現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，內容可能不完整，您可以點擊以下網址繼續(xù)閱讀或下載：/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html現場測試混凝土彈性模量的方法研究第23卷第5期2010年10月四川理工學院學報(自然科學版)JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Vol?23?No?5Oct?2010文章編號:1673?1549(2010)05?0504?04現場測試混凝土彈性模量的方法研究楊成學,楊文禮,楊露121(1.河南高速公路發(fā)

2、展有限責任公司,鄭州450015;2.河南交通投資集團有限公司,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,其在計算鋼筋混凝土的變形、裂縫擴展、溫度應力以及估算預應力損失等方面是必不可少的指標。采用傳統(tǒng)的靜力載荷試驗的方法測試混凝土材料的彈性模量存在著費事、費時、代表性不強和難以全面檢測等缺點,我們利用現場無損檢測的方法測試混凝土結構和材料的彈性模量,較好地解決了上述問題。關鍵詞:現場測試;混凝土;彈性模量;無損檢測中圖分類號:TU41文獻標識碼:A幾個方面:(1)混凝土質量檢測:混凝土的彈性模量與強度之間有一定的相關關系,彈模越高,其強度一般也越高。特別是在混

3、凝土的配合比、養(yǎng)護條件相同時,混凝土的彈性模量與強度之間的相關關系更加明顯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構的質量控制中,迄今主要以強度、坍落度作為主要控制指標。近年來,混凝土的彈性模量值引起了日益廣泛的重視,其在計算鋼筋混凝土的變形、裂縫擴展和大體積混凝土的溫度應力等方面是必不可少的指標。尤其是在預應力鋼筋混凝土梁的張拉/放張施工時,由于混凝土標號高、需要嚴格控制預應力損失等因素,實測混凝土的彈性模量值的意義顯得更為重要。對混凝土結構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,意義很重大。鐵道部頒布的?客運專線高性能混凝土技術條件 的混凝土力學http

4、://doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html性能抽檢要求中的預應力梁的檢驗項目:終拉/放張時彈性模量,28d或56d彈性模量(檢驗頻次每件預制梁至少各一組),對高性能混凝土的28d彈性模量值要求達到35?5GPa。1?2工程應用由于采用傳統(tǒng)的靜力載荷試驗的方法測試混凝土材料的彈性模量存在著實驗費事費時、代表性不強和難以全面檢測等缺點,因此國內外開始研究利用無損檢測的方法測試混凝土結構和材料的彈性模量。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,使其具有非常廣闊的發(fā)展前景?；炷翉椥阅Ａ康默F場測試

5、,主要可以應用于以下;(2)張拉/放張時期的最優(yōu)化:為了降低預應力在施工時損失的同時保證經濟性,利用彈性模量來控制張拉/放張時期是非常有意義的;(3)變形、裂縫和溫度應力的預測:在變形、裂縫以及溫度應力的預測等方面,彈性模量起到不可替代的作用;4)長期健康監(jiān)測的初始數據:由于混凝土材料的剛性(彈性模量)比強度對劣化更為敏感,因此,在施工時掌握全面的彈性模量數據對今后的健康監(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)彈性模量的實質: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、關系需要明確;(2)齡期的問題:由于混凝土的強度、彈性模量與其齡期有密切的關系,因此測試時間的影響是不容忽視的;(3)鋼筋的影響:在混凝土構件中的鋼筋的波速一般快于混凝土的波速,對其影響應有充分的認識。收稿日期:2010?10?11?,第23卷第5期?楊成學等:現場測試混凝土彈性模量的方法研究5052測試理論2?1理論思路彈性模量是反應應力與應變關系的物理量,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,并結合動彈性模量與

7、靜彈性模量的關系,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,!普通混凝土力學性能試驗方法標準?的規(guī)定,采用(150#150#300mm)的棱柱體試件?；炷翉椥阅Ａ繎聪率接嬎?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,也可以用重復反射法(即沖擊回波法)。3研究基礎3?1測試設備四川升拓檢測技術有限責任公司開發(fā)了針對混凝土結構/材料彈性模量的測試設備(SCE-EMT)。該設備既可適用于棱形試件,也可以測試實際的構件,其測試距離可達20米以上。3?2靜動彈性模量間的關系目前對混凝土結構中靜

