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        塑性混凝土彈性模量的計算方法

        2013-10-22 07:24:18
        三峽大學學報(自然科學版) 2013年4期
        關(guān)鍵詞:割線對應點斜率

        李 楊

        (鄭州大學 新型建材與結(jié)構(gòu)研究中心,鄭州 450002)

        塑性混凝土由粘土、膨潤土和水泥等膠凝材料,砂子和石子等骨料,粉煤灰和礦渣等摻合料,減水劑和引氣劑等外加劑,經(jīng)加水拌合后攪拌、澆筑、凝結(jié)與硬化而形成的一種復合柔性工程材料,其彈性模量的室內(nèi)測試沒有現(xiàn)行規(guī)范,試驗要求基本參照普通混凝土試驗規(guī)程,由于其變形性能有別于土和普通混凝土,故完全采用普通混凝土或土的彈性模量測試方法存在較多問題[1].本文歸納了近期塑性混凝土彈性模量測試方法的研究成果,并對彈性模量計算方法進行探討,結(jié)論可為塑性混凝土材料相關(guān)規(guī)范制定和配合比設(shè)計提供參考.

        1 近期研究成果

        塑性混凝土彈性模量試驗方法與普通混凝土彈性模量試驗方法相似,但是在預加載、加載速率、測量標距和割線點的截取范圍等方面稍有不同.付超云等認為對一定強度的塑性混凝土,存在一個加載速率范圍,在這個范圍之內(nèi),塑性混凝土強度和峰值應變受加載速率的影響較大[2].王清友等認為塑性混凝土彈性模量試驗宜采用位移控制,速率為0.2mm/min較為合適[3].李家正等認為試件不需預壓,但平均加載速率應控制在0.05~0.15MPa/s,同時試件的變形速率應維持在10-5/s.李清富等認為應先預壓至相鄰兩次變形值相差不超過0.004mm,并控制加載速率在0.05~0.1MPa/s,采用300mm測量標距較為合適[4].王四巍等認為測量標距減小,彈性模量值增大,試驗不需預壓且測量標距應取試件全長300mm,截取0.3倍、0.7倍峰值強度對應點割線斜率[5].楊林等認為截取0.3倍、0.7倍峰值強度對應點割線斜率較好[6].高丹盈等認為截取0.3倍、0.6倍峰值強度對應點割線斜率或0.45倍峰值強度對應點的切線斜率較好[7-8].袁梅等認為截取0倍、0.4倍峰值強度對應點的割線斜率較好[9].

        綜上,在塑性混凝土彈性模量測試上,研究者對彈性模量變形測量標距應為試件全長、試件不預壓、采用作圖法計算、取割線斜率、控制加載速率在0.05~0.15MPa/s范圍內(nèi)等問題已基本達成共識,但在割線點的選定上仍存異議.本文針對此問題,對塑性混凝土彈性模量的計算方法進行研究.

        2 試驗設(shè)計及計算方法

        2.1 試驗設(shè)計

        試驗采用原材料為:河南省衛(wèi)輝市天瑞水泥廠有限公司生產(chǎn)的“天瑞”牌袋裝P.O42.5級普通硅酸鹽水泥;河南省信陽市平橋區(qū)廣運膨潤土有限公司生產(chǎn)的“廣運”牌鈣基一級膨潤土;粗骨料為粒徑5~20 mm的碎石;細骨料為天然河砂,細度模數(shù)2.3,屬中砂,顆粒級配曲線位于Ⅱ區(qū).原材料相關(guān)指標均符合規(guī)范要求.

        采用強制式攪拌機拌合,人工插搗成型,在(20±5)℃的室內(nèi)靜置48h后拆模并移入標準養(yǎng)護室,養(yǎng)護至28d齡期后試驗.試驗在3000kN數(shù)顯壓力試驗機上進行,試件尺寸為150mm×150mm×300mm,加載速率為0.1MPa/s,變形測量標距為試件全長300mm.塑性混凝土應力-應變關(guān)系曲線測試時,荷載和豎向變形分別采用荷載傳感器和電子位移計量測,通過IMP數(shù)據(jù)采集儀自動采集.配合比設(shè)計和軸心抗壓強度見表1.

        表1 塑性混凝土配合比設(shè)計及28d軸心抗壓強度

        2.2 試驗方法

        圖1是實測塑性混凝土典型的無側(cè)限受壓應力-應變曲線.塑性混凝土彈性模量計算的難點是其受壓時存在初始加載彎曲段OP1.初始加載彎曲段內(nèi),塑性混凝土試件被壓密實[9],受壓應力-應變曲線斜率逐漸增大.隨后直線段P1P2內(nèi),塑性混凝土應力-應變曲線斜率較為穩(wěn)定,此時是計算其彈性模量值的最佳階段.

