混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究

第 23卷 第 3期 2 0 0 3年6月 中 外 公 路 89 文章 编号 ：1671—2579(2003)03—0089—04 混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究 张建仁 ，王海臣 ，杨伟军 (长沙交通学院，湖南 长沙 410076) 摘 要：通过对不同设计强度的混凝土试块进行早龄期的轴心抗压强度和弹性模量 的 试验研究，获得了它们的统计参数、分布类型及随龄期变化的表达式，既有助于加强对混凝土 早期力学性能及其发展规律的认识 ，也可为混凝土桥梁施工期的可靠性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 提供参考。 关键词：混凝土；早期强度 ；轴心抗压强度；弹性模量 在混凝 土桥梁的施工 中，混凝 土早期 强度性质对 施工期结构安全有重要影 响，常常成为施 工期结构安 全的决定因素和工程进度的控制因素。混凝土作为一 种人工合成的混合 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，其强度随时间的变化有一个 发展过程，且其强度的变异性也比钢材等其他建筑材 料大 ，这使 得混凝 土的性 质在施工 期更加 难 以控 制。 现行的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 对混凝土的验收 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 主要是建立在对大量 标准试块 28 d抗压强度值 的统计分析的结果之上 ，但 对施工期而言 ，混凝 土的早期 强度及其变异性对拆模 时间有决定性 的作用 ，显然 比 28 d的更有意义。 目前 对混凝 土早期强度性质的研究多为早期强度 的推算和 强度增长曲线的拟合，文献[1]对 C10～C30混凝土的 早期立方体抗压强度进行了统计分析，尚缺乏更高强 度等级混凝土早期抗压强度的统计参数 。 弹性模 量是混凝土 重要 的力 学性 能 ，它反映 了混 凝土所受应力与所产生应 变之间的关系 ，是计算钢筋 混凝土结构的变形 、裂缝 开展 和大体积混凝土的温度 应力所必须的参数之一。早期混凝土随着水化作用的 进行 ，弹性模量逐渐增长 ，最后趋 向于一个稳定值 。文 献[8]提出了两个混凝土弹性模量随时间变化的公式， 文献[9]曾结合上海某工程拟合得到混凝土弹性模量 随时间变化的规律，文献[10]对当前普遍使用的几种 混凝土弹性模量计算方法进行了比较。目前对于混凝 土早期弹性模量 的变异性 的研究尚不多。 本文通过对不 同设计强度的混凝 土试块进行早龄 期的轴心抗压强度和弹性模量的试验研究，获得了它 收稿 日期 ：2003—04—14 基金项目：国家自然科学基金资助项 目(50178011)． 作者简介 ：张建仁 ，男，博士 ，教授，主要研究方向为桥梁结构可靠度 们的统计参数 、分布类型及随龄期变化的表达式 ，其结 果既有助于加强对混凝土早期力学性能及其发展规律 的认识 ，也可为混凝 土桥梁施 工期 的可靠性分析提供 参考 。 I 试验情况及测试方法 1．1 原 材 料 水泥：湖南新生水泥厂生产的 425号普通硅酸盐 水泥。 细骨料 ：湘江河砂 ，中砂。 粗骨料 ：5--30 mm 碎石 。 外加剂 ：株洲桥梁~'lqJn剂厂生产的 TQN—H缓凝 早强减水剂 。 拌和水 ：自来水。 1．2 试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1)设计 C40、C50两个强度等级 。 2)试验龄期分别为 3、7、14、28 d。每一龄期不 同 强度等级各做 22组试块，每组 6个，其中，3个做轴心 抗压强度试验 ，3个做 弹性模量试验 ，共 1 056个试块 。 3)配合 比见表 1。 表 1 混凝 土配合 比 维普资讯 http://www.cqvip.com 90 中 外 公 路 23卷 4)采用机械搅拌 ，振动棒振动成型 ，标准养护。 5)试验采用 150 mm×150 mm×300 mm棱柱体 试块 。 1．3 测试方法 ． 根据《公路工程水泥混 凝土试验 规程 (JTJ 053— 94)》中混凝土轴心抗压强度试验 的规定 ，进行轴心抗 压强度试验。 根据《公路工程水泥 混凝土试验 规程 (JTJ 053— 94)》中混凝土抗压弹性模量试验的规定，进行弹性模 量试验。 2 试验结果与分析 2，1 轴心抗压强度 混凝土的抗压 强度是其力学性能 中最基本 、最重 要的一项，常作为基本参量确定混凝土的等级质量，并 决定其他力学性能，如抗拉强度、弹性模量和峰值应变 等。