CN112858072A - 一种混凝土温度应力的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种混凝土温度应力的测试方法。通过由两种不同材质的钢筋(普钢钢筋和殷钢钢筋)、应变片和数据采集仪组成的测试装置来测试温度应力。将粘贴有应变片的普钢钢筋和殷钢钢筋分别内埋于相同形状尺寸的混凝土试件中，以对试件施加轴向约束。待混凝土终凝拆模后将混凝土试件置于所要求设定的温湿度环境中，连接应变片和数据采集仪并实时测试和记录钢筋应变数据，通过计算可以得到约束状态下混凝土的温度应力。该发明测试方法简便易行，并能准确获得混凝土的温度应力及其发展变化规律，适合大批量、多参数的试验研究与温度应力测试。

Description

一种混凝土温度应力的测试方法
技术领域
本发明属于无机材料检测领域，具体涉及一种混凝土温度应力的测试方法。
背景技术
在混凝土硬化过程中，受水化反应、水分蒸发及温度变化等因素的影响，混凝土容易出现自收缩、干燥收缩、温度变形等体积变化。当混凝土的体积变化受到约束，混凝土结构内部会产生约束应力，这种约束应力在大多数情况下为拉应力，容易造成混凝土开裂，进而影响结构承载力和耐久性。
在上述体积变化中，由于温度变形引起的温度应力是混凝土开裂，尤其是大体积混凝土开裂的重要原因。测试混凝土在约束状态下的温度应力，把握其发生发展规律，对于控制和减少混凝土温度裂缝的产生尤为重要。
目前测量温度应力的方法有，公开号为CN109975120A《混凝土约束应力和形变应力测量装置及测量方法》提出通过钢环约束测得混凝土的约束应力和形变应力，CN108627401A《一种基于圆环法的混凝土早龄期温度应力试验设备及方法》提出通过圆环法测得混凝土膨胀和收缩应力，CN103698238A《一种混凝土温度变形应力测试方法》提出圆环法测试混凝土的温度变形和应力。上述方法实际上获得的约束应力含有其他体积变化引起的应力成分，并非单纯的温度应力；而且上述方法采用的钢环约束的混凝土截面较小，不适用较大骨料粒径的混凝土。
除了钢环约束法，也可以采用温度应力试验机测试混凝土的温度应力。但该方法的缺点是操作复杂，价格昂贵，难以在短期内实现大批量、多参数的对比试验研究，更难以应用于工程实际的温度应力评价。
发明内容
本发明要克服现有技术的存在的不足之处，提出一种混凝土温度应力的测试方法，解决了现有发明专利无法获得单一温度应力的难题。
本发明的一种混凝土温度应力的测试方法，包括以下步骤：
1)选取与混凝土线胀系数接近的普钢钢筋和线胀系数极小的殷钢钢筋，普钢钢筋和殷钢钢筋刚度相等，即E普钢钢筋×A普钢钢筋＝E殷钢钢筋×A殷钢钢筋，其中E普钢钢筋和E殷钢钢筋分别表示普钢钢筋和殷钢钢筋的弹性模量，A普钢钢筋和A殷钢钢筋分别表示钢筋的截面面积；所述的普钢钢筋和殷钢钢筋中部光圆，两端预制螺纹，每端螺纹段长度至少为钢筋直径的8倍；
2)粘贴应变片。将应变片轴向粘贴于普钢钢筋和殷钢钢筋的中间光圆段，在应变片外覆盖防水涂层；
3)设定约束钢筋。将粘贴有应变片的普钢钢筋和殷钢钢筋分别放置于具有相同形状尺寸的混凝土试件模具中；
4)浇筑混凝土，制作混凝土试件。将混凝土浇筑于混凝土试件模具中，振捣密实，终凝后拆除模具，制得普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件，将两种混凝土试件放置于光滑的垫片上，并置于所要求设定的温湿度环境中；
5)采集应变数据，连接所述的应变片和数据采集仪，实时记录普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件中钢筋轴向应变数据；
6)计算约束状态下混凝土的温度应力：
61)数据采集仪采集到的普钢约束试件和殷钢约束试件中钢筋轴向应变，分别记为ε1、ε2，由于钢筋与混凝土同步变形，因此对混凝土的约束力等于钢筋所受力。根据公式
Figure BDA0002881699540000021
可计算得到普钢约束试件和殷钢约束试件中混凝土受到的约束应力，分别记为σ1、σ2，上述公式中Es表示钢筋材料的弹性模量，As表示钢筋的截面面积，Ac表示混凝土的截面面积。
62)由于普钢线膨胀系数与混凝土线膨胀系数接近，故普钢约束试件中的约束应力中不产生温度应力；而殷钢线膨胀系数很小，因此相较于普钢约束试件，殷钢约束试件的约束应力σ2中包含了温度应力成分。故，约束状态下混凝土试件的温度应力σT由公式σT＝σ2-σ1求得。
优选地，所述的每个混凝土试件中的普钢钢筋或殷钢钢筋是一根或多根。
优选地，所述的普钢钢筋线膨胀系数为(8-12)×10-6/℃，弹性模量E为180-220GPa；所述殷钢钢筋线膨胀系数小于1.5×10-6/℃，弹性模量E为120-160GPa。
