謝 添 張 萍 李 揚
1安徽省七星工程測試有限公司(230088)
2中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室(100024)
高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)準(zhǔn)確性的影響因素
謝添1張萍2李揚2
1安徽省七星工程測試有限公司(230088)
2中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室(100024)
隨著高強(qiáng)混凝土的廣泛應(yīng)用,越來越多的試驗室對其進(jìn)行強(qiáng)度測試。由于高強(qiáng)混凝土測試強(qiáng)度高,150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件受力面積大,對壓力試驗機(jī)噸位要求高,一般試驗室多采用100mm立方體非標(biāo)試件。而目前我國對高強(qiáng)混凝土的標(biāo)準(zhǔn)試件和非標(biāo)試件尺寸換算系數(shù)并沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,因此急需要確定準(zhǔn)確的尺寸換算系數(shù)。文章對高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)換算系數(shù)具體試驗過程細(xì)節(jié)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在測試過程中試模、成型、養(yǎng)護(hù)、壓力試驗機(jī)等可能影響換算系數(shù)準(zhǔn)確性的影響因素,并對試驗細(xì)節(jié)提出了建議。
高強(qiáng)混凝土;抗壓強(qiáng)度;尺寸換算系數(shù);影響因素
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展,高強(qiáng)混凝土(抗壓強(qiáng)度≥C50)在建筑上的應(yīng)用越來越廣泛。按照中國國標(biāo)GB/T50081-2002規(guī)定,采用邊長為150mm的立方體試件為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。但是,高強(qiáng)混凝土的測試強(qiáng)度高,標(biāo)準(zhǔn)試件受力面積大,測試需要的壓力機(jī)為300及以上噸位,實際檢測過程中一般多采用邊長100mm的立方體為非標(biāo)準(zhǔn)試件。由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與尺寸有關(guān),所以采用不同尺寸的混凝土立方體試件測定混凝土強(qiáng)度時存在尺寸換算系數(shù)。國標(biāo)GB/T50081-2002中規(guī)定,混凝土強(qiáng)度等級<C60時,用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù),100mm立方體試塊尺寸換算系數(shù)為0.95;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級≥C60時,宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件;使用非標(biāo)準(zhǔn)試件時,尺寸換算系數(shù)應(yīng)有試驗確定。
對于高強(qiáng)度混凝土,國內(nèi)的許多單位對邊長100mm非標(biāo)試件的尺寸換算系數(shù)進(jìn)行了研究[1-7],研究結(jié)果見表1。
從以前的研究可以發(fā)現(xiàn),不同研究單位對高強(qiáng)混凝土邊長150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件和100mm的非標(biāo)試件的尺寸換算系數(shù)研究得到的結(jié)論相差很大,并且研究多重點放在確定準(zhǔn)確的換算系數(shù)。本文從可能影響換算系數(shù)準(zhǔn)確性的因素出發(fā),研究不同實驗條件對換算系數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響,從而有利于提高高強(qiáng)混凝土尺寸效應(yīng)換算系數(shù)的準(zhǔn)確性。
1.1原材料