在桥梁悬臂现浇施工 中，混凝土的早期抗压强度 是前移挂篮的主要依据，也是控制施工进度、确保施工 期结构安全的重要依据 。 混凝土的空隙率是影响混凝土强度的基本因数， 但空隙率难以测定，水化程度难以测定，集料对微裂缝 的影响难 以测定 ，因此工程上常取影 响混凝 土强度 的 主要因素 为水灰 比、龄期 及混凝 土 的振 捣密 实程度 。 在水灰 比和振捣密实程度 相同的条件下 ，随着混 凝土 龄期的增长，水泥的水化作用从表层逐渐深入内部，日 渐充分，其强度不断提高。对试验数据进行分析整理， 统计结果见表 2。 表 2 不 同龄期 的混凝土 早期轴心抗压 强度 注：每一龄期的样本组数 =22 从表 2中可见 ，混凝土轴心抗压强度 随龄期 单调 增长 ，但增长速度渐减并趋 向收敛 ，如图 1所示。混凝 土的强度等级越高早期强度发展得就越快，C40混凝 土 3 d强度为 28 d强度的 50．1％，7 d强度 为 28 d强 度的 78．6％；而 C50混 凝土 3 d强度 达 28 d强度 的 71．9％，7 d强度达 28 d强度 的 87．6％。混凝土早期 轴心抗压强度 的变异系数在不 同的龄期 有所不 同，有 随龄期的增长而减小 的趋 势。另外 ，同一龄期 的混凝 土随着设计强度的提高，其轴心抗压强度的变异系数 呈下 降趋 势 ，这 与文献 [1]的结果相 同，如 图 2所示 。 在试验中发现，随着轴心抗压强度的提高，混凝土的 “脆性”增加 ，表现为 ：内部裂缝在很高应力水平下突然 出现和发展 ．破坏过程 急促 ．残余强度跌落快 。 垒 60 40 20 暴 0 — ．__C40 — -． C50 0 10 20 30 龄期／d 图 l 混凝土早期轴 心抗压强 度历 时变化 曲线 0．15 叭 裘0．05 0 — ◆_．C40 — -． C50 U lU ZU 3U 龄期／d 图 2 混凝 土早期轴心抗压 强度变异 系数 历时 变化 曲线 国际上及我国国标 GB4882—85对所假设 的分布 是否服从正态分布的拟合优度检验推荐使用“夏皮罗 一 威尔克(Shapiro—Wilk)检验 ”，该方法适用于 3≤ ≤5O的完全样本。本文 =22，适用夏皮罗 一威尔克 检验。给定置信度 a：0，05，采用夏皮罗 一威尔克检 验法可知混凝土早期轴心抗压强度随机过程的截 口概 率分布类型不拒绝正态分布。 对刚拌和的流态混凝土，其强度为零 ，随着水化作 用的进行 ，强度 逐渐增 长 ，最后趋 于一 个稳定 值。因 此，把混凝土轴心抗压强度 ，c(t)看作是加载龄期 t 的函数 ，该函数应满足下列条件 ： 1)当 t=0时 ， (t)=0。 2)当 t：oo时 ，a厂c／8t= 0。 3) (t)单调增加。 本文分别采用双曲线函数、指数函数、幂函数做模 拟函数，将试验结果用最小二乘法进行拟合比较，得到 混凝土轴心抗压强度一龄期的表达式： C40： (t)：48．3e 相关指数 R =0．996 9 (1) C50： (￡)= 56．8e · 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研 究 91 相关指数 R =0．999 5 (2) 式中： (￡)——￡天混凝土的轴心抗压强度(MPa)； f——龄期 (d)。 对刚拌和的流态混凝土，任何微小的差异都会对 混凝土的强度造成很大 的影 响 ，可认 为此 时的混凝 土 强度 的变异性无穷大 ，随着水化作用的进行 ，各种 因素 对混凝土强度的影 响逐渐 减小 ，导致 强度变异性 逐渐 降低 ，最后趋于一个稳定值。因此，把混凝土轴心抗压 强度变异系数 ，(t)看作是加 载龄期 t的函数 ，该函 数应满足下列条件 ： 1)当 t=0时 ， ，(t)=o。。 2)当 t=oo时 ，a r／Ot= 0。 3) ，(t)单调减小 。 本文分别采用双曲线函数、指数函数、幂函数做模 拟函数，将试验结果用最4~----乘法进行拟合比较 ，得到 混凝土轴心抗压强度变异系数一龄期的表达式： C40： r(￡)： 堕 。 ‘ 相关指数 R =0．996 4 (3) C50： r(￡)： 堕 。f ‘ 相关指数 R =0．980 3 (4) 式中： ，(t)——￡天时混凝土的轴心抗压强度变异系 数 ； t——龄期(d)。 2．2 弹性模量 弹性模量是混凝土的重要力学参数。在实际试验 中 。影响混凝土弹性模量的因素很多 ，归纳起来可分为 内部 因素和外部 因素两部分。内部 因素主要有混凝土 原材料及配合比，外部因素主要有环境温度与湿度、加 荷龄期 、持荷时间、应力大小及结构尺寸等。在试验室 条件下 ，影响混凝土弹性模量的外部因素相对稳定 ，同 一 配合比的混凝土弹性模量值主要受混凝土水化作用 的影响。