賈春鑫，李新生

（蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011）

0 引言

在分析混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土等結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)力、變形和裂縫時(shí)，混凝土彈性模量是一個(gè)非常重要的參數(shù)，彈性模量測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確與否，直接影響分析結(jié)果，特別是對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)尤為重要。

千分表作為規(guī)范[1]中最早規(guī)定的混凝土彈性模量測(cè)試儀器，其經(jīng)濟(jì)適用、原理簡(jiǎn)單，易為試驗(yàn)人員掌握，在工程檢測(cè)中應(yīng)用普遍，但這種測(cè)定方法也存在安裝定位繁雜、試驗(yàn)參與人員多、易引起人為誤差等諸多問(wèn)題。電阻應(yīng)變片法[2]具有測(cè)試精度相對(duì)較高、測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定等特點(diǎn)，倍受高校、科研院所等機(jī)構(gòu)青睞，但該法存在應(yīng)變片不能重復(fù)利用、應(yīng)變片需粘貼24 h后才能試驗(yàn)等缺點(diǎn)，在工程中難以推廣使用。利用激光測(cè)長(zhǎng)儀和位移傳感器來(lái)測(cè)試混凝土的彈性模量，理論上可行，但目前真正應(yīng)用于工程中卻很少見(jiàn)，有關(guān)科研文獻(xiàn)也不多。

基于以上原因，文章探討了KDC-18型位移傳感器與數(shù)顯式儀表配合使用，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期C50混凝土的彈性模量，并與傳統(tǒng)千分表法、電阻應(yīng)變片法進(jìn)行對(duì)比分析。測(cè)試結(jié)果表明，數(shù)顯式電位位移計(jì)法測(cè)試方法簡(jiǎn)便、快速、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，有較好的工程應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 試驗(yàn)裝置選配

為改進(jìn)混凝土受壓彈性模量測(cè)試方法，微變形測(cè)量?jī)x器選用米諾KDC-18鉸鏈?zhǔn)轿灰苽鞲衅?，量?0 mm,內(nèi)置可變電阻為1 000Ω，線性誤差±0.05%，數(shù)字儀表選用2通道高精度自動(dòng)數(shù)顯儀表見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)顯式彈性模量電位位移測(cè)量裝置

該位移傳感器可通過(guò)接觸片位置的變化改變可變電阻兩側(cè)電阻值，使輸出電壓產(chǎn)生變化，而電阻變化與變形成正比，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀對(duì)輸出電壓進(jìn)一步放大，測(cè)試精度可達(dá)±0.001 mm，滿(mǎn)足彈性模量測(cè)試精度要求。

測(cè)試步驟：①在被測(cè)試塊上采用專(zhuān)用固定架確定彈性模量的測(cè)試位置；②將專(zhuān)用螺絲用502膠水固定相應(yīng)測(cè)試位置上；③將位移傳感器固定在專(zhuān)用螺絲上；④被測(cè)試塊放置于壓力試驗(yàn)機(jī)上；⑤連接傳感器與測(cè)試儀表。

2 模擬對(duì)比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)概況

為驗(yàn)證數(shù)顯式電位位移測(cè)量裝置測(cè)試混凝土受壓彈性模量的精準(zhǔn)程度，探討該設(shè)備裝置在實(shí)際工程試驗(yàn)中應(yīng)用的可行性，本試驗(yàn)借助蘇州市城北路改建工程長(zhǎng)滸大橋主橋箱梁混凝土（設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50）及懸臂施工過(guò)程對(duì)混凝土不同齡期彈性模量要求，制作了標(biāo)養(yǎng)條件下的6種齡期（分別為3 d、5 d、7 d、14 d、28 d、56 d）的混凝土棱柱體試件共18組，每組15個(gè)試件，共計(jì)270個(gè)試件。每一種齡期選用3個(gè)試件做軸心抗壓強(qiáng)度，12個(gè)試件分別采用前述三種測(cè)試方法進(jìn)行彈性模量同步對(duì)比試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用南方牌P·O 42.5級(jí)水泥，S95級(jí)礦粉，細(xì)骨料為蕪湖中砂，粗骨料為5~25 mm碎石，聚羧酸系高性能減水劑，以上材料均通過(guò)原材料的各種性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為合格級(jí)。

