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混凝土芯样的尺寸效应分析

作者:admin 发布日期: 2019-05-07 二维码分享

现行对混凝土强度测量中,我国多以钻芯法检验形式为主,其精度较高且直观性较强。从相关技术规范中便可发现,在标准芯样选取方面,主要以1:1高径比、100mm直径的混凝土圆柱体为主。需注意的是这种芯样形式在实际应用中多存在构件尺寸过小、钢筋间距过小等问题,使芯样的应用多以小直径为主,这种尺寸芯样对混凝土抗压强度影响极为明显。因此,文章通过尺寸效应对混凝土芯样的影响分析,具有十分重要的意义。



1、 混凝土芯样的尺寸效应概述

1.1 尺寸效应形成的原因

关于混凝土,其本身作为多相非均匀材料,形成尺寸效应的因素也包含极多,综合近年来国内外学者研究表明,混凝土尺寸效应的形成原因主要表现在:(1)Weibull提出尺寸效应因材料强度分布处于随机状态而产生;(2)Sabnis提出混凝土干燥程度与凝固速度受不同试件尺寸所影响、浇筑材料质量因不同的试模尺寸而影响;(3)Neville提出当混凝土骨料与密实度因模板尺寸存在偏差而受到影响时,尺寸效应便由此产生;(4)Bazant提出尺寸效应产生的根源在于材料强度具有随机性特征、水热化反应以及扩散现象等。国内在分析混凝土尺寸效应过程中,大多也通过统计尺寸效应理论或其他有限元模拟计算等方式。

1.2 混凝土芯样尺寸效应机理

现行对于非标准芯样抗压分析,大多研究多从三方面着手,即:..,从芯样抗压强度影响因素方面着手,其在研究芯样尺寸效应的同时,强调抗压强度受其他如混凝土龄期、粒径以及干湿状态影响。第二,在混凝土芯样取值方面,不同行业给出不同的规程标准,如建筑领域、港口工程以及冶金行业中的芯样取值等。第      三,在非标准芯样讨论中,侧重于测定其基本抗压强度,并分析抗压强度区间。从混凝土芯样尺寸效应机理看,可具体细化为两方面,其一为在判断材料强度受试件端部约束力影响中,在试件边长、高度增大的条件下,这种约束力影响程度会随之减弱,可理解为材料强度在试件尺寸增大的情况下逐渐减弱。另一方面则表现为固体材料体积减小时,其内部缺陷也会随之减小,可见体积的减小会提升混凝土抗压强度。事实上,对于芯样抗压强度的影响,通常可利用芯样直径与粗骨料粒径进行对比,其中的粗骨料除受颗粒大小影响外,很大程度也取决于其切割位置。除此之外,影响芯样抗压强度的因素也表现在芯样干湿度、端部平整度、高径比以及尺寸等方面。

2、 尺寸效应对混凝土芯样强度影响试验

文章在研究混凝土芯样强度受尺寸效应影响时,涉及的材料主要以水泥、砂、粉煤灰、石以及卵石为主。其中的水泥主要以42.5强度等级的硅酸盐水泥为主,其平均抗压强度在3天、28天时分别可达到25.8MPa、54.5MPa;而所选择粉煤灰与砂分别为I级粉煤灰以及2.7细度模数的中砂为主;其他材料如石、卵石等都以连续级配为主。另外,在芯样制取方面,文章试验过程中主要选择3000mm长、800mm宽以及250mm高的浇筑混凝土板为主,其将150×150×150试块进行预留,并将骨料粒径控制在10mm、16mm以及20mm方面。在此基础上进行不同规格芯样的钻取,可选择φ32、φ49、φ67、φ100为规格,在此基础上对不同直径的混凝土板进行不同高径比的加工,主要以0.5、0.8、1.0、1.2、1.5等为高径比。此时可得出相关的试验因素,如67mm直径的试件,其以1.2为高径比,且在.大粒径上为5-16mm,此时可测出试件强度等级为C30。

3、 混凝土芯样强度受尺寸效应影响结果分析

3.1 试验结果讨论

根据整个试验结果能够发现,由于小直径芯样,其在试验中所获取的抗压强度数据本身带有明显的离散性特征,所以考虑引入平均值法,并配合拉依达原则使所有可疑数据被剔除,以此得到相关的试验结果。如φ100规格芯样,以0.5为高径比,在抗压强度测量中,不同板号强度分别为45.86MPa、46.40MPa、43.84MPa,而同样规格芯样与板号,选取0.8高径比,可得到的抗压强度为26.50MPa、32.60MPa、26.50MPa;再以φ67规格芯样为例,选取1.0作为高径比,三个板号的强度分别为23.38MPa、27.00MPa、26.29MPa,同样芯样规格与板,选取1.2高径比,可得到的抗压强度为21.32MPa、24.60MPa、21.12MPa。同理,可使其他规格下的抗压强度被测量。

另外,实际进行芯样抗压强度测定中,也可根据不同直径芯样,对高径比变化下芯样抗压强度受到的影响进行折线图绘制,能够发现高径比减小过程中,芯样抗压强度会随之增大,说明混凝土尺寸效应在芯样高径比极小的情况下将较为显著,即使芯样级配不同、强度等级不同,其都会保持同样的变化趋势。

3.2 混凝土芯样抗压强度系数分析与数据回归

为进一步验证混凝土抗压强度受尺寸效应的影响,可对试验结果进行系数换算,能够得到在高径比为1.5、1.2、1.0、0.8、0.5情况下各规格混凝土的抗压强度系数,其中在高径比为0.5与0.8时,若直径较小,换算系数极大。而在1.2与1.5高径比条件下,直径减小时,换算系数将表现出先增大后变小的趋势。另外,根据所测得的试验结果与换算系数,可采取数据回归形式,通过构建相应的回归方程,能够得出利用比较小直径芯样高径比的形式,可使混凝土抗压强度被准确测量出来。同时,根据构建的回归方程,能够分析到芯样强度受高径比的影响.为明显,以f、f非标分别表示为标准与非标准芯样的抗压强度,且选取D与H作为芯样直径与高度,能够推出f=(0.691+0.187+0.065)f非标。从该回归方程便可证明上述推理的正确性,即影响芯样强度的主要以高径比为主。

4、 结语

尺寸效应是影响混凝土芯样的主要因素。通过文中试验可发现,混凝土芯样在抗压强度上,很大程度受高径比所影响,如超出1高径比情况下,直径减小时芯样强度会表现出先减后增趋势,而在高径比为1以内时,直径减小时芯样抗压强度会随之提升。另外,在进行系数换算与方程回归中,也可验证混凝土芯样强度受强度的影响。

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