CN112326419A - 基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法 - Google Patents

基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混凝土力学性能试验领域,具体公开了一种基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,先装配混凝土模具,然后在混凝土模具中浇筑混凝土,形成两端设有探头的弹性模量试件;待弹性模量试件初凝后拆除混凝土模具,测定弹性模量试件在测量时刻t1和测量时刻t2的收缩应变和收缩应力;计算得到Δt时间内弹性模量试件相对于毛细孔应力的弹性模量Et(Δt),从而得到混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量。本发明采用基于毛细孔应力的弹性模量测量方法,由于不需要外部加载,所以不会受到加载速度等外在因素干扰,因此能够准确测得混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量,计算混凝土的约束应力,采用这种计算方法误差更小,结果更准确。

Description

基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法
技术领域
本发明涉及混凝土力学性能试验领域,具体公开了一种基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法。
背景技术
据统计,目前混凝土的开裂现象,80%是由于收缩等变形因素所导致的。在对混凝土的收缩开裂现象的研究中,准确的计算混凝土的约束应力,是预测混凝土开裂性能的主要手段。
依据应力应变关系,混凝土的约束应力的公式可表达为:
σt=εt×EC
其中,σt是混凝土的约束应力,εt是混凝土在约束应力作用下的应变。EC是混凝土的弹性模量。
目前,在计算混凝土约束应力时,使用的混凝土弹性模量,主要是利用《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB50081所推荐的方法,测定混凝土的静力受压弹性模量。整个弹性模量的测试是利用压力机对试块施压,同时测定试块的变形,从而计算得到混凝土的静力受压弹性模量。单个试块的静力受压弹性模量,约在5-10分钟内可测试完毕。然而,现有文献表明,混凝土的弹性模量,与施加荷载的速度密切相关。荷载施加速度越快,弹性模量越大。
对于混凝土的收缩开裂问题来说。混凝土的收缩应力(引起混凝土收缩的原因),是一个长期、缓慢且不断变化的施加过程(收缩应力的作用时间可长达100天左右,甚至更长),且混凝土的物理性能也会随着时间的增长而变化。因此,利用《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB50081所测试得到的混凝土静力受压弹性模量,来计算混凝土的约束应力是不准确的,会导致计算得到的约束应力偏大,不符合实际工程情况。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,包括以下步骤:
步骤S1、装配混凝土模具,选定混凝土模具的轴向,在混凝土模具轴向的两端各穿设一个探头;
步骤S2、在混凝土模具中浇筑混凝土,将探头的一端埋入混凝土中,形成弹性模量试件;
步骤S3、待弹性模量试件初凝后拆除混凝土模具,并将弹性模量试件水平放置在表面光滑的物体上,将该时刻作为初始测量时刻;
步骤S4、测定弹性模量试件在测量时刻t1的收缩应变;
步骤S5、测定弹性模量试件在测量时刻t1的最可几孔径,并计算出弹性模量试件在测量时刻t1的收缩应力;
步骤S6、测定弹性模量试件在测量时刻t2的收缩应变,t2>t1;
步骤S7、测定弹性模量试件在测量时刻t2的最可几孔径,并计算出弹性模量试件在测量时刻t2的收缩应力;
步骤S8、计算得到Δt时间内弹性模量试件相对于毛细孔应力的弹性模量Et(Δt),从而得到混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量,计算公式为:
