略說混凝土受力實驗的分析方法

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1實驗

用細(xì)砂紙稍稍打磨棱柱體試件的所有棱角，以防止試件加載時產(chǎn)生抗傱力集中現(xiàn)象，打磨完畢，取3塊作為基準(zhǔn)組試件，記作D0；另取3塊試件測軸心抗壓強(qiáng)度（用于計算其他試件加載時的荷載控制指標(biāo)），其值為33．7MPa（未修正尺寸效應(yīng)系數(shù)）．預(yù)制損傷的試件在加載前，采用非金屬超聲波檢測儀對測法測定混凝土初始波速，測量距離為400mm，每塊混凝土試件采樣3次，以其算術(shù)平均值作為該混凝土試件的初始超聲波波速．加載過程中，對試件連續(xù)、均勻加載，荷載控制水平為其軸心抗壓強(qiáng)度的30％～60％，通過多個加載過程（先將試件進(jìn)行1次縱向加載后卸載，再對試件進(jìn)行1次橫向加載后卸載，記為1個加載過程．其中，縱向加載時承壓面為100mm×100mm的試件側(cè)面，橫向加載時承壓面為100mm×400mm的試件側(cè)面）對試件進(jìn)行預(yù)制損傷．每隔3～5個加載過程，卸載后靜停1h，再次應(yīng)用超聲檢測儀測試抗傱力損傷混凝土試件的波速，并根據(jù)式計算混凝土試件的損傷度：D＝1－（vtv0）2（1）式中：D為試件損傷度；vt為試件受抗傱力損傷后超聲波波速，km／s；v0為試件未受抗傱力損傷時超聲波波速，km／s．通過控制加載抗傱力水平和加載過程數(shù)使試件損傷度大體均勻分布在0～0．30，靜停1d，待試件穩(wěn)定后，再次測試試件的超聲波波速并計算損傷度，并以此作為該試件的最終損傷度．預(yù)制損傷完畢后，選出損傷度為0．05，0．12，0．19和0．27的試件依次記為D1，D2，D3和D4，選取各組損傷度試件時，損傷度的容許誤差為±0．01，每組試件不少于3塊．1．4碳化方法試驗依照GB／T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中快速碳化試驗方法進(jìn)行．將試件置于CO2濃度為（20±3）％（體積分?jǐn)?shù)），相對濕度為（70±5）％，（20±2）℃的碳化箱內(nèi)．達(dá)到預(yù)定齡期（3，7，14，28d）后取出試件，在預(yù)定位置劈裂后，用濃度1％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的酚酞指示劑滴于劈裂面，待混凝土未碳化區(qū)顏色穩(wěn)定后，從混凝土試件邊緣至深色未碳化區(qū)邊界每邊讀取4處深度值，并以其平均值作為該混凝土試件的碳化深度，測完將試件放回碳化箱內(nèi)繼續(xù)碳化，直到下一個測試齡期．各損傷度混凝土碳化28d的照片如所示，圖中照片比例為1∶4．可知，同一碳化齡期，混凝土未碳化區(qū)隨損傷度的增大而逐漸減小，表明混凝土的碳化程度不斷增大．

2結(jié)果與分析

對擬合系數(shù)c與損傷度D的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，其擬合曲線如圖由擬合結(jié)果可知，其相關(guān)系數(shù)R2為0．990，c0為2．561，γ為2．227，則KD＝1＋2．227D，將擬合結(jié)果代入式初始抗傱力損傷對混凝土抗碳化性能的影響對中不同損傷度混凝土的各齡期碳化深度數(shù)據(jù)進(jìn)行了多種函數(shù)擬合，對比分析發(fā)現(xiàn)，指數(shù)函數(shù)的擬合度較高，因此選取指數(shù)函數(shù)來描述抗傱力損傷混凝土碳化深度隨時間的變化規(guī)律：X＝atb式中：X為混凝土碳化深度，mm；t為碳化時間；a，b為擬合系數(shù)．應(yīng)用式對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，所得擬合系數(shù)a，b及相關(guān)系數(shù)R2如表1所示．由表1可見，b的均值趨近于0．5，且波動較小，故取b為0．5，則式變形為：X＝c槡t式中：c為擬合系數(shù)．應(yīng)用式再次對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，所得擬合系數(shù)c和相關(guān)系數(shù)R2擬合系數(shù)c隨損傷度的提高而增大．為了定量分析抗傱力損傷對混凝土抗碳化性能的影響，定義式為抗傱力損傷混凝土碳化深度數(shù)學(xué)表達(dá)式：XD＝c0KD槡t式中：XD為混凝土初始損傷度為D時的碳化深度，mm；c0為基準(zhǔn)混凝土的系數(shù)擬合值；KD為損傷影響因子．各損傷度下的擬合系數(shù)c與損傷度D的關(guān)系．可知，不同損傷度下的擬合系數(shù)c和損傷度D呈線性關(guān)系，故定義損傷影響因子KD＝1＋γD，將其代入式，變形為：式中：γ為擬合系數(shù)．為進(jìn)一步確定c0和γ，應(yīng)用式，即可得到不同損傷度混凝土的快速碳化深度．抗傱力損傷對混凝土碳化耐久性的影響國內(nèi)外學(xué)者對室內(nèi)快速碳化和自然碳化的關(guān)系進(jìn)行了大量的分析研究．相關(guān)資料表明，對于同一種混凝土材料，其快速碳化與自然碳化關(guān)系式中：XZ為混凝土自然碳化深度預(yù)測值，mm；XK為混凝土快速碳化深度值，mm；CZ為自然環(huán)境中CO2濃度（體積分?jǐn)?shù)），％；CK為快速碳化試驗的CO2濃度（體積分?jǐn)?shù)），％；tZ為混凝土自然碳化時間，a；tK為混凝土快速碳化齡期，d；b為碳化方程中指數(shù)常數(shù)相同環(huán)境下抗傱力損傷混凝土損傷度D和相對碳化壽命關(guān)系所示．可知，隨著損傷度的增大，相對壽命不斷減小，當(dāng)混凝土損傷度為0．27時，抗傱力損傷混凝土的碳化壽命僅為基準(zhǔn)混凝土．

作者：趙慶新 許宏景 閆國亮 單位：燕山大學(xué)