CN104181039B - 一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强度为1‑5MPa的柔性混凝土弹性模量测定方法与装置，包括轴向加压架，轴向加压架与轴向测力计连接，轴向测力计与上传压板连接，上传压板与下传压板之间连接有轴向位移计，所述下传压板与转轮锥形齿轮传动连接，实现下传压板的升降；还公开了利用该装置进行柔性混凝土弹性模量测定的方法。本发明与大型万能试验机及其试验方法相比，操作简单，精度相对较高；运输方便，快捷的适用工地现场作业；试验理论依据胡克定律，按照应力应变关系曲线图取其平直段起始点的应力与应变曲线的斜率作为弹性模量,与其他方法比，无需反复预压操作，待测试件不会因预压操作而破坏，更易掌握，适用于强度低的柔性混凝土(1～5MPa)的弹性模量的测定。

Description

一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定方法

技术领域

本发明涉及一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定方法与装置。

背景技术

混凝土是工业、国防、民用建筑、桥梁、隧道及电站等各大工厂重要的建筑材料，对混凝土力学性能的精确测试，用定量的方法科学地检测建筑原材料、结构构件及加工半成品的质量情况，是保证建筑工程质量的关键。弹性模量是混凝土重要的力学性能，它反映了混凝土所受应力与所产生应变之间的关系，是计算钢筋混凝土结构的变形、裂缝开展和大体积混凝土的温度应力所必需的参数之一。

目前对于混凝土弹性模量的测定方法主要有：

(1)GB50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准

变形测量仪应安装在时间两侧的中线上并对称于试件的两端；加荷至基准应力为0.5MPa的初始荷载值F₀，保持恒载60s并在以后的30s内记录没测点的变形读数ε₀.应立即连续均匀地加荷至应力为轴心抗压强度的1/3的荷载值Fa，保持恒载60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数ε_a。以与加荷速度相同的速度卸载至基准应力0.5MPa(F₀)，恒载60s，然后用同样的加荷和卸荷速度以及60s的保持恒载(F₀和Fa)至少进行两次反复预压，在最后一次预压完成后，在基准利0.5MPa(F₀)持荷60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数ε₀；再用同样的加荷速度加荷至Fa，持荷60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数ε_a。

弹性模量计算值Ec＝((Fa-F₀)/A)×(L/(ε_a-ε₀))

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa

Fa——应力为1/3轴心抗压强度时的荷载，N

F₀——应力为0.5MPa时的初始荷载，N

L——测量变形的标距，mm

ε_a——Fa时试件的变形值，mm

ε₀——F₀时试件的变形值，mm

A——试件承压面积，mm²。

(2)SL352-2006水工混凝土试验规程

将变形测量仪固定在变形测量架上，标准试件的测量标距采用150mm，有标距定位杆定位，然后将变形测量架通过紧固螺钉紧固在试件中部；缓慢施加压力，进行预压，最大预应力为试件的破坏强度的40％(0.4f_c)，反复预压三次，预压后，加荷应力达到极限破坏强度的50％(0.5f_c)，卸下量表，后至破坏试件(荷载为P)

弹性模量计算值Ec＝((Fa-F₀)/A)×(L/(ε_a-ε₀))

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa

Fa——应力为0.4fc轴心抗压强度时的荷载，N

F₀——应力为0.5MPa时的初始荷载，N

L——测量变形的标距，mm

ε_a——Fa时试件的变形值，mm

ε₀——F₀时试件的变形值，mm

A——试件承压面积，mm²。

(3)DL5150-2001水工混凝土试验规程

将变形测量仪固定在变形测量架上，标准试件的测量标距采用150mm，有标距定位杆定位，然后将变形测量架通过紧固螺钉紧固在试件中部；缓慢施加压力，进行预压，最大预应力为试件的破坏强度的40％(0.4f_c)，反复预压三次，预压后，加荷应力达到极限破坏强度的50％(0.5f_c)，卸下量表，后至破坏试件(荷载为P)

弹性模量计算值Ec＝((Fa-F₀)/A)×(L/(ε_a-ε₀))

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa

Fa——应力为0.4fc轴心抗压强度时的荷载，N

F₀——应力为0.5MPa时的初始荷载，N

L——测量变形的标距，mm

ε_a——Fa时试件的变形值，mm

ε₀——F₀时试件的变形值，mm

A——试件承压面积，mm²。

上述弹性模量测试方法及装置存在的问题有：(1)测试过程需经过反复预压，对于柔性混凝土强度低到1-5MPa不适应，柔性混凝土试件在反复预压的过程中容易破坏，且预压操作不易掌握；(2)测量标距为试件的其中一部分，对于柔性混凝土不能全面真实反映其形变；(3)对于柔性混凝土，因为其最大应力较小(1MPa～5MPa)，所以更多的时候，0.4的最大应力(0.4MPa～2MPa)或1/3的最大应力(0.3MPa～1.67MPa)甚至低于0.5MPa，采用上述弹 性模量测试方法及装置无法准确计算其弹性模量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种精确测量柔性混凝土弹性模量的方法及其装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，包括以下步骤：