Figure BDA0002764111630000021
其中,Δt=t2-t1;εf(t1)为测量时刻t1的收缩应变;σf(t1)为测量时刻t1的收缩应力;εf(t2)为测量时刻t2的收缩应变;σf(t2)为测量时刻t2的收缩应力。
进一步的,所述混凝土模具呈长方形,所述混凝土模具的底板和四个侧板均采用有机玻璃板,有机玻璃板之间采用角钢及螺丝固定;
所述探头为螺栓,选择混凝土模具的长度方向为其轴向,所述混凝土模具位于长度方向上的两个侧板的中心处分别开设有一个与螺栓形状相适配的通孔,所述螺栓穿设在对应的通孔中,并螺接固定在侧板上。
进一步的,所述混凝土模具内部空腔的尺寸为1000mm×200mm×200mm。
进一步的,选择初始测量时刻30分钟之后的时刻为测量时刻t1。
进一步的,测量弹性模量试件的收缩应变的方法为:在初始测量时刻,将两个千分表的表体分别固定在两个探头的外侧,并使两个千分表的表头分别对准两个探头露出端的端面;在任一测量时刻,读出两个千分表的读数并相加作为该测量时刻弹性模量试件在轴向上的位移量,将该测量时刻弹性模量试件在轴向上的位移量除以弹性模量试件在轴向上的初始长度即为弹性模量试件在该测量时刻的收缩应变。
进一步的,两个所述千分表均为电子千分表,两个所述电子千分表均与集线器电连接,所述集线器与计算机终端电连接;两个电子千分表实时将测量数据上传至计算机终端,由计算机终端计算出对应的收缩应变。
进一步的,测量最可几孔径的方法为:在所述步骤S1中,在浇筑混凝土形成弹性模量试件的同时,还同条件浇筑混凝土形成与弹性模量试件相同尺寸的最可几孔径试件,需要测量弹性模量试件的最可几孔径时,从最可几孔径试件上取下部分混凝土并进行粉碎;筛选出符合压汞仪尺寸要求的混凝土颗粒,使用丙酮清洗筛选出的混凝土颗粒,之后用真空干燥机进行干燥;最后使用压汞仪对混凝土颗粒的内部孔隙结构进行测试,得到最可几孔径值,将其作为该测量时刻弹性模量试件的最可几孔径。
进一步的,收缩应力的计算公式为:
Figure BDA0002764111630000031
其中:σf(t)为t时刻混凝土的收缩应力;γ是毛细孔内壁的表面张力;θ为液固界面的接触角;R(t)为t时刻混凝土的最可几孔径。
本方案的工作原理及有益效果在于:
本发明采用基于毛细孔应力的弹性模量测量方法,由于不需要外部加载,所以不会受到加载速度等外在因素干扰,因此能够准确测得混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量,计算混凝土的约束应力,采用这种计算方法误差更小,结果更准确。
附图说明
图1为本发明基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法的一个优选实施例的流程图;
图2为混凝土模具的结构示意图;
图3为测试弹性模量试件位移量时的仪器连接示意图。
附图中标记如下:1.有机玻璃板,2.角钢,3.通孔,4.螺栓,5.弹性模量试件,6.千分表,7.集线器,8.计算机终端。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
实施例
本发明基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法的一个优选实施例包括以下步骤:
步骤S1、装配混凝土模具,所述混凝土模具优选为长方形,混凝土模具内部空腔的尺寸为1000mm×200mm×200mm。所述混凝土模具的底板和四个侧板均采用有机玻璃板1,有机玻璃板1之间采用角钢2及螺丝固定,以便于拆除。选择混凝土模具的长度方向为其轴向,选择螺栓4作为探头,所述混凝土模具位于长度方向上的两个侧板的中心处分别开设有一个与螺栓4形状相适配的通孔3,所述螺栓4穿设在对应的通孔中,并螺接固定在侧板上。
步骤S2、在混凝土模具中浇筑混凝土,将螺栓(探头)的一端埋入混凝土中,形成弹性模量试件5。
步骤S3、待弹性模量试件初凝后拆除混凝土模具,并将弹性模量试件5水平放置在表面光滑的物体(例如:特氟龙试纸)上,将该时刻作为初始测量时刻。在初始测量时刻,将两个千分表6的表体分别固定在两个螺栓4的外侧,并使两个千分表6的表头分别对准两个螺栓4露出端的端面。
