高強(qiáng)混凝土與普通混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)論文
摘要：混凝土的尺寸效應(yīng)受到多重因素的影響，從而也對混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的影響，本文通過制作2 7組不同尺寸不同強(qiáng)度等級的混凝土試件，分別研究了混凝土的尺寸、混凝土的強(qiáng)度對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響及所產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)，同時將高強(qiáng)混凝土和普通混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度隨其尺寸的增大而減小，混凝土試件的強(qiáng)度等級越高，試件的抗壓強(qiáng)度受尺寸效應(yīng)的影響就越明顯，隨著混凝土強(qiáng)度等級的增加，其臨界尺寸也在不斷的增加。
關(guān)鍵詞：高強(qiáng)混凝土：普通混凝土;尺寸效應(yīng);強(qiáng)度等級;抗壓強(qiáng)度
混凝土的力學(xué)性能影響因素很多，主要包括原材料種類、配合比及試件的幾何尺寸。在實際工程中通�？s尺模型試驗結(jié)果來反映工程中材料的真實性能。這也是近年來研究的熱點之一，國內(nèi)外研究者對邊長為70~150mm混凝土立方體做抗壓試驗，研究發(fā)現(xiàn)小尺寸試件的抗壓強(qiáng)度明顯高于大尺寸。本文將在前人研究基礎(chǔ)上，從原材料、配合比、養(yǎng)護(hù)條件、試驗齡期和加載條件等方面對混凝土抗壓強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)進(jìn)行分析。
1試驗
(1)試件模型
本試驗中立方體試件的邊長分別取100、150、200mm，每一尺寸制作C20，C40和C603種不同強(qiáng)度等級的試件，每種試件規(guī)格均做3組，普通混凝土和高強(qiáng)混凝共計制作27組試件。
(2)原材料及配合比
水泥采用普通硅酸鹽水泥，養(yǎng)護(hù)28d抗壓強(qiáng)度58.lMPa;硅灰密度和比表面積分別為2.20g/cm3和21m2/g;細(xì)集料為中砂，細(xì)度模數(shù)24;粗集料采用連續(xù)級配5—20mm的碎石;減水劑采用摻量為300的聚梭酸系高效減水劑。
(3)試件制作與養(yǎng)護(hù)
受多種因素影響，混凝土試件從制作到養(yǎng)護(hù)完成整個過程中存在很多無法避免的缺陷，在試件制作是需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，降低實驗誤差。制作時先將水泥與細(xì)骨料混合均勻，再投入粗骨料攪拌，加水?dāng)嚢?0min，完成后裝模振搗，使試件密實。試驗時以0. 5MPa/s的速率逐級增加荷載。
2試驗結(jié)果
通過對試驗現(xiàn)象觀測發(fā)現(xiàn)，普通混凝土和高強(qiáng)混凝土試件的離散性均較小，抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)都在700 -下。同時無論是普通混凝土還是高強(qiáng)混凝土試件的，其立方體抗壓強(qiáng)度都會隨著試件幾何尺寸的減小而增大.
3尺寸效應(yīng)分析
(1)抗壓強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)
在對試件尺寸效應(yīng)進(jìn)行評價時引入^y對尺寸效應(yīng)進(jìn)行定量描述。它是以邊長100mm的混凝土試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件，對其它尺寸的試件性能進(jìn)行衡量。且當(dāng)1值越大，立方體抗壓強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)的現(xiàn)象越明顯。通過研究發(fā)現(xiàn)，混凝土試件的尺寸效應(yīng)存在以下規(guī)律：第一，試件尺寸越大，尺寸效應(yīng)越不明顯，邊長為200mm的試件三種不同等級混凝土的試件的抗壓強(qiáng)度分別為標(biāo)準(zhǔn)試件的92%，87%和84%;第二，隨水泥等級的提高，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)現(xiàn)象越顯著其中，C20混凝土試件抗壓強(qiáng)的^y值約為C40和C60的62%和540/0，主要原因在于高強(qiáng)混凝土均勻度和密實度都較普通混凝土好，其內(nèi)部缺陷也少。而在荷載作用下時，高強(qiáng)混凝土裂紋發(fā)展速度將高于普通混凝土。高強(qiáng)混凝土發(fā)生破壞時的損傷區(qū)域較普通混凝小，因此其破壞所需能量也小，從而造成高強(qiáng)混凝土具有明顯的尺寸效應(yīng)。還有一個重要原因是，混凝土的脆性會隨著混凝土強(qiáng)度的增加而增加，這就造成高強(qiáng)混凝土的破壞形式以脆性破壞為主，普通混凝土的破壞以延性破壞為主。
(2)尺寸效應(yīng)率
由能量釋放理論對材料脆性破壞進(jìn)行解釋，脆性破壞是試件在荷載作用下時試件中的裂紋擴(kuò)展，應(yīng)變能耗散引起，蘇捷根據(jù)能量平衡理論及變形協(xié)調(diào)條件，建立起了抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)律。并通過C20、C40和C60三種等級的混凝土試件對計算公式進(jìn)行了驗證，證明了該公式的可靠性。
(3)臨界尺寸及臨界強(qiáng)度
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試件的幾何尺寸增大時，試件的抗壓強(qiáng)度在不斷的減小，但其降低的速率在不斷減緩;對其臨界尺寸和臨界輕度進(jìn)行定義時就認(rèn)為，尺寸效應(yīng)律曲線上斜率為-O.Ol的點為分界點，該點所對應(yīng)的試件尺寸即為其臨界尺寸，所對應(yīng)的抗壓強(qiáng)度即為臨界抗壓強(qiáng)度。所以當(dāng)試件的尺寸大于臨界尺寸時，其尺寸效應(yīng)較小，反之較大。
隨著強(qiáng)度等級的提高，混凝土的臨界尺寸也在發(fā)生著變化，通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，C60混凝土的臨界尺寸比C40和C20的臨界尺寸大，分別為1.3倍和2.3倍的關(guān)系。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的.主要原因在于高強(qiáng)混凝土脆性大，其尺寸效應(yīng)明顯，但其強(qiáng)度隨其尺寸增大而明顯降低。
4結(jié)語
綜合以上試驗分析表明，混凝土立方體試件的尺寸對其抗壓強(qiáng)度具有明顯的影響，具體表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度隨其尺寸的增大而減小，當(dāng)混凝土試件的邊長為200mm時的三種不同強(qiáng)度等級的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度分別為邊長為100mm的立方體混凝土試件的抗壓強(qiáng)度的92%、87%和84%;當(dāng)混凝土試件的邊長為150mm時的三種不同強(qiáng)度等級的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度分別為邊長為100mm的立方體混凝土試件的抗壓強(qiáng)度的96070、94%和91%，混凝土的強(qiáng)度等級對混凝土立方體試件的抗壓強(qiáng)度也具有較大的影響，具體表現(xiàn)為混凝土試件的強(qiáng)度等級越高，試件的抗壓強(qiáng)度受尺寸效應(yīng)的影響就越明顯，尺寸為150mm和200mm的C20混凝土試件的尺寸效應(yīng)度^y約為C40混凝土的64%和62%，為C60混凝土的55q和54qo，混凝土的強(qiáng)度對混凝土試件的臨界尺寸也有重要影響，具體表現(xiàn)為隨著混凝土強(qiáng)度等級的增加，其臨界尺寸也在不斷的增加，通過對比C60與C40、C20混凝土試件的臨界尺寸發(fā)現(xiàn)，C60混凝土的臨界尺寸分別為C40和C20混凝土的1.3倍和2.3倍。
參考文獻(xiàn)
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