混凝土芯樣的尺寸效應(yīng)分析的論文
摘要：隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)逐漸成為建筑施工中的主要形式，其對(duì)鋼筋直徑、鋼筋間距等各方面都提出較高的要求，需做好中小直徑芯樣取樣工作。然而從現(xiàn)行大多混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀看，在混凝土取芯鑒別方面，仍受尺寸效應(yīng)所影響，以不同尺寸混凝土為例，將其加工為不同高徑比芯樣，可發(fā)現(xiàn)在直徑變化時(shí)抗壓強(qiáng)度也發(fā)生明顯的變化。文章主要通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)，探析尺寸效應(yīng)對(duì)混凝土芯樣產(chǎn)生的影響。
關(guān)鍵詞：混凝土芯樣；尺寸效應(yīng)；抗壓強(qiáng)度；影響
現(xiàn)行對(duì)混凝土強(qiáng)度測(cè)量中，我國(guó)多以鉆芯法檢驗(yàn)形式為主，其精度較高且直觀性較強(qiáng)。從相關(guān)技術(shù)規(guī)范中便可發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)芯樣選取方面，主要以1：1高徑比、100mm直徑的混凝土圓柱體為主。需注意的是這種芯樣形式在實(shí)際應(yīng)用中多存在構(gòu)件尺寸過(guò)小、鋼筋間距過(guò)小等問(wèn)題，使芯樣的應(yīng)用多以小直徑為主，這種尺寸芯樣對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響極為明顯。因此，文章通過(guò)尺寸效應(yīng)對(duì)混凝土芯樣的影響分析，具有十分重要的意義。
1混凝土芯樣的尺寸效應(yīng)概述
1.1尺寸效應(yīng)形成的原因
關(guān)于混凝土，其本身作為多相非均勻材料，形成尺寸效應(yīng)的因素也包含極多，綜合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明，混凝土尺寸效應(yīng)的'形成原因主要表現(xiàn)在：
�。�1）Weibull提出尺寸效應(yīng)因材料強(qiáng)度分布處于隨機(jī)狀態(tài)而產(chǎn)生；
�。�2）Sabnis提出混凝土干燥程度與凝固速度受不同試件尺寸所影響、澆筑材料質(zhì)量因不同的試模尺寸而影響；
�。�3）Neville提出當(dāng)混凝土骨料與密實(shí)度因模板尺寸存在偏差而受到影響時(shí)，尺寸效應(yīng)便由此產(chǎn)生；
�。�4）Bazant提出尺寸效應(yīng)產(chǎn)生的根源在于材料強(qiáng)度具有隨機(jī)性特征、水熱化反應(yīng)以及擴(kuò)散現(xiàn)象等。國(guó)內(nèi)在分析混凝土尺寸效應(yīng)過(guò)程中，大多也通過(guò)統(tǒng)計(jì)尺寸效應(yīng)理論或其他有限元模擬計(jì)算等方式。
1.2混凝土芯樣尺寸效應(yīng)機(jī)理
現(xiàn)行對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)芯樣抗壓分析，大多研究多從三方面著手，即：第一，從芯樣抗壓強(qiáng)度影響因素方面著手，其在研究芯樣尺寸效應(yīng)的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)抗壓強(qiáng)度受其他如混凝土齡期、粒徑以及干濕狀態(tài)影響。第二，在混凝土芯樣取值方面，不同行業(yè)給出不同的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，如建筑領(lǐng)域、港口工程以及冶金行業(yè)中的芯樣取值等。第三，在非標(biāo)準(zhǔn)芯樣討論中，側(cè)重于測(cè)定其基本抗壓強(qiáng)度，并分析抗壓強(qiáng)度區(qū)間。從混凝土芯樣尺寸效應(yīng)機(jī)理看，可具體細(xì)化為兩方面，其一為在判斷材料強(qiáng)度受試件端部約束力影響中，在試件邊長(zhǎng)、高度增大的條件下，這種約束力影響程度會(huì)隨之減弱，可理解為材料強(qiáng)度在試件尺寸增大的情況下逐漸減弱。另一方面則表現(xiàn)為固體材料體積減小時(shí)，其內(nèi)部缺陷也會(huì)隨之減小，可見(jiàn)體積的減小會(huì)提升混凝土抗壓強(qiáng)度。事實(shí)上，對(duì)于芯樣抗壓強(qiáng)度的影響，通�？衫眯緲又睆脚c粗骨料粒徑進(jìn)行對(duì)比，其中的粗骨料除受顆粒大小影響外，很大程度也取決于其切割位置。除此之外，影響芯樣抗壓強(qiáng)度的因素也表現(xiàn)在芯樣干濕度、端部平整度、高徑比以及尺寸等方面。
2尺寸效應(yīng)對(duì)混凝土芯樣強(qiáng)度影響試驗(yàn)