步骤S4、考虑到混凝土收缩是一个较为缓慢的过程,一般选择初始测量时刻30分钟之后的时刻为测量时刻t1,测定弹性模量试件5在测量时刻t1的收缩应变εf(t1)。
测量收缩应变εf(t1)的方法为:读出两个千分表6在测量时刻t1的读数并相加作为测量时刻t1弹性模量试件5在轴向上的位移量,将测量时刻t1弹性模量试件5在轴向上的位移量除以弹性模量试件5在轴向上的初始长度即为弹性模量试件5在该测量时刻的收缩应变,可使用混凝土模具内部空腔在轴向上的长度(即1000mm)作为弹性模量试件5在轴向上的初始长度。为了方便计算收缩应变,两个千分表6可采用电子千分表,将两个电子千分表均与集线器7电连接,将集线器7与计算机终端8电连接,使两个电子千分表实时将测量数据上传至计算机终端8,在计算机终端8上预置相关的计算公式,并将测量时刻t1设置为自动测量时刻,则在测量时刻t1可通过计算机终端8自动进行测量并计算出收缩应变εf(t1)的值。
步骤S5、测定弹性模量试件5在测量时刻t1的最可几孔径R(t1),并计算出弹性模量试件5在测量时刻t1的收缩应力σf(t1)。
测量最可几孔径R(t1)的方法为:在所述步骤S1中,在浇筑混凝土形成弹性模量试件5的同时,还同条件浇筑混凝土形成与弹性模量试件5相同尺寸的最可几孔径试件,在测量时刻t1,从最可几孔径试件上取下部分混凝土并进行粉碎;筛选出符合压汞仪尺寸要求的混凝土颗粒(一般为2.5mm和5.0mm的混凝土颗粒),使用丙酮清洗筛选出的混凝土颗粒,之后用真空干燥机进行干燥;最后使用压汞仪对混凝土颗粒的内部孔隙结构进行测试,得到最可几孔径值,将其作为测量时刻t1弹性模量试件5的最可几孔径R(t1)。
之后,采用公式(1)计算收缩应力,公式(1)如下所示:
Figure BDA0002764111630000051
其中:σf(t)为t时刻混凝土的收缩应力,测量时刻为t1时即为σf(t1);γ是毛细孔内壁的表面张力,其取值由混凝土的养护温度决定,在混凝土的标准养护温度(即20℃)时,毛细孔内壁的表面张力等于7.28×10-2N/m;θ为液固界面的接触角,对于混凝土来说为0;R(t)为t时刻混凝土的最可几孔径,测量时刻为t1时即为R(t1)。
步骤S6、采用与测量收缩应变εf(t1)相同的方法测定弹性模量试件5在测量时刻t2(t2>t1)的收缩应变εf(t2)。
步骤S7、采用与测量最可几孔径R(t2)相同的方法测定弹性模量试件5在测量时刻t2的最可几孔径R(t2),并采用公式(1)计算出弹性模量试件5此时的收缩应力σf(t2)。
步骤S8、采用公式(2)计算得到Δt时间内弹性模量试件5相对于毛细孔应力的弹性模量Et(Δt),公式(2)如下所示:
Figure BDA0002764111630000052
其中,Δt=t2-t1
可直接将弹性模量试件5相对于毛细孔应力的弹性模量Et(Δt)作为混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量。当然,为减小测量误差,使测量结果更精确,可同时制作不少于三个弹性模量试件5,将所有弹性模量试件5的弹性模量值按大小顺序排序,并提取出最大值、中间值(即中位数)和最小值,如果最大值和最小值与中间值的差值均大于中间值的15%,则判断测量结果无效;如果最大值和最小值中的一个与中间值的差值大于中间值的15%,另一个与中间值的差值小于中间值的15%,则取中间值作为混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量;如果最大值和最小值与中间值的差值均小于中间值的15%,则计算出所有弹性模量试件5的弹性模量值的算术平均值,作为混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量。
本实施例采用基于毛细孔应力的弹性模量测量方法,由于不需要外部加载,所以不会受到加载速度等外在因素干扰,因此能够准确测得混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量,计算混凝土的约束应力,采用这种计算方法误差更小,结果更准确。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (8)

