現(xiàn)場測試混凝土彈性模量的方法研究[J]

1、本文檔下載自文庫下載網(wǎng)，內(nèi)容可能不完整，您可以點(diǎn)擊以下網(wǎng)址繼續(xù)閱讀或下載：/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html現(xiàn)場測試混凝土彈性模量的方法研究第23卷第5期2010年10月四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Vol?23?No?5Oct?2010文章編號:1673?1549(2010)05?0504?04現(xiàn)場測試混凝土彈性模量的方法研究楊成學(xué),楊文禮,楊露121(1.河南高速公路發(fā)

2、展有限責(zé)任公司,鄭州450015;2.河南交通投資集團(tuán)有限公司,鄭州450015)?摘?要:近年來,混凝土的彈性模量值引起了日益廣泛的重視,其在計(jì)算鋼筋混凝土的變形、裂縫擴(kuò)展、溫度應(yīng)力以及估算預(yù)應(yīng)力損失等方面是必不可少的指標(biāo)。采用傳統(tǒng)的靜力載荷試驗(yàn)的方法測試混凝土材料的彈性模量存在著費(fèi)事、費(fèi)時(shí)、代表性不強(qiáng)和難以全面檢測等缺點(diǎn),我們利用現(xiàn)場無損檢測的方法測試混凝土結(jié)構(gòu)和材料的彈性模量,較好地解決了上述問題。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場測試;混凝土;彈性模量;無損檢測中圖分類號:TU41文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A幾個(gè)方面:(1)混凝土質(zhì)量檢測:混凝土的彈性模量與強(qiáng)度之間有一定的相關(guān)關(guān)系,彈模越高,其強(qiáng)度一般也越高。特別是在混

3、凝土的配合比、養(yǎng)護(hù)條件相同時(shí),混凝土的彈性模量與強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系更加明顯1?21研究背景1?1高性能混凝土測試彈性模量的重要性在混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制中,迄今主要以強(qiáng)度、坍落度作為主要控制指標(biāo)。近年來,混凝土的彈性模量值引起了日益廣泛的重視,其在計(jì)算鋼筋混凝土的變形、裂縫擴(kuò)展和大體積混凝土的溫度應(yīng)力等方面是必不可少的指標(biāo)。尤其是在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的張拉/放張施工時(shí),由于混凝土標(biāo)號高、需要嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力損失等因素,實(shí)測混凝土的彈性模量值的意義顯得更為重要。對混凝土結(jié)構(gòu)物特別是高性能混凝土的彈性模量測試是非常重要的指標(biāo),意義很重大。鐵道部頒布的?客運(yùn)專線高性能混凝土技術(shù)條件 的混凝土力學(xué)http

4、://doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html性能抽檢要求中的預(yù)應(yīng)力梁的檢驗(yàn)項(xiàng)目:終拉/放張時(shí)彈性模量,28d或56d彈性模量(檢驗(yàn)頻次每件預(yù)制梁至少各一組),對高性能混凝土的28d彈性模量值要求達(dá)到35?5GPa。1?2工程應(yīng)用由于采用傳統(tǒng)的靜力載荷試驗(yàn)的方法測試混凝土材料的彈性模量存在著實(shí)驗(yàn)費(fèi)事費(fèi)時(shí)、代表性不強(qiáng)和難以全面檢測等缺點(diǎn),因此國內(nèi)外開始研究利用無損檢測的方法測試混凝土結(jié)構(gòu)和材料的彈性模量。該方法具有測試效率高、成本低和范圍廣,特別是能夠測試彈性模量隨齡期變化的優(yōu)點(diǎn),使其具有非常廣闊的發(fā)展前景。混凝土彈性模量的現(xiàn)場測試

5、,主要可以應(yīng)用于以下;(2)張拉/放張時(shí)期的最優(yōu)化:為了降低預(yù)應(yīng)力在施工時(shí)損失的同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)性,利用彈性模量來控制張拉/放張時(shí)期是非常有意義的;(3)變形、裂縫和溫度應(yīng)力的預(yù)測:在變形、裂縫以及溫度應(yīng)力的預(yù)測等方面,彈性模量起到不可替代的作用;4)長期健康監(jiān)測的初始數(shù)據(jù):由于混凝土材料的剛性(彈性模量)比強(qiáng)度對劣化更為敏感,因此,在施工時(shí)掌握全面的彈性模量數(shù)據(jù)對今后的健康監(jiān)測有非常重要的意義。1?3主要問題作為一種新的測試方法,利用沖擊彈性波測試混凝土彈性模量,主要有以下問題需要重視和解決:(1)彈性模量的實(shí)質(zhì):利用沖擊彈性波測試的彈性模量為動彈性模量,而通常所要求的為靜彈性模量。這兩者之間的