(1)将待测试件放在测定装置的下传压板上，待测试件的中心与下传压板的中心对准；

(2)将下传压板升高，使待测试件与上传压板接触，在保持压板与试件已接触但荷载为0的状态时读取轴向位移计的起始读数；

(3)开动柔性混凝土弹性模量测定装置，以均匀固定的加荷速度0.05MPa/s～0.2MPa/s进行试验，记录各级荷载下的变形值，至试件破坏，绘制应力应变关系曲线；

(4)按下式计算试件的静力抗压弹性模量，精确至1MPa：

Ec＝(ΔP/A)×(L/ΔL)

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa；

ΔP——应力应变曲线平直段起始点的应力变化值，N；

L——测量变形的标距，即试件的全长，mm；

ΔL——应力应变曲线平直段起始点的变形值，mm；

A——试件承压面积，mm2；

(5)以三个试件的静力抗压弹性模量测值的平均值作为试验结果。

所述待测试件按“混凝土试件的成型与养护方法”行业标准进行制作，为圆柱体或棱柱体形状。

本发明的测定方法所用的柔性混凝土弹性模量测定装置，包括轴向加压架，所述轴向加压架由底座，与底座连接的立柱，以及位于立柱上端的横梁构成；所述轴向测力装置位于轴向加压架内，轴向测力装置的一端与轴向加压架的横梁连接，另一端与上传压板连接；所述上传压板与下传压板之间连接有轴向位移计；所述轴向加压架的底座上设有转轮，下传压板与转轮通过位于轴向加压架底座内的锥形齿轮传动连接，实现下传压板的升降；待测试件置于上、下传压板之间，通过下传压板对待测试件进行轴向加压；所述上传压板、下传压板、待测试件、轴向位移计均位于轴向加压架内，其中上传压板、下传压板与待测试件的中心处于同一轴线上，轴向位移计的中心线与待测试件轴线平行。

所述轴向测力装置为量力环或压力传感器；

所述轴向位移计为千分表或位移传感器；

所述转轮为手动转轮或电动转轮。

本发明的有益效果：

(1)与大型万能试验机及其试验方法相比，本发明的弹性模量测定装置操作简单，精度相对较高；运输方便，快捷的适用工地现场作业；

(2)本发明依据胡克定律，按照应力应变关系图取其平直段始、终点的应力与应变曲线的斜率作为弹性模量，与其他三种方法比，无需反复预压操作，待测试件不会因预压操作而破坏，更易掌握，适用于强度低的柔性混凝土(1～5MPa)的弹性模量的测定，其平直段起点和终点作为计算弹性模量,适用范围更广；

(3)本发明采用试件全尺寸作为形变标距，能全面真实的反映柔性混凝土的形变。

附图说明

图1为本发明的柔性混凝土弹性模量测定装置结构示意图；

图2为本发明实施例1的应力应变关系曲线图；

图3为本发明实施例2的应力应变关系曲线图。

其中，1-底座，2-立柱，3-横梁，4-轴向测力装置，5-上传压板，6-待测试件，7-下传压板，8-轴向位移计，9-转轮。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

如图1所示，一种柔性混凝土弹性模量测定装置，包括轴向加压架，所述轴向加压架由底座1，与底座1连接的立柱2，以及位于立柱2上端的横梁3构成；所述轴向测力装置4位于轴向加压架内，轴向测力装置4的一端与轴向加压架的横梁3连接，另一端与上传压板5连接；所述上传压板5与下传压板7之间连接有轴向位移计8，所述轴向加压架的底座1上设有转轮9，下传压板7与转轮9通过位于轴向加压架底座1内的锥形齿轮传动连接，实现下传压板7的升降；待测试件6置于上、下传压板之间，通过下传压板7对待测试件6进行轴向加压；所述上传压板5、下传压板7、待测试件6、轴向位移计8均位于轴向加压架内，其中上传压板5、下传压板7与待测试件6的中心处于同一轴线上，轴向位移计8的中心线与待测试件6的轴线平行；

其中，轴向测力装置4为量力环，轴向位移计8为千分表。

采用该装置进行柔性混凝土弹性模量测定的方法，包括以下步骤：

(1)将待测试件放在测定装置的下传压板上，待测试件的中心与下传压板的中心对准；

(2)将下传压板升高，使待测试件与上传压板接触，在保持压板与试件已接触但荷载为0的状态时读取千分表的起始读数；

(3)开动柔性混凝土弹性模量测定装置，即转动转轮，以加荷速度0.1MPa/s进行试验，记录各级荷载下的变形值，至试件破坏，绘制应力应变关系曲线；

(4)按下式计算试件的静力抗压弹性模量，精确至1MPa：

Ec＝(ΔP/A)×(L/ΔL)