1.一种基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1、装配混凝土模具,选定混凝土模具的轴向,在混凝土模具轴向的两端各穿设一个探头;
步骤S2、在混凝土模具中浇筑混凝土,将探头的一端埋入混凝土中,形成弹性模量试件;
步骤S3、待弹性模量试件初凝后拆除混凝土模具,并将弹性模量试件水平放置在表面光滑的物体上,将该时刻作为初始测量时刻;
步骤S4、测定弹性模量试件在测量时刻t1的收缩应变;
步骤S5、测定弹性模量试件在测量时刻t1的最可几孔径,并计算出弹性模量试件在测量时刻t1的收缩应力;
步骤S6、测定弹性模量试件在测量时刻t2的收缩应变,t2>t1;
步骤S7、测定弹性模量试件在测量时刻t2的最可几孔径,并计算出弹性模量试件在测量时刻t2的收缩应力;
步骤S8、计算得到Δt时间内弹性模量试件相对于毛细孔应力的弹性模量Et(Δt),从而得到混凝土相对于毛细孔应力的弹性模量,计算公式为:
Figure FDA0002764111620000011
其中,Δt=t2-t1;εf(t1)为测量时刻t1的收缩应变;σf(t1)为测量时刻t1的收缩应力;εf(t2)为测量时刻t2的收缩应变;σf(t2)为测量时刻t2的收缩应力。
2.根据权利要求1所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,所述混凝土模具呈长方形,所述混凝土模具的底板和四个侧板均采用有机玻璃板,有机玻璃板之间采用角钢及螺丝固定;
所述探头为螺栓,选择混凝土模具的长度方向为其轴向,所述混凝土模具位于长度方向上的两个侧板的中心处分别开设有一个与螺栓形状相适配的通孔,所述螺栓穿设在对应的通孔中,并螺接固定在侧板上。
3.根据权利要求2所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,所述混凝土模具内部空腔的尺寸为1000mm×200mm×200mm。
4.根据权利要求1所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,选择初始测量时刻30分钟之后的时刻为测量时刻t1。
5.根据权利要求1所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,测量弹性模量试件的收缩应变的方法为:在初始测量时刻,将两个千分表的表体分别固定在两个探头的外侧,并使两个千分表的表头分别对准两个探头露出端的端面;在任一测量时刻,读出两个千分表的读数并相加作为该测量时刻弹性模量试件在轴向上的位移量,将该测量时刻弹性模量试件在轴向上的位移量除以弹性模量试件在轴向上的初始长度即为弹性模量试件在该测量时刻的收缩应变。
6.根据权利要求5所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,两个所述千分表均为电子千分表,两个所述电子千分表均与集线器电连接,所述集线器与计算机终端电连接;两个电子千分表实时将测量数据上传至计算机终端,由计算机终端计算出对应的收缩应变。
7.根据权利要求1所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,测量最可几孔径的方法为:在所述步骤S1中,在浇筑混凝土形成弹性模量试件的同时,还同条件浇筑混凝土形成与弹性模量试件相同尺寸的最可几孔径试件,需要测量弹性模量试件的最可几孔径时,从最可几孔径试件上取下部分混凝土并进行粉碎;筛选出符合压汞仪尺寸要求的混凝土颗粒,使用丙酮清洗筛选出的混凝土颗粒,之后用真空干燥机进行干燥;最后使用压汞仪对混凝土颗粒的内部孔隙结构进行测试,得到最可几孔径值,将其作为该测量时刻弹性模量试件的最可几孔径。
8.根据权利要求1所述的基于毛细孔应力的混凝土弹性模量测量方法,其特征在于,收缩应力的计算公式为:
Figure FDA0002764111620000021
其中:σf(t)为t时刻混凝土的收缩应力;γ是毛细孔内壁的表面张力;θ为液固界面的接触角;R(t)为t时刻混凝土的最可几孔径。
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