一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法，其包括以下步驟：使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)測試混凝土試件的試驗數(shù)據(jù)；計算抗裂安全系數(shù)Kf并作為混凝土抗裂能力評價標(biāo)準(zhǔn)，其中Kf的計算中以測試得到的開裂應(yīng)力和室溫應(yīng)力代入計算，當(dāng)Kf＞1.15時，表明被測試混凝土試件具有較好的抗裂性能。本發(fā)明的評價方法可以快速地得到測試結(jié)果，并以（開裂應(yīng)力/室溫應(yīng)力）的比值評價受約束混凝土的溫度敏感性及約束應(yīng)力松弛性能，從而直觀地評價混凝土的抗裂性能。
【專利說明】一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用溫度應(yīng)力試驗評價混凝土抗裂性能的試驗方法，對受約束混凝土在特定的溫度歷程下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)并測試其熱力學(xué)性能，并測試混凝土入模至斷裂的一系列熱力學(xué)性能，最終測定各項性能參數(shù)并計算出抗裂性能指標(biāo)，評價混凝土的開裂敏感性。
【背景技術(shù)】
[0002]長久以來，國內(nèi)外學(xué)者采用了各種約束試驗方法來研究混凝土早期的開裂敏感性，但是由于影響混凝土抗裂性能的因素很多，除了混凝土的早期收縮變形，還主要有極限拉伸值、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量、線膨脹系數(shù)、水化溫升、徐變等等因素。由于以上因素并不是互相獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)和制約的，但是傳統(tǒng)抗裂性能試驗方法大多只針對混凝土的某一種抗裂因素進(jìn)行評價，并且只適用于特定的試驗條件，例如有關(guān)規(guī)范要求采用極限拉伸值、絕熱溫升值作為抗裂性能參數(shù)，這類評價方法往往只考慮到某一條件對抗裂性能的影響，很難客觀評價混凝土在多條件下的抗裂能力或開裂趨勢，更不利于標(biāo)準(zhǔn)化和相互比較。
[0003]目前國內(nèi)大多使用平板法、圓環(huán)法對混凝土進(jìn)行抗裂性能評價，其中平板法具有簡單易操作的特點，能迅速、有效地研究混凝土和砂漿的塑性干縮性能。但是它只能部分地、不均勻地約束混凝土的收縮變形，且試驗結(jié)果對試件尺寸、材料特性、配筋情況、環(huán)境狀況等的依賴性很大，在裂縫的量化與后期處理方面存在不足，因裂縫產(chǎn)生的無規(guī)律性使得無法精確對混凝土開裂進(jìn)行評價，而且平板試驗方法只能提供部分的不均勻的約束，不利于相互比較；而對于圓環(huán)法來說，由于在圓環(huán)周圍裂縫出現(xiàn)的機(jī)會均等，很難預(yù)測出初始裂縫出現(xiàn)的位置，且當(dāng)所用鋼環(huán)的硬度不夠時，剛性更高的混凝土就不會出現(xiàn)可見裂縫，而是產(chǎn)生更多的不可見微裂縫，這對混凝土的耐久性產(chǎn)生了一些潛在的威脅，此外圓環(huán)法約束試驗裝置的約束程度普遍不高，這導(dǎo)致試樣的開裂敏感性較低，研究表明，ASTM C1581采用鋼制內(nèi)圓環(huán)的約束程度最高約75%，而AASHT0PP圓環(huán)最高僅為60%。因此，傳統(tǒng)的混凝土開裂性能評價方法各有缺陷，且大多沒有考慮混凝土徐變和應(yīng)力松弛的影響。
[0004]國家標(biāo)準(zhǔn)《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB50496-2009)中規(guī)定的抗裂安全系數(shù)Kf可作為混凝土抗裂性能的評價標(biāo)準(zhǔn)，但是在實際中很少被應(yīng)用，究其原因是因為其中的約束應(yīng)力或抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等參數(shù)均按表取值或通過計算值代入，理論計算與實際結(jié)果存在較大誤差，不符合客觀實際。