对试验数据进行分析整理，统计结果见表 3。 表 3 不 同龄期的混 凝土早期弹性 模量 注：每一龄期的样本组数 n=22 从表 3可见 ，混凝 土弹性模量随龄期单调增长 ，但 增长速度渐减并趋 向收敛 ，如 图 3所示。混凝 土的强 度等级越高早期弹性模量发展越快，但差异不是很大， C40混凝土 3 d弹性模量 为 28 d弹性模量 的83．9％，7 d弹性模 量为 28 d弹性模量 的 95．4％；C50混凝土 3 d弹性模量 为 28 d弹性模量 的 92．6％，7 d弹性模量 为 28 d弹性模量 的 97．9％。混凝 土早期弹性模量 的 变异系数有随龄期的增长而减小的趋势。同一龄期 的 混凝土随着设计强度的提高，其弹性模量的变异系数 呈下降趋势，如图 4所示： 40 皇30 20 10 瓣 0 — —◆．-C40 — -- C50 0 10 20 30 龄期／d 图 3 混凝 土早期弹性模量 历时变化 曲线 昧 — ◆．-C40 — -- C50 0 l0 20 30 龄期／d 圉 4 混凝 土早期弹性模 量变异 系数 历时变化 曲线 给定 置 信 度 a=0．05，采 用 夏 皮 罗 一威 尔 克 (Shapiro—Wilk)检验法 可知混凝 土早期 弹性模 量随 机过程的截 口概率分布类型亦不拒绝正态分布。 把混凝土弹性模量 E(t)看作是加载龄期 t的函 数 ，试验结果表明，该函数与函数 (t)有相似的变化 规律。本文分别采用双曲线函数、指数函数、幂函数做 模拟函数 ，将试验结果用最小二乘法进行拟合比较 ，得 到混凝土弹性模量一 龄期的表达式 ： C40：E(t)： 37．5e一0．6 相关指数 R =0．990 1 (5) C50：E(t)= 38．2e-U· 相关指数 R =0．992 3 (6) 式 中：E(t)—— ￡天混凝土的弹性模量 (GPa)； ￡—— 龄期 (d)。 弹性模量变异系数的变化规律同轴心抗压强度变 异系数的变化规律相似，本文分别采用双曲线函数、指 数函数、幂函数做模拟函数 ，将试验结果用最小二乘法 维普资讯 http://www.cqvip.com 92 中 外 公 路 23卷 进行拟合比较，得到弹性模量变异系数一龄期的表达 式 ： C40： (￡)： 相关指数 R = 0．913 5 (7) C50： (￡)： 相关指数 R = 0．985 7 (8) 式中： (t)——￡天混凝土的弹性模量变异系数； ￡——龄期(d)。 3 结论 本文通过对不 同设计强度的混凝 土试块进行早龄 期的轴心抗压强度和弹性模量的试验研究，获得了它 们的统计参数、分布类型及随龄期变化的表达式，这些 结果可 以作为混凝土桥梁施工期可靠性分析和安全性 控制 的参考 。主要结论如下 ： 1)混凝土早期轴心抗压强度随龄期的增加而增 长 ，且二者呈指数 函数关 系。 2)混凝土早期弹性模量随龄期 的增加而增长 ，与 龄期 呈指数函数关系。 3)混凝土早期轴心抗压强度和弹性模量的变异 系数有随龄期的增长而减小 的趋势 ，且与龄期均呈双 曲线函数关系。 4)同一龄期，混凝土强度等级越高，其轴心抗压 强度和弹性模量 的变异系数越小 。 5)混凝土早期轴心抗压强度和弹性模量随机过 程 的截 口概率分布类型均不拒绝正态分布。 参考文献 ： [1] 耿川东．施工期钢筋混凝土分析与安全控制[D]．清华大 学硕 士学位论文 ，2000． [2] 杨 放，等．高强混凝土的配制与强度发展规律的研究 [J]．南京建筑工程学院学报，1995(4)． [3] 赵碧华，秦 鸣．关于粉煤灰混凝土强度的早期推测[J]． 华东交通 大学学 报 。2001(3)． [4] 余宗 明．按混凝土强度龄期曲线推算混凝土早期强度 [J]．施工技术 。1994(10)． [5] 司马玉洲 。王爱兰．采用超声回弹法对混凝土强度的早 期预测[J]．施工技术。2002(4)． [6] 彭亚涛，等．冬期施工混凝土早期强度增长曲线的拟合 方法[J]．建筑技术。2001(10)． [7] 韩卫国。等．对混凝土弹性模量影响因素的探讨[J]．山 东建材 。2002(1)． [8] 朱伯芳．混凝土 的弹性模量、徐变度与应力松弛 系数 [C]．水工结构与固体力学论文集(朱伯芳论文集)，水利 电力出版社 ．1988． [9] 杨宗放 。郭正兴．高层建筑施工中的荷载传递与支模层 数研究[J]．施工技术 ，1988(1)． [10] 林星平．混凝土弹性模量及徐变度 的计算 [J]．云南水 利发电 ，1999(4)． [11] 徐 或，等 ．高温作用后混凝土强度‘ 变形试验研究 【J]． 长沙铁道学院学报，2000(2)． [12] 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