8、彈性模量和動彈性模量的關系作了大量的基礎研究。其研究結果主要有:一般認為,利用超聲波測試的波速換算的動彈性模量要比相應的靜彈性模量大10%-40%。對于沖擊彈性波測試的動彈性模量與相應的靜彈性模量(初始切線模量)一般認為相差不大。圖1是四川升拓檢測技術有限責任公司的測試結果,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。當材料受力振動時,材料經歷著周期性的應力應變過程,各項振動參數正是材料性質的反應。根據材料振動的狀態(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,它僅適用于試驗室的試件及形狀有規(guī)則的部分預制構件,而不宜用于大型的、非桿狀件或變異截面的試件/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html以及直接在構建物上測試。因此如何擴大應用范圍、測量更多類型的截面試件以及現場結構物混凝土的彈性模量,仍然是一個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,并通過數學最小二乘法,時、距回歸方程等測出超聲聲速值來計算混凝土的彈

10、性參數。(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:混凝土的強度等級越高,彈性模量越高。水泥用量少,水灰比小,粗細骨料用量較多,彈性模量大。骨料彈性模量大,混凝土彈性模量也大。506四川理工學院學報(自然科學版)?ET=C?Tn?2010年10月(4)

11、其中,ET為T天的模量,C、n均為常數。因此,對一定的配合、養(yǎng)護條件下的混凝土,只要能夠測出2個以上的值,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-鋼筋復合體圖3振動法測試動彈性模量與實驗室試件測試的靜彈性模量的關系/doc/4df619242f60ddccda38a0aa.html的彈性模量,在實際的變形計算、預應力分析時有較高的實際意義。在相同強度情況下,蒸汽養(yǎng)護混凝土

12、彈性模量較在標準條件下養(yǎng)護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)的因素見表1。表1影響動彈性模量因素項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/裂化埋設鋼筋各細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應用實例我們采用四川升拓檢測技術有限責任公司開發(fā)的基于沖擊彈性波的混凝土材料/結構彈性模量測試系統(tǒng),并在連霍高速鄭洛段擴建工程參與了?通過控制彈性模量來防止

13、預應力結構物的預應力損失 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建程NO?3預制箱梁,箱梁的長度為30m,檢測的數量為8根,每根箱梁中布測線3條(分別在翼板、腹板和底板)。測線的布置方向為長方向,箱梁的其中一端的布點如圖4所示,另一端布點與其對應,構成測線。3?4混凝土品質與P波速度的關系基于P波速度對混凝土品質的評價,表2是ASTM的提案。但是表2的品質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)護等的變化相關。收集混凝土相關的信息可很好的解釋彈性波速度。表2ASTM提案品質4570366045703050366021303050?注:混凝土密度:24

14、00kg/cm3,速度單位:m/s://doc/4df619242f60ddccda38a0aa.htmlar評價優(yōu)良一般不好不可4圖4測線布點從圖5箱梁的靜彈性模量的檢測結果可以看出:(1)測試的3根箱梁的彈性模量均達到設計的模量35?5GPa;(2)底部測點比翼板、腹板的靜彈性模量偏大,主要原因是與施工振搗時,骨料下沉至箱梁底部,導致測試;3?5混凝土齡期與P波速度/彈性模量的關系根據研究,混凝土的P波速度或彈性模量與齡期的:第23卷第5期?楊成學等:現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)護條件的變化。

15、的靜彈性模量,為現場施工質量的有效管理提供了新的方法。表3試件測試結果一覽表編號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試件驗證試驗我們對NO?3預制箱梁試驗室齡期為28D標準試件(15cm*15cm*15cm)進行了測試。測試方法采用反射法測

16、試。測試的試件總數為9件,每件試件的測點位置在試件側面的中心位置,每個試件的測試數據總數為10次。測試的結果采用10次測試數據的等價值,結果見表3。試件得到的彈性模量的平均值(41?0GPa)與構件的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果的可信性。2參考文獻:1日本土木學會.弾性波法? !?#?%&非破壊検査?関? 委員會報告及()? ,?論文集M.東京:日本土木學會,2004.Jones,R.:Non?destructivetestingofconcreteM.CambridgeUniversityPress,1962.3日本土木學會.弾性波法? !?#?%&非破壊検査?関? 委員會報告及()? ,?論文集M.東京:日本土木學會,2007.4ASTM(AmericanStandardforTestingandMateri?als):StandardTestMethodforMeasurin