平均相对误差控制在6.3%以内，模型精度达到Ⅱ级，根据发展系数判断模型可以对RTSF‑PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。
Abstract
To improve the mechanical properties of concrete at high temperatures， orthogonal tests with four factors and three levels were set to investigate the residual compressive strength of RTSF/PVA slag concrete at the temperatures of 200 ℃， 400 ℃， 600 ℃ and 800 ℃， with the volume fraction of RTSF and PVA and slag replacement rate as variables. At the same time， the microstructure of RTSF/PVA slag concrete after high temperature exposure was analyzed using a scanning electron microscope. A new structure multivariable grey model is used to predict the strength of RTSF-PVA/slag concrete at high temperatures. The results show that RTF-PVA/slag concrete has better crack control ability than plain concrete， and the maximum crack width at temperatures ranging from 600 ℃ to 800 ℃ is only 1/3~1/4 of that found in plain concrete， but the crack distribution is wider. The residual compressive strength of RTSF-PVA/ slag concrete decreases as the temperature increases. When the mixture of RTSF 0.6%， PVA 0.05% and GBFS 25%， the residual compressive strength of RTSF-PVA/ slag concrete is 56.64% after 800 ℃ exposure， which is 14.44% higher than plain concrete. Scanning electron microscope revealed that the matrix structure of RTSF-PVA/slag concrete is denser. The concrete deterioration is mainly due to the decomposition of cementitious substances and aggregate expansion， resulting in defects in ITZ， and the reduction of the adhesion between fiber and matrix， resulting in the reduction of strength. The NSGM （1，4） model was established to predict the strength of RTSF-PVA/slag concrete after high temperature exposure. The average relative error was controlled within 6.3%， and the accuracy of the model reached level ⅱ. The long-term strength prediction of RTSF-PVA /slag concrete after high temperature could be carried out according to the development coefficient judgment model.
关键词
Keywords
references
Xiao J Z ， Xie Q H ， Hou Y Z ， et al . Reliability analysis of high-strength concrete columns during a fire ［J］. Key Engineering Materials ， 2015 ， 629-630 ： 273 - 278 .
Dwaikat M B ， Kodur V K R . Fire induced spalling in high strength concrete beams ［J］. Fire Technology ， 2010 ， 46 （ 1 ）： 251 - 274 .
张聪 ， 夏超凡 ， 袁振 ， 等 . 火灾下纤维自密实混凝土的爆裂行为预测 ［J］. 建筑材料学报 ， 2021 ， 24 （ 2 ）： 260 - 267，282 .
Zhang C ， Xia C F ， Yuan Z ， et al . Spalling behaviour prediction for fiber reinforced self-consolidating concrete under fire ［J］. Journal of Building Materials ， 2021 ， 24 （ 2 ）： 260 - 267，282 . （in Chinese）
朋改非 ， 段旭杰 ， 黄广华 . 钢纤维对高性能混凝土高温爆裂行为的抑制作用 ［C］ ∥“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会论文集 . 西安 ： 中国建筑科学研究院 ， 2008 ， 6 ： 575 - 580 .
Peng G F ， Duan X J ， Huang G H . Effect of steel fiber on cracking Behavior of high performance concrete at high temperature ［C］∥ Proceedings of the "National Special Concrete Technology and Engineering Application" Academic Exchange Conference and the annual Conference of Concrete Quality Committee 2008 . Xian ： China Academy of Building Research ， 2008 ， 6 ： 575 - 580 . （in Chinese）
张志刚 ， 赵林 ， 张沛 ， 等 . 亚高温下不同粉煤灰掺量高延性混凝土的力学性能 ［J］. 东南大学学报（自然科学版） ， 2020 ， 50 （ 5 ）： 831 - 836 .
Zhang Z G ， Zhao L ， Zhang P ， et al . Mechanical properties of engineered cementitious composites with different fly ash contents at sub-elevated temperature ［J］. Journal of Southeast University （Natural Science Edition） ， 2020 ， 50 （ 5 ）： 831 - 836 . （in Chinese）
Manjunath R ， Narasimhan M C ， Umesha K M . Studies on high performance alkali activated slag concrete mixes subjected to aggressive environments and sustained elevated temperatures ［J］. Construction and Building Materials ， 2019 ， 229 ： 116887.1 - 116887.19 .
张雪松 ， 吴相豪 ， 李志卫 ， 等 . 高温对矿渣混凝土抗压强度与微观结构的影响 ［J］. 建筑科学 ， 2019 ， 35 （ 7 ）： 72 - 76 .
Zhang X S ， Wu X H ， Li Z W ， et al . Effect of high temperature on compressive strength and microstructure of slag concrete ［J］. Building Science ， 2019 ， 35 （ 7 ）： 72 - 76 . （in Chinese）
徐支松 ， 袁广林 ， 李庆涛 . 高掺量矿渣混凝土高温后性能劣化研究 ［J］. 工业建筑 ， 2016 ， 46 （ 6 ）： 119 - 123，160 .
Xu Z S ， Yuan G L ， Li Q T . Performance degradation of high volume blast furnace slag concrete after elevated temperatures ［J］. Industrial Construction ， 2016 ， 46 （ 6 ）： 119 - 123，160 . （in Chinese）
普通混凝土力学性能试验方法标准 ： GB/T50081—2002 ［S］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2003 .
混凝土物理力学性能试验方法标准 ： GB/T50081—2019 ［S］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2019 .