优选地，所述的混凝土试件中的普钢钢筋和殷钢钢筋刚度相等，通过改变钢筋的刚度可以获得不同约束程度下混凝土的温度应力。
优选地，所述的垫片采用特氟龙的光滑垫层或滚轴支承。
优选地，所述的普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件是单个或多个试件。
本发明的有益效果为：
1)本发明的约束状态为单轴约束，受力状态较为符合杆状试件的收缩开裂情况，物理意义与约束程度明确。
2)本发明采用了不同膨胀系数的约束钢筋，可以获得约束应力中单纯的温度应力成分，从而对温度应力进行量化评价。
3)本发明可以通过改变钢筋的刚度，调整约束程度，获得不同约束程度下混凝土的温度应力，操作简单易行。
4)本发明适用于绝热、非绝热或温度任意设定，密封或非密封等各种试验环境。
5)相比于温度应力试验机，本发明操作简便，且成本较低，适合在短期内进行大批量、多参数的对比试验研究，更适合应用于工程实际的温度应力评价。
附图说明
图1是本发明提出的测试装置示意图；
图2是本发明提出的测试装置端部示意图；
图3是本发明提出的钢筋上应变片的粘贴位置及粘贴方式示意图；
图4是测得的钢筋应变发展曲线；
图5是混凝土的约束应力发展曲线；
图6是混凝土温度应力发展曲线。
具体实施方式
一种混凝土温度应力的测试方法，其包括以下步骤：
1)选取与混凝土线胀系数接近的普钢钢筋1和线胀系数极小的殷钢钢筋2，普钢钢筋和殷钢钢筋刚度相等，即E普钢钢筋×A普钢钢筋＝E殷钢钢筋×A殷钢钢筋，其中E普钢钢筋和E殷钢钢筋分别表示普钢钢筋和殷钢钢筋的弹性模量，A普钢钢筋和A殷钢钢筋分别表示钢筋的截面面积；所述的普钢钢筋和殷钢钢筋中部光圆，两端预制螺纹，每端螺纹段长度至少为钢筋直径的8倍；
2)粘贴应变片。将应变片3轴向粘贴于普钢钢筋1和殷钢钢筋2的中间光圆段，在应变片外覆盖防水涂层；
3)设定约束钢筋。将粘贴有应变片的普钢钢筋1和殷钢钢筋2分别放置于具有相同形状尺寸的混凝土试件模具中；
4)浇筑混凝土，制作混凝土试件。将混凝土浇筑于混凝土试件模具中，振捣密实，终凝后拆除模具，制得普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件，将两种混凝土试件放置于光滑的垫片4上，并置于所要求设定的温湿度环境中；
5)采集应变数据，连接所述的应变片3和数据采集仪5，实时记录普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件中钢筋轴向应变数据；
6)计算约束状态下混凝土的温度应力：
61)数据采集仪采集到的普钢约束试件和殷钢约束试件中钢筋轴向应变，分别记为ε1、ε2，由于钢筋与混凝土同步变形，因此对混凝土的约束力等于钢筋所受力。根据公式
Figure BDA0002881699540000041
可计算得到普钢约束试件和殷钢约束试件中混凝土受到的约束应力，分别记为σ1、σ2，上述公式中Es表示钢筋材料的弹性模量，As表示钢筋的截面面积，Ac表示混凝土的截面面积。
62)由于普钢线膨胀系数与混凝土线膨胀系数接近，故普钢约束试件中的约束应力中不产生温度应力；而殷钢线膨胀系数很小，因此相较于普钢约束试件，殷钢约束试件的约束应力σ2中包含了温度应力成分。故，约束状态下混凝土试件的温度应力σT由公式σT＝σ2-σ1求得。
其中，所述的每个混凝土试件中的普钢钢筋或殷钢钢筋是一根或多根。
其中，所述的普钢钢筋线膨胀系数为(8-12)×10-6/℃，弹性模量E为180-220GPa；所述殷钢钢筋线膨胀系数小于1.5×10-6/℃，弹性模量E为120-160GPa。
其中，所述的混凝土试件中的普钢钢筋和殷钢钢筋刚度相等，通过改变钢筋的刚度可以获得不同约束程度下混凝土的温度应力。
其中，所述的垫片采用特氟龙的光滑垫层或滚轴支承。
其中，所述的普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件是单个或多个试件。
下面通过进一步的实施例做具体的说明：
实施例1：混凝土的温度应力测试
水泥：42.5级基准水泥；粗骨料：碎石，最大粒径10mm；细骨料：河沙，细度模数2.97；减水剂：聚羧酸型高效减水剂。
混凝土配合比为：水胶比0.5，水泥450kg/m3、水180kg/m3、粗骨料1113kg/m3、细骨料654kg/m3、减水剂0.81kg/m3。混凝土坍落度为180mm。
试验步骤如下：
1.准备附图3所示的钢筋两根，按照混凝土的线膨胀系数为12×10-6/℃，选取线膨胀系数与混凝土接近的Q235普钢钢筋(线膨胀系数为12×10-6/℃)一根，以及线膨胀系数与混凝土相比极小的4J36殷钢钢筋(线膨胀系数≤1.5×10-6/℃)一根。钢筋的长度相同，均为850mm，测得普钢的弹性模量为215GPa，殷钢的弹性模量为147GPa，钢筋的直径根据以下公式计算：
