CN113984527A - 一种计算透水混凝土抗压强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种计算透水混凝土抗压强度的方法，该方法以混凝土的强度与其表观密度具有的一定的相关性为依据，在透水混凝土成型后，通过钻芯取样或预埋件的方式得到试件，测试出混凝土试件的表观密度及对应的28d龄期抗压强度，然后以表观密度为横轴，28d龄期抗压强度为纵轴进行线性回归分析，得到28d龄期抗压强度与表观密度的关系式。相比于目前使用室内制作标准试件预测现场透水混凝土抗压强度的方法，本发明可以避免试件不统一产生的尺寸效应对抗压强度的影响，将测试得到的表观密度代入拟合方程中即可预测预拌混凝土28d龄期的抗压强度是否满足要求。
Description
技术领域
本发明属于预测现场透水混凝土强度的技术领域，尤其涉及一种计算透水混凝土抗压强度的方法。
背景技术
Neithalath等通过研究透水混凝土的孔隙结构(孔隙率、孔径大小、连通性)与分布并结合Kozeny-Carman方程建立了推定透水混凝土透水系数的方程式。Rui Zhong研究了透水混凝土的总孔隙率、集料粒径、平均孔径与抗压强度之间的关系。根据统计提取的孔径分布计算孔径分布密度，并纳入半经验模型，来预测透水混凝土的压应力-应变行为。并通过试验将试验结果与强度预测值对比，论证了预测结果的准确性。Ahmed Ibrahim探讨不同粗集料粒径、水灰比、水泥掺量和粗集料体积对抗压强度、抗拉强度、孔隙率和渗透率的影响。建立了抗压强度、密度与孔隙度，抗压强度、抗拉强度与渗透率的线性回归关系。
Omkar Deo等进行静态压缩试验，通过图像分析提取孔隙率、孔径等孔隙结构特征。概述了透水混凝土的压应力-应变响应的模型，及其与孔隙结构特征的关系。利用统计模型将抗压强度与相关孔隙结构特征联系起来，并以此作为Monte-Carlo模拟的基础模型，评估预测抗压强度对不同孔隙特征的敏感性。C.Lian通过经验分析和理论公式的推导，也建立了透水混凝土抗压强度与孔隙率关系式。在此基础上，对已有公式的适用性进行了评价，提出了一种计算透水混凝土抗压强度的模型，该模型能够较好的根据孔隙率预测透水混凝土的抗压强度。
《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135-2009)对透水水泥混凝土的定义为：由粗集料就水泥基胶结料经拌和形成的具有连续孔隙结构的混凝土。
材料的表观密度：块状材料在自然状态下单位体积的干质量。通过文献调研和以往的试验测试结果表明，透水混凝土的物理性能如：孔隙率、透水系数等因透水混凝土内部结构，导致试验结果都存在非常大的离散性，而表观密度作为混凝土材料的核心参数之一，对混凝土的力学性能有着重要影响。在其他条件不变的情况下，混凝土的抗压强度与其表观密度存在较强的相关性。
由于透水混凝土内部多为点与点接触以及骨料间的嵌挤力支撑其整体结构，骨料和胶凝材料的分布情况也较分散，试验测得结果的离散性也较大，且钻芯取样过程对其内部结构会产生较大的影响。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种计算透水混凝土抗压强度的方法，可以实现在施工现场的透水混凝土路面的强度检测，快速而准确地预测预拌混凝土28d龄期的抗压强度，用以判断该混凝土是否达到工程设计需求。
本发明采用如下技术方案：
一种计算透水混凝土抗压强度的方法，包括以下步骤：
步骤1.以符合国家标准要求的配合比，取透水混凝土原材料进行混凝土适配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的透水系数K1、孔隙率K2和表观密度P，所述的原材料由水泥、粗骨料、外加剂、水组成；
步骤2.在浇筑透水混凝土时，采用预埋直径100mmPVC管的方式在透水混凝土路面预埋PVC管并在其中浇筑透水混凝土；
步骤3.将预埋件取出或使用钻芯取样的方式取得试验试件，使用烘箱将取得试件烘干，测试其在干燥空气中的质量M以及提及V，得到试件表观密度P＝M/V；
步骤4.以不同的骨料粒径、水灰比浇筑试件，且改变取样高度，同样以取样高度作为变量，其中每种配合比浇筑三块；
步骤5.以上述不同因素浇筑标准立方体试件，试件数目与钻芯取样或预埋件的样数相同以探究普遍规律，将每组试件养护至28d龄期；
步骤6.测试预埋件、钻芯取样及标准立方体试件的表观密度P、28天抗压强度F；
步骤7.以表观密度P为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，在坐标系中将试验点标出，进行数据回归分析，获得回归方程；
进一步的，步骤7中，获得回归方程同时，计算该回归方程的相关系数R2,R2的值应大于或等于0.85。
粗骨料为能够由5-20mm标准筛筛除的砂石。
测取透水混凝土试件质量M时，需将其在烘箱中干燥，并在干燥的空气中进行测试。
步骤2中，外加剂为四川靓固科技集团有限公司生产的海绵城市伴侣靓固粘接剂1号。
步骤3中，钻芯取样时钻管直径为100mm。
本发明有益效果：
1.可以在现场测试透水混凝土路面的抗压强度，以检测施工路面的强度，判断该混凝土是否达到工程设计要求；