[0005]近年來在德國、挪威、奧地利、日本等一些國家，溫度應(yīng)力試驗已經(jīng)成為混凝土開裂敏感性非常有效的定量評定方法。溫度應(yīng)力試驗機(jī)能夠在混凝土澆注時開始測試和計算混凝土的各項特征參數(shù)，不僅如此，溫度應(yīng)力試驗機(jī)還能夠?qū)炷猎嚰牟煌瑴囟葰v程、不同約束度條件進(jìn)行控制和模擬，能綜合多項因素并定量地評價混凝土早期開裂敏感性。此種試驗方法由單軸約束試驗發(fā)展而來，并在90年代引進(jìn)到國內(nèi)，在高強(qiáng)高性能混凝土的研究方面已取得一系列有價值的成果，但由于其試驗方法、試驗條件的不同，對試驗結(jié)果的影響非常大，例如丁建彤等研究了絕熱條件、恒溫條件和溫度控制條件下混凝土的抗裂性能，證實了在不同的溫度歷程下得到的抗裂性評價結(jié)果完全不同；再如張濤等研究了不同約束程度對混凝土抗裂性能的影響，并提出了采用全約束條件會過高地估計混凝土的開裂危險性，70%?80%的約束程度可能更符合實際。因此，利用溫度應(yīng)力試驗并建立混凝土開裂能力數(shù)值化評價方法，有著較為重要的意義。國內(nèi)外學(xué)者使用溫度應(yīng)力試驗評價混凝土抗裂性能使用的評價標(biāo)準(zhǔn)主要為開裂應(yīng)力和開裂溫度，其原因為開裂應(yīng)力與開裂溫度可直觀地作為試驗結(jié)果得到，并表征了混凝土試件在溫度應(yīng)力下的開裂敏感性，如開裂溫度更低和開裂應(yīng)力更大的試件，證明混凝土受溫度影響而開裂的難度較大，抗裂性能較好。
[0006]但是在實際工程中，高膠凝材料含量、高標(biāo)號的混凝土材料往往具有較大的抗拉強(qiáng)度和絕熱溫升，導(dǎo)致開裂應(yīng)力較大的同時開裂溫度較高，這對選擇何種指標(biāo)綜合評價混凝土抗裂性能帶來了困難，且這兩個常用指標(biāo)不利于不同種類混凝土抗裂性能的橫向比較。
[0007]因此，還需要有能夠客觀、準(zhǔn)確評價混凝土抗裂性能的評價標(biāo)準(zhǔn)，既能方便、準(zhǔn)確地評價某種混凝土的抗裂性能又方便不同種類混凝土之間的抗裂性能的橫向比較。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法，其基于混凝土溫度應(yīng)力試驗，對混凝土試件采用特定的溫度歷程和約束條件，測定其開裂敏感性并數(shù)值化定量評價其抗裂性能。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，要發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法，其包括以下步驟:
[0010]使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)，設(shè)定溫度試驗條件為:絕熱溫升模式；環(huán)境溫度范圍25±4°C ;保溫時間48h ;降溫速率2V /h ;步進(jìn)單位0.8?1.3 μ m ;約束度100% ；
[0011]測試溫度應(yīng)力試驗機(jī)中的混凝土試件的試驗數(shù)據(jù)，所述測試得到的試驗數(shù)據(jù)包括:室溫應(yīng)力和開裂應(yīng)力，室溫應(yīng)力指在降溫階段混凝土試件溫度與環(huán)境溫度相同時的應(yīng)力大小；開裂應(yīng)力指混凝土試件斷裂時刻對應(yīng)的應(yīng)力值；
[0012]計算抗裂安全系數(shù)Kf并作為混凝土抗裂能力評價標(biāo)準(zhǔn)，
[0013]ftk(x)/o x=Kf(2-3)
[0014]式2_4 中
[0015]ftk(x)為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，在此以測試得到的開裂應(yīng)力代入計算，
[0016]σ χ為實測混凝土試件的拉應(yīng)力，在此以測試得到的室溫應(yīng)力代入計算；
[0017]當(dāng)Kf > 1.15時，表明被測試混凝土試件具有較好的抗裂性能。
[0018]具體地來說，溫度應(yīng)力試驗機(jī)需調(diào)節(jié)混凝土試件的初始溫度至20±3°C范圍內(nèi)。
[0019]使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)對混凝土試件的測試過程為:試驗開始后混凝土試件開始水化發(fā)熱，溫度升高，模板溫度與混凝土試件芯部溫度保持小于0.3°C，以達(dá)到近似絕熱狀態(tài)；當(dāng)混凝土試件發(fā)生體積變形超過1.3μπι，此時試驗設(shè)備的步進(jìn)電機(jī)啟動，將試件拉(或壓)回原位，以達(dá)到100%約束度；當(dāng)混凝土試件達(dá)到溫峰，溫度將被保持48h，然后以2V /h的速率降溫，直至混凝土試件斷裂。
[0020]進(jìn)一步地,本發(fā)明還包括以應(yīng)力儲備作為混凝土抗裂能力評價標(biāo)準(zhǔn)，所述應(yīng)力儲備=[(開裂應(yīng)力-室溫應(yīng)力)/開裂應(yīng)力]*100%，當(dāng)應(yīng)力儲備> 13%時，混凝土具有較好的抗裂性能。
[0021]進(jìn)一步地，所述測試得到的試驗數(shù)據(jù)還包括:最高溫度、第二零應(yīng)力溫度、室溫應(yīng)力、開裂溫度、開裂應(yīng)力等等參數(shù)。