文章在研究混凝土芯樣強(qiáng)度受尺寸效應(yīng)影響時(shí)，涉及的材料主要以水泥、砂、粉煤灰、石以及卵石為主。其中的水泥主要以42.5強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥為主，其平均抗壓強(qiáng)度在3天、28天時(shí)分別可達(dá)到25.8MPa、54.5MPa；而所選擇粉煤灰與砂分別為I級(jí)粉煤灰以及2.7細(xì)度模數(shù)的中砂為主；其他材料如石、卵石等都以連續(xù)級(jí)配為主。另外，在芯樣制取方面，文章試驗(yàn)過(guò)程中主要選擇3000mm長(zhǎng)、800mm寬以及250mm高的澆筑混凝土板為主，其將150×150×150試塊進(jìn)行預(yù)留，并將骨料粒徑控制在10mm、16mm以及20mm方面。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同規(guī)格芯樣的鉆取，可選擇φ32、φ49、φ67、φ100為規(guī)格，在此基礎(chǔ)上對(duì)不同直徑的混凝土板進(jìn)行不同高徑比的加工，主要以0.5、0.8、1.0、1.2、1.5等為高徑比。此時(shí)可得出相關(guān)的試驗(yàn)因素，如67mm直徑的試件，其以1.2為高徑比，且在最大粒徑上為5-16mm，此時(shí)可測(cè)出試件強(qiáng)度等級(jí)為C30。
3混凝土芯樣強(qiáng)度受尺寸效應(yīng)影響結(jié)果分析
3.1試驗(yàn)結(jié)果討論
根據(jù)整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，由于小直徑芯樣，其在試驗(yàn)中所獲取的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)本身帶有明顯的離散性特征，所以考慮引入平均值法，并配合拉依達(dá)原則使所有可疑數(shù)據(jù)被剔除，以此得到相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果。如φ100規(guī)格芯樣，以0.5為高徑比，在抗壓強(qiáng)度測(cè)量中，不同板號(hào)強(qiáng)度分別為45.86MPa、46.40MPa、43.84MPa，而同樣規(guī)格芯樣與板號(hào)，選取0.8高徑比，可得到的抗壓強(qiáng)度為26.50MPa、32.60MPa、26.50MPa；再以φ67規(guī)格芯樣為例，選取1.0作為高徑比，三個(gè)板號(hào)的強(qiáng)度分別為23.38MPa、27.00MPa、26.29MPa，同樣芯樣規(guī)格與板，選取1.2高徑比，可得到的抗壓強(qiáng)度為21.32MPa、24.60MPa、21.12MPa。同理，可使其他規(guī)格下的抗壓強(qiáng)度被測(cè)量。
另外，實(shí)際進(jìn)行芯樣抗壓強(qiáng)度測(cè)定中，也可根據(jù)不同直徑芯樣，對(duì)高徑比變化下芯樣抗壓強(qiáng)度受到的影響進(jìn)行折線圖繪制，能夠發(fā)現(xiàn)高徑比減小過(guò)程中，芯樣抗壓強(qiáng)度會(huì)隨之增大，說(shuō)明混凝土尺寸效應(yīng)在芯樣高徑比極小的情況下將較為顯著，即使芯樣級(jí)配不同、強(qiáng)度等級(jí)不同，其都會(huì)保持同樣的變化趨勢(shì)。
3.2混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度系數(shù)分析與數(shù)據(jù)回歸
為進(jìn)一步驗(yàn)證混凝土抗壓強(qiáng)度受尺寸效應(yīng)的影響，可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系數(shù)換算，能夠得到在高徑比為1.5、1.2、1.0、0.8、0.5情況下各規(guī)格混凝土的抗壓強(qiáng)度系數(shù)，其中在高徑比為0.5與0.8時(shí)，若直徑較小，換算系數(shù)極大。而在1.2與1.5高徑比條件下，直徑減小時(shí)，換算系數(shù)將表現(xiàn)出先增大后變小的趨勢(shì)。另外，根據(jù)所測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果與換算系數(shù)，可采取數(shù)據(jù)回歸形式，通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的回歸方程，能夠得出利用比較小直徑芯樣高徑比的形式，可使混凝土抗壓強(qiáng)度被準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)。同時(shí)，根據(jù)構(gòu)建的回歸方程，能夠分析到芯樣強(qiáng)度受高徑比的影響最為明顯，以f、f非標(biāo)分別表示為標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)芯樣的抗壓強(qiáng)度，且選取D與H作為芯樣直徑與高度，能夠推出f=（0.691+0.187+0.065）f非標(biāo)。從該回歸方程便可證明上述推理的正確性，即影響芯樣強(qiáng)度的主要以高徑比為主。
4結(jié)語(yǔ)
尺寸效應(yīng)是影響混凝土芯樣的主要因素。通過(guò)文中試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，混凝土芯樣在抗壓強(qiáng)度上，很大程度受高徑比所影響，如超出1高徑比情況下，直徑減小時(shí)芯樣強(qiáng)度會(huì)表現(xiàn)出先減后增趨勢(shì)，而在高徑比為1以內(nèi)時(shí)，直徑減小時(shí)芯樣抗壓強(qiáng)度會(huì)隨之提升。另外，在進(jìn)行系數(shù)換算與方程回歸中，也可驗(yàn)證混凝土芯樣強(qiáng)度受強(qiáng)度的影響。
參考文獻(xiàn)
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