水泥:中國聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司P·I42.5水泥;石:碎石(5~20)mm石灰?guī)r;砂:河砂,細(xì)度模數(shù)2.8;外加劑:聚羧酸高性能減水劑,含固量21%;礦物外加劑:Ⅱ級粉煤灰,大唐同舟科技有限公司;S95礦粉;硅灰,比表面積22.99×103m2/kg;水:自來水。
表1 國內(nèi)不同單位的研究情況
1.2混凝土配合比
三種強(qiáng)度等級配合比成型混凝土試件,分別成型(100×100×100)mm試件18塊和(150×150×150)mm試件18塊,共108塊。對比在完全相同條件養(yǎng)護(hù)、同一加壓速度下的抗壓強(qiáng)度,再計算尺寸換算系數(shù)。
表2 混凝土配合比(kg/m3)
1.3試驗過程
1)高強(qiáng)混凝土試模采用鐵模,符合《混凝土試?!罚↗G3019)中要求的規(guī)定。
2)坍落度控制在200~230mm,拌合物狀態(tài)良好。
3)混凝土攪拌2min,C80混凝土攪拌時間4 min,攪拌好的混凝土小心均勻裝入混凝土試模內(nèi),放置在混凝土振動臺上振動20s,還應(yīng)防止過振;成型后立即在試模上蓋上塑料布。
4)混凝土試塊帶模預(yù)養(yǎng)護(hù)24h后進(jìn)行編號、拆模。
5)拆模后的混凝土試塊及時轉(zhuǎn)入溫度為(20± 2)℃,相對濕度不低于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的試件應(yīng)放在支架上,彼此間隔10~20mm,試件表面應(yīng)保持潮濕,并不得被水直接沖淋。
6)到齡期試件從養(yǎng)護(hù)室取出后應(yīng)盡快進(jìn)行試驗,試驗前需用濕布覆蓋試件,防止試件干燥。試驗時用干毛巾將試件擦拭干凈,并檢查外觀,當(dāng)試件有嚴(yán)重缺陷時,應(yīng)廢棄。試件從養(yǎng)護(hù)室取出后2h內(nèi)試驗完畢。若實際測試時間較長,需用塑料膜覆蓋試件,并保證試件防置在溫度為20℃±2℃室內(nèi)。
7)壓力試驗時所有100mm和150mm立方體試件上下均應(yīng)加標(biāo)準(zhǔn)鋼墊板。混凝土加壓速度為每秒鐘0.8~1.0MPa。尤其是對150mm立方體試件在接近破壞時必須保持標(biāo)準(zhǔn)要求的加荷速度。
試驗齡期:標(biāo)養(yǎng)28d,允許偏差20h。
1.4混凝土強(qiáng)度試驗機(jī)
A混凝土抗壓強(qiáng)度使用一號壓力機(jī),YE-2000壓力試驗機(jī),最大量程2000kN,壓板尺寸370 mm×370mm;B混凝土抗壓強(qiáng)度使用二號壓力機(jī),YAW6306微機(jī)控制電液伺服壓力機(jī),最大量程3 000kN,壓板尺寸600mm×600mm;C組中100mm立方體試塊和150mm立方體第1塊至第6塊混凝土抗壓強(qiáng)度使用二號壓力機(jī);C組中150mm立方體第7塊至第18塊混凝土抗壓強(qiáng)度使用三號壓力機(jī),YAW-3000型壓力機(jī),最大量程3000kN,壓板直徑200mm。
三種試驗機(jī)示值誤差小于±1%,均滿足國標(biāo)中對實驗機(jī)的規(guī)定。
2.1高強(qiáng)度混凝土試驗結(jié)果
對三組不同強(qiáng)度混凝土的試驗室抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如表3所示,其中1代表邊長100mm的非標(biāo)試件,2代表邊長150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件。
表3 高強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度
從表3中的數(shù)據(jù)可以看出,三組配合比的混凝土100mm的非標(biāo)試件的抗壓強(qiáng)度的波動都比150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件小。其中,B組的數(shù)據(jù)最為明顯,100mm試件的標(biāo)準(zhǔn)差6.454,離散系數(shù)7.1%;150 mm試件的標(biāo)準(zhǔn)差12.866,離散系數(shù)14.8%,是100 mm試件2倍左右。因此,100mm的非標(biāo)試件測定的強(qiáng)度的受到試驗條件影響可能更小,采用波動性小100mm非標(biāo)試件測定的強(qiáng)度可能更準(zhǔn)確。通過計算三組試塊的尺寸換算系數(shù)在0.90~0.96之間。