[0022]本發(fā)明還可以進(jìn)一步包括以橫向指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，所述橫向指標(biāo)包括:
[0023]開裂溫度:開裂溫度低的混凝土試件，其抗裂性能較好；
[0024]斷裂溫差:即“最高溫度-開裂溫度”的值，斷裂溫差越大，混凝土抗裂能力越強(qiáng)；
[0025]開裂應(yīng)力:開裂應(yīng)力越大，混凝土抗裂能力越強(qiáng)；
[0026]第二零應(yīng)力溫度:第二零應(yīng)力溫度越低，混凝土抗裂能力越強(qiáng)；
[0027]室溫應(yīng)力:室溫應(yīng)力越小，混凝土抗裂能力越強(qiáng)。
[0028]本發(fā)明的評價方法可以快速地得到測試結(jié)果，并以(開裂應(yīng)力/室溫應(yīng)力)的比值評價受約束混凝土的溫度敏感性及約束應(yīng)力松弛性能，從而直觀地評價混凝土的抗裂性能。通過斷裂溫差、開裂應(yīng)力、第二零應(yīng)力溫度、室溫應(yīng)力、應(yīng)力儲備等指標(biāo)可用于同類型混凝土抗裂性能優(yōu)劣的橫向比較。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法的邏輯關(guān)系圖。
[0030]圖2是絕熱溫升模式下的模板循環(huán)介質(zhì)溫度和試件溫度曲線圖。
[0031]圖3是恒溫控制模式下的模板循環(huán)介質(zhì)溫度和試件溫度曲線圖。
[0032]圖4是不同保溫時間的溫度應(yīng)力試驗與施工中混凝土實際溫度曲線對比示意圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明的混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法，包括如下步驟:
[0034](A)制作混凝土拌合物，澆筑至溫度應(yīng)力試驗機(jī)的模具中制得混凝土試件，并使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)調(diào)節(jié)混凝土試件的初始溫度至20±3°C范圍內(nèi)。
[0035]本文使用的溫度應(yīng)力試驗機(jī)為北京航源平洋科技發(fā)展有限公司的HYPY-1I型溫度應(yīng)力試驗機(jī)，也可使用功能、參數(shù)相同的其他溫度應(yīng)力試驗機(jī)。
[0036](B)設(shè)定溫度應(yīng)力試驗條件
[0037]試驗?zāi)Ｊ?絕熱溫升模式；環(huán)境溫度范圍25±4°C ;保溫時間48h ;降溫速率2°C /h ;步進(jìn)單位0.8?1.3 μ m ;約束度100%。
[0038]具體試驗過程為:試驗開始后混凝土開始水化發(fā)熱，溫度升高，模板溫度與混凝土芯部溫度保持小于0.3°C，以達(dá)到近似絕熱狀態(tài)；當(dāng)混凝土發(fā)生體積變形超過1.3 μ m，此時試驗設(shè)備的步進(jìn)電機(jī)啟動，將試件拉(或壓)回原位，以達(dá)到100%約束度；當(dāng)混凝土試件達(dá)到溫峰，溫度將被保持48h，然后以2V /h的速率降溫，直至混凝土試件斷裂。
[0039]溫度應(yīng)力試驗機(jī)自帶三種試驗?zāi)Ｊ?，分別為:絕熱溫升模式、存檔數(shù)據(jù)匹配模式和恒溫控制模式。
[0040]其中絕熱溫升模式為試件溫度主動引導(dǎo)模板溫度進(jìn)行試驗，存檔數(shù)據(jù)匹配模式與恒溫控制模式則為使用設(shè)置好的模板溫度歷程，進(jìn)而引導(dǎo)混凝土試件溫度進(jìn)行試驗。因此在存檔數(shù)據(jù)匹配模式與恒溫控制模式下，由于混凝土水化反應(yīng)的影響，模板溫度和試件溫度可能不能較好匹配，易造成誤差。如圖2和圖3所示，分別是絕熱溫升模式下和恒溫控制模式下的循環(huán)介質(zhì)溫度和試件溫度曲線圖，從圖中可以看到，在絕熱溫升模式下，混凝土溫度和循環(huán)介質(zhì)溫度能夠較好的匹配，且介質(zhì)溫度相對穩(wěn)定，而在恒溫模式下，混凝土溫度與循環(huán)介質(zhì)溫度匹配性較差，且循環(huán)介質(zhì)溫度波動較大。
[0041]本發(fā)明中采用的保溫時間是48小時。不同保溫時間的溫度應(yīng)力試驗與施工中混凝土實際溫度曲線對比如圖4所示，若保溫時間過短(如24h)，混凝土力學(xué)強(qiáng)度較低，塑性變形較大，水化反應(yīng)較短，甚至有可能在實際溫度曲線尚未到達(dá)降溫階段就開始降溫，試驗易產(chǎn)生誤差，而此時實測開裂應(yīng)力較低，計算的抗裂安全系數(shù)偏低，此溫度歷程對評價混凝土抗裂性來說敏感性過高(如表1所示);若保溫時間過長(如72h)混凝土抗拉強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能得到了增加，因此開裂應(yīng)力相應(yīng)增大，計算出的抗裂安全系數(shù)總體偏大，此溫度歷程對評價混凝土抗裂性來說敏感性過低(如表2所示)；對于保溫48h的試件，與實際混凝土溫度曲線相對較為匹配，混凝土成熟度與標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)9天左右的混凝土試件相當(dāng)，而此時抗拉強(qiáng)度尚未到達(dá)至較為安全的程度，導(dǎo)致這個時間段混凝土更容易發(fā)生開裂。因此考慮減小試驗誤差、提高試驗效率等因素，保溫時間選擇為48h。