2.因透水混凝土内部结构较为复杂，实验室浇筑过程中加入了更多不确定因素，使得测试结果离散性更大，而相比于实验室浇筑标准试件用以预测现场透水性混凝土的抗压强度，使用现场透水混凝土的物理性能，更能反应现场的实际情况。
3.本发明根据透水混凝土的强度与其表观密度之间的相关特性，能够准确算出预拌混凝土的表观密度，并依此计算预拌混凝土28d龄期的抗压强度，根据预测的强度做相应的施工调整，有利于保证工程的质量。
4.相比现有的方法更为简便经济的得到透水混凝土的抗压强度值。
附图说明
图1为本发明实施例取样位置示意图；
图2为本发明实施例钻芯取样示意图；
图3(a)为h＝100mm芯样试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图3(b)为h＝100mm预埋试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图4(a)为h＝150mm芯样试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图4(b)为h＝150mm预埋试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图5(a)为h＝200mm芯样试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图5(b)为h＝200mm预埋试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图6为标准试件表观密度与抗压强度拟合关系曲线；
图7为本发明的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2、图7所示，本发明的一种计算透水混凝土抗压强度的方法，包括如下步骤：
步骤1.以符合国家标准要求的配合比，取透水混凝土原材料进行混凝土适配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的透水系数K1、孔隙率K2和表观密度P，所述的原材料由水泥、粗骨料、外加剂、水组成，上述国家标准指《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T 135-2009规定的配比标准；
步骤2.在浇筑透水混凝土时，采用预埋直径100mmPVC管的方式在透水混凝土路面预埋PVC管并在其中浇筑透水混凝土；
步骤3.将预埋件取出或使用钻芯取样的方式取得试验试件，使用烘箱将取得试件烘干，测试其在干燥空气中的质量M以及体积V，得到试件表观密度P＝M/V；
步骤4.以不同的骨料粒径、水灰比浇筑试件，且改变取样高度，以取样高度作为变量，其中每种配合比浇筑三块；
步骤5.取上述包含不同变量因素的多种实验透水混凝土，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GBT50081-2002的规定，每种实验混凝土制作3组试件，将立方体试件养护至28d龄期，测出各组立方体试件的抗压强度；
步骤6.测试预埋件、钻芯取样及标准立方体试件的表观密度P、28天抗压强度F；
步骤7.以表观密度P为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，在坐标系中将试验点标出，进行数据回归分析，获得回归方程。
上述的方法中，步骤1-步骤4按照前后顺序依次进行，步骤5实施在3之后，与步骤4无先后关系，步骤5和步骤4实施完成后，按顺序实施步骤6至步骤7。
实际生产过程中，透水混凝土应当按照与实验透水混凝土相同的配合比预定，以保证成分基本一致，特别是骨料粒径需保持一致，其原因是由于透水混凝土的粗骨料粒径对透水混凝土的透水性和强度影响很大。
透水混凝土浇筑时所采用的原材料中，粗骨料粒径为5-20mm，由于胶凝材料的改变对混凝土的强度也有较大影响，因此，此步骤4中，应严格以控制变量法进行试验，所适用的粘结剂为四川靓固科技有限公司生产的高效黏结剂。
步骤3中使用钻芯机对透水混凝土取样时，应选用钻口直径为100mm的钻头进行取样，钻芯机尽量保持设备质量，减少因设备问题对样品的影响，导致测试数据不准确。
步骤7中，建立回归方程的同时，计算该回归方程的相关系数R2，以下为根据本发明方法测得的实验数据与得到的回归方程。
实施例：
标准立方体试件、钻芯取样试件，以及预埋圆柱试件的透水混凝土表观密度与抗压强度的关系式：
钻芯芯样试件：
h＝100mm f＝-30.84+0.17ρB R2 100＝0.66 (1)
h＝150mm f＝-27.09+0.15ρB R2 150＝0.72 (2)
h＝200mm f＝-24.16+0.14ρB R2 200＝0.73 (3)
预埋圆柱试件：
h＝100mm f＝46.72+0.03ρB R2 100＝0.74 (4)
h＝150mm f＝-46.78+0.03ρB R2 150＝0.91 (5)
h＝200mm f＝-49.92+0.03ρB R2 200＝0.85 (6)
标准立方体试件：f＝-93.95+0.05ρB R2＝0.83 (7)
式中：
f—抗压强度，MPa；
ρB—表观密度，kg/m3；
R2—拟合优度(读数越接近1，就表示拟合的值与试验的值越接近)。