2.2影響測量準(zhǔn)確性的因素
1)試驗機(jī)壓板尺寸
從表3中的數(shù)據(jù)可以看出,采用不同的壓力機(jī)得到抗壓強(qiáng)度的數(shù)值的離散性是不同的。二號壓機(jī)所測定的混凝土的強(qiáng)度值的波動最大。顯然,選用不同的壓力機(jī)會對測量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。
為方便比較,采用相同配合比,相同大小150 mm標(biāo)準(zhǔn)試件的C-2組試塊,采用二號和三號兩種不同的壓力機(jī)進(jìn)行比較,如表4。
表4 壓力機(jī)試驗準(zhǔn)確性對比
從三種壓力機(jī)的對比可以看出,采用二號壓力機(jī)測定的平均強(qiáng)度都比較高,測量的強(qiáng)度的波動性較大,標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到9.414,離散系數(shù)達(dá)到10.0%,是三號機(jī)的2倍左右。
圖1 兩種壓力的壓板
圖2 C80-1混凝土150mm試塊破壞形式
造成這種情況的主要原因可能是二號試驗機(jī)的壓板為600mm×600mm,比三號機(jī)直徑200mm壓板要大很多,可能容易造成偏心,兩種試驗機(jī)的壓板尺寸如圖1所示。并且,對于邊長150mm的試塊比100mm的更容易出現(xiàn)偏心情況。偏心后的試塊如圖2。
因此試驗時,試件的承壓面應(yīng)與成型時的頂面垂直,試件的中心應(yīng)與試驗機(jī)下壓板中心對準(zhǔn),開動試驗機(jī),當(dāng)上壓板與試件或鋼墊板接近時,調(diào)整球座使接觸均衡,防止試驗過程中出現(xiàn)偏心。
2)模具
C60及以上強(qiáng)度等級混凝土采用鐵模。塑料試模容易發(fā)生變形,造成混凝土測試強(qiáng)度降低。對于邊長100mm和150mm的立方體試塊,在塑料模具中的變形程度是不同的,對各自強(qiáng)度的影響不同進(jìn)而影響兩者之間的換算系數(shù)。試模各面必須互相垂直,內(nèi)表面光滑平整,以確保成型的試塊達(dá)到規(guī)定。
3)成型
高強(qiáng)度混凝土由于其黏度較高,比普通混凝土更難保證入模后在試模內(nèi)分布均勻。需要合理掌握振動臺的震動時間,時間太短混凝土中的氣泡無法排出,時間太長,造成石子下沉,混凝土強(qiáng)度降低。一般來說,在150mm的試模中成型比100mm的試模成型混凝土的均勻性更好一點,造成兩者之間的換算系數(shù)增大,所以在混凝土成型過程中一定要保證混凝土中骨料分布均勻。
4)養(yǎng)護(hù)
養(yǎng)護(hù)過程必須采用(20±2)℃,相對濕度95%以上養(yǎng)護(hù),防止高強(qiáng)度混凝土水化受到影響。高強(qiáng)混凝土水膠比低,150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件體積較大,必須保證95%以上的相對濕度才能充分養(yǎng)護(hù)。如果相對濕度不夠,會造成兩者之間的換算系數(shù)降低。
通過3種不同強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝的試驗,對可能影響系數(shù)準(zhǔn)確度的部分因素進(jìn)行了的討論,主要結(jié)論有:1)高強(qiáng)度混凝土試驗壓力機(jī)壓板要適合混凝土試件的大小,測試過程中上下壓板保持水平,防止試驗中出現(xiàn)偏心現(xiàn)象;2)高強(qiáng)度混凝土試模應(yīng)選擇鐵模,成型過程比普通混凝土要求更高,來確?;炷恋木鶆蛐?;3)高強(qiáng)度混凝土養(yǎng)護(hù)溫度(20±2)℃,濕度必須達(dá)到相對濕度95%以上,確保邊長150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件也能得到充分養(yǎng)護(hù)。4)混凝土試件在GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度(20±2)℃,相對濕度大于95%條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期后按加壓速度0.8~1.0MPa/s測100mm3非標(biāo)試塊混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)可以取0.90~0.96。
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