E普钢×A普钢＝E殷钢×A殷钢
本实施例选用普钢为
Figure BDA0002881699540000052
殷钢为
Figure BDA0002881699540000053
进行试验。
2.按照附图3所示的应变片粘贴位置及粘贴方式粘贴应变片，粘贴前先用砂纸在钢筋表面沿与轴线成45°方向打磨，后用502胶水粘贴应变片2片。
3.应变片粘贴完成后，使用防水涂层将应变片覆盖，防水涂层使用硅橡胶。
4.待硅橡胶硬化后，在外侧缠绕纱布；后在棉纱布外侧覆盖第二层防水涂层，防水涂层使用环氧胶。
5.选用两个100mm×100mm×800mm的木模具，模具两端中心打孔，分别将普钢钢筋和殷钢钢筋穿过两块端板的中心孔固定于混凝土内。
6.将新拌混凝土浇筑于模具中，振捣密实，制成2个混凝土试件，分别记为普钢约束试件、殷钢约束试件。
7.在两个试件表面覆盖保鲜膜进行养护。
8.待混凝土成型后，将模板拆除，并将试件的四个侧面和上下底面包裹铝箔纸进行密封，放置于特氟龙垫片上。
9.将应变片的导线以1/4桥三线制接入TDS-530数据采集仪进行数据传输，实时采集应变数据。
10.将试件放置于20℃、60％RH的恒温恒湿环境中进行测试。
11.由数据采集仪获得的应变随时间的发展曲线如附图4所示，按照公式
Figure BDA0002881699540000051
可计算得试件的约束应力如附图5所示。
12.殷钢密封试件与普钢密封试件的约束应力之差，即为混凝土的温度应力，如附图6所示。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种混凝土温度应力的测试方法，其包括以下步骤：
1)选取与混凝土线胀系数接近的普钢钢筋和线胀系数极小的殷钢钢筋，普钢钢筋和殷钢钢筋刚度相等，即E普钢钢筋×A普钢钢筋＝E殷钢钢筋×A殷钢钢筋，其中E普钢钢筋和E殷钢钢筋分别表示普钢钢筋和殷钢钢筋的弹性模量，A普钢钢筋和A殷钢钢筋分别表示钢筋的截面面积；所述的普钢钢筋和殷钢钢筋中部光圆，两端预制螺纹，每端螺纹段长度至少为钢筋直径的8倍；
2)粘贴应变片。将应变片轴向粘贴于普钢钢筋和殷钢钢筋的中间光圆段，在应变片外覆盖防水涂层；
3)设定约束钢筋。将粘贴有应变片的普钢钢筋和殷钢钢筋分别放置于具有相同形状尺寸的混凝土试件模具中；
4)浇筑混凝土，制作混凝土试件。将混凝土浇筑于混凝土试件模具中，振捣密实，终凝后拆除模具，制得普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件，将两种混凝土试件放置于光滑的垫片上，并置于所要求设定的温湿度环境中；
5)采集应变数据，连接所述的应变片和数据采集仪，实时记录普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件中钢筋轴向应变数据；
6)计算约束状态下混凝土的温度应力：
61)数据采集仪采集到的普钢约束试件和殷钢约束试件中钢筋轴向应变，分别记为ε1、ε2，由于钢筋与混凝土同步变形，因此对混凝土的约束力等于钢筋所受力。根据公式
Figure FDA0002881699530000011
可计算得到普钢约束试件和殷钢约束试件中混凝土受到的约束应力，分别记为σ1、σ2，上述公式中Es表示钢筋材料的弹性模量，As表示钢筋的截面面积，Ac表示混凝土的截面面积。
62)由于普钢线膨胀系数与混凝土线膨胀系数接近，故普钢约束试件中的约束应力中不产生温度应力；而殷钢线膨胀系数很小，因此相较于普钢约束试件，殷钢约束试件的约束应力σ2中包含了温度应力成分。故，约束状态下混凝土试件的温度应力σT由公式σT＝σ2-σ1求得。
2.如权利要求1所述的混凝土温度应力的测试方法，其特征在于：每个混凝土试件中的普钢钢筋或殷钢钢筋是一根或多根。
3.如权利要求1所述的混凝土温度应力的测试方法，其特征在于：所述的普钢钢筋线膨胀系数为(8-12)×10-6/℃，弹性模量E为180-220GPa；所述殷钢钢筋线膨胀系数小于1.5×10-6/℃，弹性模量E为120-160GPa。
4.如权利要求1所述的混凝土温度应力的测试方法，其特征在于：步骤4)中的垫片采用特氟龙的光滑垫层或滚轴支承。
5.如权利要求1所述的混凝土温度应力的测试方法，其特征在于：普钢约束混凝土试件和殷钢约束混凝土试件是单个或多个试件。
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CN112858072B (zh) 2022-11-25

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