朱晶 ， 郑文忠 ， 谢礼立 ， 等 . 不同纤维增强碱矿渣胶凝材料高温后力学性能试验研究 ［J］. 工业建筑 ， 2019 ， 49 （ 5 ）： 109 - 114 .
Zhu J ， Zheng W Z ， Xie L L ， et al . Experimental research on mechanical properties of different fibers reinforced alkali-activated slag cementitious material after high temperature ［J］. Industrial Construction ， 2019 ， 49 （ 5 ）： 109 - 114 . （in Chinese）
Dilbas H ， Imek M ， akr . An investigation on mechanical and physical properties of recycled aggregate concrete （RAC） with and without silica fume ［J］. Construction and Building Materials ， 2014 ， 61 ： 50 - 59 .
Xie J ， Zhang Z ， Lu Z . Coupling effects of silica fume and steel-fiber on the compressive behaviour of recycled aggregate concrete after exposure to elevated temperature ［J］. Construction and Building Materials ， 2018 ， 184 ： 752 - 764 .
Lv L S ， Lan W W ， Deng Z H ， et al . Residual compressive stress-strain relation of recycled aggregate concrete after exposure to high temperatures ［J］. Structural Concrete： Journal of the FIB ， 2017 ， 18 （ 3 ）： 479 - 486
邓明科 ， 成媛 ， 翁世强 ， 等 . 高温后高延性混凝土的抗压性能及微观结构 ［J］. 复合材料学报 ， 2020 ， 37 （ 4 ）： 985 - 996 .
Deng M K ， Cheng Y ， Weng S Q ， et al . Compressive properties and micro-structure of high ductility concrete exposed to elevated temperature ［J］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 2020 ， 37 （ 4 ）： 985 - 996 . （in Chinese）
朋改非 ， 牛旭婧 ， 成铠 . 超高性能混凝土的火灾高温性能研究综述 ［J］. 材料导报 ， 2017 ， 31 （ 23 ）： 17 - 23 .
Peng G F ， Niu X J ， Cheng K . Research on fire resistance of ultra-high-performance concrete： a review ［J］. Materials Reports ， 2017 ， 31 （ 23 ）： 17 - 23 . （in Chinese）
Dias W P S ， Khoury G A ， Sullivan P J E . Mechanical properties of hardened cement paste exposed to temperatures up to 700 ℃ （1292F） ［J］. Materials Journal ， 1990 ， 87 （ 2 ）： 160 - 166 .
Niaki M H ， Fereidoon A ， Ahangari M G . Experimental study on the mechanical and thermal properties of basalt fiber and nanoclay reinforced polymer concrete ［J］. Composite Structures ， 2018 ， 191 ： 231 - 238 .
高帅 ， 陈逸明 ， 林培桐 ， 等 . 高温对碱激发超高性能混凝土力学性能的影响 ［J］. 硅酸盐通报 ， 2020 ， 39 （ 9 ）： 2815 - 2820 .
Gao S ， Chen Y M ， Lin P T ， et al . Effect of high temperature on mechanical properties of alkali-activated ultra-high performance concrete ［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society ， 2020 ， 39 （ 9 ）： 2815 - 2820 . （in Chinese）
邓聚龙 . 灰色预测与决策 ［M］. 武汉 ： 华中科技大学出版社 ， 1988 ： 22 - 32 .
Deng J L . Gray prediction and decision-making ［M］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology Press ， 1988 ： 22 - 32 . （in Chinese）
刘思峰 ， 杨英杰 ， 吴利丰 . 灰色系统理论及其应用 . 7版 ［M］. 北京 ： 科学出版社 ， 2014 ： 140 - 159 .
Liu S F ， Yang Y J ， Wu L F . The theory of gray systems and its applications ［M］. Beijing ： Science Press ， 2014 ： 140 - 159 . （in Chinese）
李佳 ， 刘清 ， 邓焙元 ， 等 . 基于灰色理论掺风积沙自密实混凝土强度分析与预测 ［J］. 新疆大学学报（自然科学版）（中英文） ， 2021 ， 38 （ 3 ）： 361 - 376 .
Li J ， Liu Q ， Deng B Y ， et al . Strength analysis and prediction of self-compacting concrete based on grey theory ［J］. Journal of Xinjiang University （Natural Science Edition in Chinese and English） ， 2021 ， 38 （ 3 ）： 361 - 376 . （in Chinese）
张鹏 ， 高谦 ， 温震江 ， 等 . 充填体强度影响因素及组合预测模型 ［J］. 东北大学学报（自然科学版） ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 232 - 241 .
Zhang P ， Gao Q ， Wen Z J ， et al . Influencing factors on backfill strength and a combined strength prediction model ［J］. Journal of Northeastern University （Natural Science） ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 232 - 241 . （in Chinese）
高矗 ， 孔祥振 ， 申向东 . 基于GM（1， 1）的应力损伤轻骨料混凝土抗冻性评估 ［J］. 工程科学与技术 ， 2021 ， 53 （ 4 ）： 184 - 190 .
Gao C ， Kong X Z ， Shen X D . Freeze-thaw resistance evaluation of light weight aggregate concrete with stress damage based on GM（1，1） ［J］. Advanced Engineering Science ， 2021 ， 53 （ 4 ）： 184 - 190 . （in Chinese）
曾波 . 灰色预测理论及其应用 ［M］. 北京 ： 科学出版社 ， 2020 ： 89 - 100 .
Zeng B . Grey prediction theory and its applications ［M］. Beijing ： Science Press ， 2020 ： 89 - 100 . （in Chinese）
0
浏览量
0
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 苏ICP备05012539号-11
苏公网安备32010202012147号 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