        圖1 塑性混凝土無側(cè)限受壓應力-應變?nèi)€

        首先對實測塑性混凝土無側(cè)限受壓應力-應變曲線分析,發(fā)現(xiàn)其應力-應變曲線在約0.2倍、0.8倍峰值強度對應點之間呈較好的直線.根據(jù)曲線特點,猜測直線段起始點P1選取過小或終止點P2選取過大都會造成塑性混凝土彈性模量計算值的減小.結(jié)合近期研究成果,本次欲取直線段起始點P1分別為:0.2σ和0.3σ;直線段終止點P2分別為0.6σ、0.7σ和0.8σ.彈性模量值參照《水工混凝土試驗規(guī)程》(DL/T5150-2001)按照公式1計算.

        式中,E為彈性模量(MPa),根據(jù)P1和P2點的不同,彈性模量計算值編號分別為E26、E27、E28、E36、E37和E38;P1為直線段起始點荷載(N),分別為極限破壞荷載的0.2倍和0.3倍;P2為直線段終止點荷載(N),分別為極限破壞荷載的0.6倍、0.7倍和0.8倍;ΔL為應力從P1增加到P2時試件的變形(mm);L為變形測量標距(mm);A為試件承壓面積(mm2).

        3 試驗結(jié)果與分析

        各組塑性混凝土配合比的6種彈性模量計算值列于表2.計算結(jié)果表明,塑性混凝土無側(cè)限受應力-應變曲線上割線點的選取不同,其彈性模量的計算值不同.E27大于E26和E28的值,E27與二者比值的平均值分別為1.05和1.02;E37大于E38的值,二者比值的平均值為1.04,說明割線點P1選取過小或點P2選取過大都會造成塑性混凝土彈性模量計算值的減小.E37和E36較為接近,原因在于0.3倍峰值應力到0.7倍峰值應力上升段中,塑性混凝土基本呈線性變形,應力-應變曲線大致為直線[7].

        表2 塑性混凝土不同彈性模量計算方法的計算結(jié)果對比

        各組塑性混凝土配合比的E37彈性模量值與其余幾種方法計算的彈性模量值統(tǒng)計關(guān)系列于表3.統(tǒng)計表明,各配合比的E37與E36比值的離散程度與E37與E38比值的離散程度相同,同時E37與E36和E38的線性關(guān)系均較好.但從平均值看,E37與E36更為接近,E37與E36的數(shù)值近似程度和線性相關(guān)關(guān)系要好于與其他幾種方法計算的彈性模量值的近似程度和相關(guān)關(guān)系.可以認為,塑性混凝土受壓應力-應變曲線上升段中從0.3倍峰值應力到0.7倍峰值應力為較為穩(wěn)定的階段,采用E37和E36的方法計算其彈性模量數(shù)值相差不大.然而塑性混凝土強度較低,數(shù)據(jù)點的離散性較大,在滿足線性關(guān)系的前提下,為減小誤差應盡可能的擴大彈性模量的計算區(qū)間[6],建議塑性混凝土彈性模量計算可取受壓應力-應變曲線上0.3倍、0.7倍峰值強度對應點的割線斜率.

        表3 計算彈性模量值之間關(guān)系參數(shù)

        4 結(jié) 論

        通過塑性混凝土彈性模量試驗的歸納與研究,對其計算方法中P1和P2點的選取進行討論,得出了以下結(jié)論:①塑性混凝土彈性模量取受壓應力-應變曲線上0.3倍、0.6倍峰值強度對應點的割線斜率或0.3倍、0.7倍峰值強度對應點的割線斜率時,二者數(shù)值相差不大;②為減小誤差,擴大計算區(qū)間,塑性混凝土彈性模量計算可取受壓應力-應變曲線上0.3倍、0.7倍峰值強度對應點的割線斜率.

        [1]王四巍.塑性混凝土彈性模量室內(nèi)試驗研究[J].水文工程地質(zhì),2011,38(3):73-75.

        [2]高丹盈,付超云,趙利梅.加載速度對塑性混凝土強度的影響[J].人民黃河,2009,31(6):115-116.

        [3]王清友,孫萬功,熊 歡.塑性混凝土防滲墻[M].北京:中國水利水電出版社,2008:78.

        [4]李清富,張 鵬,張保雷.塑性混凝土彈性模量的實驗研究[J].水力發(fā)電,2005,31(3):30-32.

        [5]王四巍,于懷昌,高丹盈,等.塑性混凝土彈性模量室內(nèi)試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2011,38(3):73-75.

        [6]楊 林,楊 靜,季洪奎.塑性混凝土彈性模量研究[J].三峽大學學報:自然科學版,2012,34(5):66-68.

        [7]高丹盈,趙利梅,王四巍.塑性混凝土彈性模量的計算方法[J].鄭州大學學報:工學版,2009,30(4):15-17.

        [8]趙利梅.塑性混凝土基本力學及變形性能研究[D].鄭州:鄭州大學,2009.

        [9]中國水利水電第十四工程局有限公司.一種測定塑性混凝土彈性模量的試驗方法:中國.201010249723.7[P].2011-07-06.

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