6、關(guān)系需要明確;(2)齡期的問題:由于混凝土的強(qiáng)度、彈性模量與其齡期有密切的關(guān)系,因此測試時(shí)間的影響是不容忽視的;(3)鋼筋的影響:在混凝土構(gòu)件中的鋼筋的波速一般快于混凝土的波速,對其影響應(yīng)有充分的認(rèn)識。收稿日期:2010?10?11?,第23卷第5期?楊成學(xué)等:現(xiàn)場測試混凝土彈性模量的方法研究5052測試?yán)碚??1理論思路彈性模量是反應(yīng)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的物理量,由于混凝土是彈塑性體,隨荷載、齡期的不同/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html,其彈性模量也不是定值。本論文的理論思路是通過測試動彈性模量,并結(jié)合動彈性模量與

7、靜彈性模量的關(guān)系,推測出靜彈性模量。2?2靜彈性模量測試參考規(guī)范GB/T50081-2002,!普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)?的規(guī)定,采用(150#150#300mm)的棱柱體試件。混凝土彈性模量應(yīng)按下式計(jì)算:EC=Fa-F0L#A(1)因此,可以通過測試P波波速來推算混凝土材料的彈性模量。此外,P波波速的測試可以用透過法,也可以用重復(fù)反射法(即沖擊回波法)。3研究基礎(chǔ)3?1測試設(shè)備四川升拓檢測技術(shù)有限責(zé)任公司開發(fā)了針對混凝土結(jié)構(gòu)/材料彈性模量的測試設(shè)備(SCE-EMT)。該設(shè)備既可適用于棱形試件,也可以測試實(shí)際的構(gòu)件,其測試距離可達(dá)20米以上。3?2靜動彈性模量間的關(guān)系目前對混凝土結(jié)構(gòu)中靜

8、彈性模量和動彈性模量的關(guān)系作了大量的基礎(chǔ)研究。其研究結(jié)果主要有:一般認(rèn)為,利用超聲波測試的波速換算的動彈性模量要比相應(yīng)的靜彈性模量大10%-40%。對于沖擊彈性波測試的動彈性模量與相應(yīng)的靜彈性模量(初始切線模量)一般認(rèn)為相差不大。圖1是四川升拓檢測技術(shù)有限責(zé)任公司的測試結(jié)果,圖2和圖3是日本清水研究所的研究成果。3其中,EC可以是初期切線彈性模量,也可以是割線彈性模量。然而,對大體積混凝土構(gòu)件的靜彈性模量尚無可行的測試方法。2?3動彈性模量測試動彈性模量(Ed)測試的測量方法是振動法。當(dāng)材料受力振動時(shí),材料經(jīng)歷著周期性的應(yīng)力應(yīng)變過程,各項(xiàng)振動參數(shù)正是材料性質(zhì)的反應(yīng)。根據(jù)材料振動的狀態(tài)不同,振動

9、法包括:共振法、敲擊法以及超聲脈沖法。(1)共振法與敲擊法在測定Ed時(shí)要求試件具有一定的長、寬、高的比例,并成條桿狀便于稱取重量,因此,它僅適用于試驗(yàn)室的試件及形狀有規(guī)則的部分預(yù)制構(gòu)件,而不宜用于大型的、非桿狀件或變異截面的試件/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html以及直接在構(gòu)建物上測試。因此如何擴(kuò)大應(yīng)用范圍、測量更多類型的截面試件以及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)物混凝土的彈性模量,仍然是一個(gè)值得深入研究的課題。(2)超聲脈沖法主要是通過超聲縱波平測法或通過檢測技術(shù),并通過數(shù)學(xué)最小二乘法,時(shí)、距回歸方程等測出超聲聲速值來計(jì)算混凝土的彈

10、性參數(shù)。(3)彈性波理論彈性波的各種波中,P波速度最快。在通常的混凝土構(gòu)件中,P波的傳播速度VP由下式表示:VP3=?(1 )(1-2 )(2)其中,E為材料的動彈性模量, 為泊松比,一般可取0?16-0?20,?為混凝土密度,一般可取2300kg/m-2400kg/m。而對于棱形試件,則為一維傳播,其P波的傳播速度為:VP1=(3)333?3靜、動彈性模量的影響因素影響混凝土靜彈性模量的因素有:混凝土的強(qiáng)度等級越高,彈性模量越高。水泥用量少,水灰比小,粗細(xì)骨料用量較多,彈性模量大。骨料彈性模量大,混凝土彈性模量也大。506四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)?ET=C?Tn?2010年10月(4)

11、其中,ET為T天的模量,C、n均為常數(shù)。因此,對一定的配合、養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土,只要能夠測出2個(gè)以上的值,即可推算28天齡期的模量。3?6鋼筋的影響對于超聲波等波長較短的測試方法,鋼筋的影響比較明顯。而對于沖擊彈性波這樣的波長較長的測試媒介,鋼筋的影響程度大大減弱,并可以加以較好的修正。此外,沖擊彈性波還可以測試混凝土-鋼筋復(fù)合體圖3振動法測試動彈性模量與實(shí)驗(yàn)室試件測試的靜彈性模量的關(guān)系/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html的彈性模量,在實(shí)際的變形計(jì)算、預(yù)應(yīng)力分析時(shí)有較高的實(shí)際意義。在相同強(qiáng)度情況下,蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土