2.3 混凝土配合比

本試驗(yàn)試件均采用室內(nèi)拌合方式分批成型，配合比見(jiàn)表1。

表1 C50混凝土配合比

2.4 測(cè)試方法的試驗(yàn)效果分析

在混凝土彈性模量試驗(yàn)中由于試件尺寸偏差或微變形測(cè)量?jī)x定位、安裝誤差等因素，導(dǎo)致在試驗(yàn)的對(duì)中階段，常發(fā)生測(cè)讀試件兩側(cè)變形值之差不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求、試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效的情況。選取兩種齡期（7 d、28 d）的混凝土彈性模量試驗(yàn)，分別用上述三種方法驗(yàn)證對(duì)中階段測(cè)試結(jié)果的有效性，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土彈模對(duì)中試驗(yàn)階段不同方法測(cè)試分析結(jié)果匯總

從表2可見(jiàn)：位移計(jì)法與千分表法、應(yīng)變片法基本能取得一致的有效測(cè)試結(jié)果，且測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性、有效性好于千分表。表明該數(shù)顯式電位位移計(jì)可用于混凝土彈性模量試驗(yàn)。

2.5 彈性模量測(cè)試結(jié)果與分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，分析結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)分析結(jié)果繪制本工程中混凝土彈性模量隨齡期的變化曲線，見(jiàn)圖3。

表3 三種方法測(cè)得不同齡期混凝土彈性模量

圖3 混凝土彈性模量隨齡期發(fā)展對(duì)比

從表3可見(jiàn)：

（1）千分表法測(cè)得混凝土3 d、5 d、7 d、14 d和56 d彈性模量分別為28 d彈性模量的85.2%、89.6%、94.5%、98.1%和100.3%。

（2）位移計(jì)法測(cè)得混凝土3 d、5 d、7 d、14 d和56 d彈性模量分別為28 d彈性模量的85.6%、91.2%、95.5%、98.6%和100.8%。

（3）應(yīng)變片法測(cè)得混凝土3 d、5 d、7 d、14 d和56 d彈性模量分別為28 d彈性模量的85.7%、90.2%、95.0%、98.3%和100.6%。

從圖3可見(jiàn)混凝土早期彈性模量隨齡期的增加而增長(zhǎng)，基本以7 d為分界點(diǎn)，7 d之前增長(zhǎng)速率較快，基本呈直線變化，7 d后增加速率漸緩，呈曲線變化，至28 d之后基本趨于穩(wěn)定。同一齡期混凝土彈性模量分析值，三種方法分析結(jié)果相差不大，均可用于工程結(jié)構(gòu)分析。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

混凝土彈性模量測(cè)試過(guò)程總體耗時(shí)較長(zhǎng)，三種方法在整個(gè)試驗(yàn)階段所耗用時(shí)間有較大差別。表4列取了7 d和28 d兩種齡期彈性模量測(cè)試全程耗用時(shí)間及實(shí)驗(yàn)參與人員對(duì)比情況。

表4 三種彈性模量測(cè)試方法全程各階段耗時(shí)及參與人員對(duì)比

根據(jù)表4結(jié)合三種方法的實(shí)際操作狀況，可得以下結(jié)論：

（1）千分表法簡(jiǎn)單實(shí)用、相對(duì)成本較低，但安裝定位較繁雜、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、參與試驗(yàn)人員相對(duì)較多，而且試件對(duì)中效果相對(duì)較差、儀器拆卸繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)。

（2）應(yīng)變片法測(cè)試中試件對(duì)中效果較好、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、測(cè)試結(jié)果相對(duì)較穩(wěn)定[3]，但應(yīng)變片為一次性消耗品、粘貼工作一般要在正式試驗(yàn)前24 h完成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般為專(zhuān)用設(shè)備、儀器,成本相對(duì)較高,該法一般在科研工作中采用,工程實(shí)用價(jià)值相對(duì)較低。

（3）位移計(jì)法操作簡(jiǎn)便，設(shè)備能重復(fù)利用，安裝定位及拆卸時(shí)間短、試件對(duì)中效果良好，讀數(shù)、記錄方便，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)最短，且只需1名試驗(yàn)人員就能完成全套試驗(yàn)，單位時(shí)間內(nèi)完成的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)值得到大大提高，工程實(shí)用價(jià)值相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)顯式電位位移計(jì)是混凝土彈性模量測(cè)試的一種較理想的微變形測(cè)量?jī)x，該套設(shè)備測(cè)試結(jié)果有效、省時(shí)省力、人為讀數(shù)誤差較小，經(jīng)濟(jì)效益顯著，有較好的工程應(yīng)用推廣價(jià)值。