表1试验研究配合比
按上表，对预埋圆柱试件及钻芯取样试件浇筑：
每100m3同配合比的透水混凝土，取样1次：不足100m3时按1次计。每次取样应至少留置1组标准养护试件。同条件养护试件的留置组数应根据实际需求确定，最少1组。其中，透水混凝土试件以0.31水灰比及骨料粒径为5～10mm的碎石作为原材料浇筑，制作环境与一般混凝土浇筑环境相同，需配备足够的浇筑原材料、称、搅拌机等。试件浇筑完成后，在同条件养护混凝土试块，养护28天取出试件使用压力试验机测试抗压强度值。
预埋圆柱试件：
预埋件的制作方式为浇筑如图1的透水混凝土板，以图1虚线所示部位提前放置直径为100mm的PVC管，在PVC管中浇筑透水混凝土，取的预埋件的方式为将周围透水混凝土破坏，将PVC管和内部透水混凝土试件同时取出，脱模，得到预埋件透水混凝土试件。
钻芯芯样试件：
如图2所示，钻芯取样测得表观密度，带入推导出的表观密度和抗压强度的拟合关系式以预测透水混凝土强度。
利用钻芯取样或者预制预埋件的方式得到透水混凝土试件3块，测试3块透水混凝土的质量和体积，以
计算得到透水混凝土的表观密度取得平均值，假设3块透水混凝土的表观密度分别为2000kg/m3、2100kg/m3及2200kg/m3，取得表观密度平均值ρ为2100kg/m3，代入拟合曲线f＝-46.78+0.03ρ中，得到f＝-46.78+0.03*2100＝16.22Mpa。
实验分析
如下图3(a)-图5(b)所示，取样高度大于150mm时，钻芯取样和预埋件的表观密度与抗压强度之间有较强的线性相关性，虽然相关系数在0.72-0.91之间存在较大的区间跨度，但试验数据与拟合曲线之间仅存在±3Mpa的差距，证明经验模型具有较强的预测性，方法合理。两种取样方式对比下，预埋件的表观密度与抗压强度之间表现出更大的相关性；当预埋件高度为150mm时，表观密度与抗压强度之间的相关系数达到0.91，表现出非常高的相关性。
相比图6标准试件表观密度与抗压强度关系，试验数据与拟合曲线之间存在很大的离散性，由此可见钻芯取样和预埋件在得到表观密度与抗压强度相关关系时更为准确，在实际透水混凝土工程中，常使用实验室制作标准试件进行抗压强度及透水性的测试，而这是不符合现场实际情况的。因此，从两个角度可以确定本方法更适宜且更简便更符合指导工程实践。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.以符合国家标准要求的配合比，取透水混凝土原材料进行混凝土适配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的透水系数K1、孔隙率K2、表观密度P，所述透水混凝土原材料由水泥、粗骨料、外加剂、水组成；
步骤2.在浇筑透水混凝土时，采用预埋直径100mmPVC管的方式在透水混凝土路面预埋PVC管并在其中浇筑透水混凝土；
步骤3.将预埋件取出或使用钻芯取样的方式取得实验试件，使用烘箱将取得实验试件烘干，测试其在干燥空气中的质量M以及体积V；
步骤4.以不同的骨料粒径、水灰比浇筑试件，且改变取样高度，同样以取样高度作为变量，其中每种配合比浇筑三块；
步骤5.以上述不同因素浇筑标准立方体试件，试件数目与钻芯取样或预埋件的取样数相同以探究普遍规律，将每组试件养护至28d龄期；
步骤6.测试预埋件、钻芯取样及标准立方体试件的表观密度P、28d抗压强度f；
步骤7.以表观密度P为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，在坐标系中将试验点标出，进行数据回归分析，获得回归方程。
2.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤1中，粗骨料为能够由5-20mm标准筛筛除的砂石。
3.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤1中，外加剂为四川靓固科技集团有限公司生产的粘结剂。
4.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤3中，钻芯取样时，钻管直径为100mm。
5.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤1-步骤4按照前后顺序依次进行，步骤5实施在3之后，与步骤4无先后关系，步骤5和步骤4实施完成后，按顺序实施步骤6至步骤7。
6.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤7中，获得回归方程的同时，计算该回归方程的拟合优度R2，R2的值≥0.85。
7.根据权利要求1所述的计算透水混凝土抗压强度的方法，其特征在于,透水混凝土应当按照与实验透水混凝土相同的配合比预定，以保证成分一致，骨料粒径保持一致。
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2021
- 2021-11-11 CN CN202111333760.0A patent/CN113984527A/zh active Pending
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