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa；

ΔP——应力应变曲线平直段起始点的应力变化值，N；

L——测量变形的标距，即试件的全长，mm；

ΔL——应力应变曲线平直段起始点的变形值，mm；

A——试件承压面积，mm²；

(5)以三个试件的静力抗压弹性模量测定值的平均值作为试验结果。

待测试件按“混凝土试件的成型与养护方法”行业标准进行制作，为圆柱体形状。

本实施例中的应力应变关系曲线图如图2所示，试件弹性模量的试验结果见表1。

表1柔性混凝土试件弹性模量的试验结果

实施例2

对比试验：

待测柔性混凝土试件的最大应力1.13MPa，其0.4倍的最大应力或者30％的最大应力均小于0.5Mpa。用下述标准：GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、SL352-2006《水工混凝土试验规程》、DL5150-2001《水工混凝土试验规程》中弹性模量的计算方法均无法正确得到弹性模量数据。

依据本发明的方法，得到的应力应变关系曲线图如图3所示，按Ec＝(ΔP/A)×(L/ΔL)进行计算，结果如下：

Ec＝(1.12-0.2)×(150/0.65-0.044)＝228MPa

依据GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、SL352-2006《水工混凝土试验规程》、DL5150-2001《水工混凝土试验规程》中弹性模量的计算方法进行计算

计算结果Ec＝((Fa-F₀)/A)×(L/(ε_a-ε₀))

Ec＝(0.452-0.5)×(L/(ε_a-ε₀))此结果为0.4倍的最大应力为0.452

Ec＝(0.377-0.5)×(L/(ε_a-ε₀))此结果为1/3倍的最大应力为0.377

依据此三种方法弹性模量计算结果均为负值，无法正确得到弹性模量数据。

通过对比试验可以看出,本发明的柔性混凝土弹性模量测定的方法和装置特别适用于强度为1～5MPa的柔性混凝土的弹性模量的测定，测定结果准确、可靠，是对GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、SL352-2006《水工混凝土试验规程》、DL5150-2001《水工混凝土试验规程》中弹性模量的计算方法的补充和完善。

Claims (5)

1.一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，其特征在于，使用一种柔性混凝土弹性模量测定装置进行柔性混凝土弹性模量测定；

所述柔性混凝土弹性模量测定装置包括轴向加压架，所述轴向加压架由底座，与底座连接的立柱，以及位于立柱上端的横梁构成；轴向测力装置位于轴向加压架内，轴向测力装置的一端与轴向加压架的横梁连接，另一端与上传压板连接；所述上传压板与下传压板之间连接有轴向位移计；所述轴向加压架的底座上设有转轮，下传压板与转轮通过位于轴向加压架底座内的锥形齿轮传动连接，实现下传压板的升降；待测试件置于上、下传压板之间，通过下传压板对待测试件进行轴向加压；所述上传压板、下传压板、待测试件、轴向位移计均位于轴向加压架内，其中上传压板、下传压板与待测试件的中心处于同一轴线上，轴向位移计的中心线与待测试件轴线平行；

所述方法包括以下步骤：

(1)将待测试件放在测定装置的下传压板上，待测试件的中心与下传压板的中心对准；

(2)将下传压板升高，使待测试件与上传压板接触，在保持压板与试件已接触但荷载为0的状态时读取轴向位移计的起始读数；

(3)开动柔性混凝土弹性模量测定装置，以均匀固定的加荷速度进行试验，记录各级荷载下的变形值，至试件破坏，绘制应力应变关系曲线；

(4)按下式计算试件的静力抗压弹性模量，精确至1MPa：

Ec＝(ΔP/A)×(L/ΔL)

式中：Ec——静力抗压弹性模量，MPa；

ΔP——应力应变曲线平直段起始点的应力变化值，N；

L——测量变形的标距，即试件的全长，mm；

ΔL——应力应变曲线平直段起始点的变形值，mm；

A——试件承压面积，mm²；

(5)以三个试件的静力抗压弹性模量测定值的平均值作为试验结果。

2.如权利要求1所述的一种强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的加荷速度为0.05MPa/s～0.2MPa/s。

3.如权利要求1所述的强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，其特征在于，所述轴向测力装置为量力环或压力传感器。

4.如权利要求1所述的强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，其特征在于，所述轴向位移计为千分表或位移传感器。

5.如权利要求1所述的强度为1-5MPa的柔性混凝土弹性模量测定的方法，其特征在于，所述转轮为手动转轮或电动转轮。