[0042]表1同一組混凝土在不同保溫時間的溫度應(yīng)力試驗下的Kf值
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種混凝土抗裂能力數(shù)值化評價方法，其特征在于包括以下步驟: 使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)，設(shè)定溫度試驗條件為:絕熱溫升模式；環(huán)境溫度范圍25±4°C ；保溫時間48h ;降溫速率2V /h ;步進(jìn)單位0.8?1.3 μ m ;約束度100% ； 測試溫度應(yīng)力試驗機(jī)中的混凝土試件的試驗數(shù)據(jù)，所述測試得到的試驗數(shù)據(jù)包括:室溫應(yīng)力和開裂應(yīng)力，室溫應(yīng)力指在降溫階段混凝土試件溫度與環(huán)境溫度相同時的應(yīng)力大?。婚_裂應(yīng)力指混凝土試件斷裂時刻對應(yīng)的應(yīng)力值； 計算抗裂安全系數(shù)Kf并作為混凝土抗裂能力評價標(biāo)準(zhǔn)， ftk(x)/Ox=Kf (2-1) 式2_2中 ftk(x)為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，在此以測試得到的開裂應(yīng)力代入計算， σ x為實測混凝土試件的拉應(yīng)力，在此以測試得到的室溫應(yīng)力代入計算； 當(dāng)Kf > 1.15時，表明被測試混凝土試件具有較好的抗裂性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:溫度應(yīng)力試驗機(jī)需調(diào)節(jié)混凝土試件的初始溫度至20±3°C范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:使用溫度應(yīng)力試驗機(jī)對混凝土試件的測試過程為:試驗開始后混凝土試件開始水化發(fā)熱，溫度升高，模板溫度與混凝土試件芯部溫度保持小于0.3°C，以達(dá)到近似絕熱狀態(tài)；當(dāng)混凝土試件發(fā)生體積變形超過1.3 μ m，此時試驗設(shè)備的步進(jìn)電機(jī)啟動，將試件拉(或壓)回原位，以達(dá)到100%約束度；當(dāng)混凝土試件達(dá)到溫峰，溫度將被保持48h，然后以2V /h的速率降溫，直至混凝土試件斷裂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:還包括以應(yīng)力儲備作為混凝土抗裂能力評價標(biāo)準(zhǔn)，所述應(yīng)力儲備=[(開裂應(yīng)力-室溫應(yīng)力)/開裂應(yīng)力]*100%，當(dāng)應(yīng)力儲備> 13%時，混凝土具有較好的抗裂性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述測試得到的試驗數(shù)據(jù)還包括:最高溫度、第二零應(yīng)力溫度、室溫應(yīng)力、開裂溫度、開裂應(yīng)力等等參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:還包括以橫向指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，所述橫向指標(biāo)包括: 開裂溫度:開裂溫度低的混凝土試件，其抗裂性能較好； 斷裂溫差:即“最高溫度-開裂溫度”的值，斷裂溫差越大，混凝土抗裂能力越強(qiáng)； 開裂應(yīng)力:開裂應(yīng)力越大，混凝土抗裂能力越強(qiáng)； 第二零應(yīng)力溫度:第二零應(yīng)力溫度越低，混凝土抗裂能力越強(qiáng)； 室溫應(yīng)力:室溫應(yīng)力越小，混凝土抗裂能力越強(qiáng)。
【文檔編號】G01N3/18GK103852384SQ201410088111
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】宋雪峰, 李超, 王勝年, 范志宏, 徐兆全 申請人:中交四航工程研究院有限公司, 廣州四航材料科技有限公司, 中交四航巖土工程有限公司, 廣州港灣工程質(zhì)量檢測有限公司