12、彈性模量較在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土彈性模量小。引氣混凝土彈性模量較普通混凝土低20%-30%。影響混凝土動彈性模量(主要是波速參數(shù))的因素見表1。表1影響動彈性模量因素項(xiàng)目影響要素水灰比的增加單位用水量的增加配合粗骨材的最大粒徑的増大粗骨材種類骨材量増加空氣量増加養(yǎng)生方法養(yǎng)生材齡増加含水量増加空隙増加狀態(tài)變化/裂化埋設(shè)鋼筋各細(xì)微裂縫的增加外力的裂縫鋼筋密集傳播速度變化方式降低降低降低影響増加降低影響増加増加(P波)降低降低多少降低多少増加4應(yīng)用實(shí)例我們采用四川升拓檢測技術(shù)有限責(zé)任公司開發(fā)的基于沖擊彈性波的混凝土材料/結(jié)構(gòu)彈性模量測試系統(tǒng),并在連霍高速鄭洛段擴(kuò)建工程參與了?通過控制彈性模量來防止

13、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)物的預(yù)應(yīng)力損失 課題。4?1箱梁彈性模量測試本次檢測對象為連霍高速鄭洛段擴(kuò)建程N(yùn)O?3預(yù)制箱梁,箱梁的長度為30m,檢測的數(shù)量為8根,每根箱梁中布測線3條(分別在翼板、腹板和底板)。測線的布置方向?yàn)殚L方向,箱梁的其中一端的布點(diǎn)如圖4所示,另一端布點(diǎn)與其對應(yīng),構(gòu)成測線。3?4混凝土品質(zhì)與P波速度的關(guān)系基于P波速度對混凝土品質(zhì)的評價(jià),表2是ASTM的提案。但是表2的品質(zhì)分類不適合所有的混凝土。P波速度與骨材種類、用量,混凝土配合、養(yǎng)護(hù)等的變化相關(guān)。收集混凝土相關(guān)的信息可很好的解釋彈性波速度。表2ASTM提案品質(zhì)4570366045703050366021303050?注:混凝土密度:24

14、00kg/cm3,速度單位:m/s://doc/4df619242f60ddccda38a0aa.htmlar評價(jià)優(yōu)良一般不好不可4圖4測線布點(diǎn)從圖5箱梁的靜彈性模量的檢測結(jié)果可以看出:(1)測試的3根箱梁的彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)的模量35?5GPa;(2)底部測點(diǎn)比翼板、腹板的靜彈性模量偏大,主要原因是與施工振搗時(shí),骨料下沉至箱梁底部,導(dǎo)致測試;3?5混凝土齡期與P波速度/彈性模量的關(guān)系根據(jù)研究,混凝土的P波速度或彈性模量與齡期的:第23卷第5期?楊成學(xué)等:現(xiàn)場測試混凝土彈性模量的方法研究507(3)在5-7天彈模有較大幅度的降低,其原因在于養(yǎng)護(hù)條件的變化。

15、的靜彈性模量,為現(xiàn)場施工質(zhì)量的有效管理提供了新的方法。表3試件測試結(jié)果一覽表編號123456789波速(KM/S)4?2914?0734?3454?3114?3884?1244?2734?3884?3884?287動彈性模量(GPa)44?1939?1145?3044?6046?2140?8143?8246?2146?2144?05靜彈性模量(GPa)41?136?442?141?543?038?040?843?043?041?0圖5NO?3箱梁靜彈性模量趨勢圖均值4?2試件驗(yàn)證試驗(yàn)我們對NO?3預(yù)制箱梁試驗(yàn)室齡期為28D標(biāo)準(zhǔn)試件(15cm*15cm*15cm)進(jìn)行了測試。測試方法采用反射法測

16、試。測試的試件總數(shù)為9件,每件試件的測點(diǎn)位置在試件側(cè)面的中心位置,每個(gè)試件的測試數(shù)據(jù)總數(shù)為10次。測試的結(jié)果采用10次測試數(shù)據(jù)的等價(jià)值,結(jié)果見表3。試件得到的彈性模量的平均值(41?0GPa)與構(gòu)件的28天模量/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html平均值(40?1GPa)非常接近,在一定程度上說明了測試結(jié)果的可信性。2參考文獻(xiàn):1日本土木學(xué)會.弾性波法? !?#?%&非破壊検査?関? 委員會報(bào)告及()? ,?論文集M.東京:日本土木學(xué)會,2004.Jones,R.:Non?destructivetestingofconcreteM.CambridgeUniversityPress,1962.3日本土木學(xué)會.弾性波法? !?#?%&非破壊検査?関? 委員會報(bào)告及()? ,?論文集M.東京:日本土木學(xué)會,2007.4ASTM(AmericanStandardforTestingandMateri?als):StandardTestMethodforMeasurin