略说混凝土受力实验的分析方法

1实验

用细砂纸稍稍打磨棱柱体试件的所有棱角，以防止试件加载时产生抗力集中现象，打磨完毕，取３块作为基准组试件，记作Ｄ０；另取３块试件测轴心抗压强度（用于计算其他试件加载时的荷载控制指标），其值为３３．７ＭＰａ（未修正尺寸效应系数）．预制损伤的试件在加载前，采用非金属超声波检测仪对测法测定混凝土初始波速，测量距离为４００ｍｍ，每块混凝土试件采样３次，以其算术平均值作为该混凝土试件的初始超声波波速．加载过程中，对试件连续、均匀加载，荷载控制水平为其轴心抗压强度的３０％～６０％，通过多个加载过程（先将试件进行１次纵向加载后卸载，再对试件进行１次横向加载后卸载，记为１个加载过程．其中，纵向加载时承压面为１００ｍｍ×１００ｍｍ的试件侧面，横向加载时承压面为１００ｍｍ×４００ｍｍ的试件侧面）对试件进行预制损伤．每隔３～５个加载过程，卸载后静停１ｈ，再次应用超声检测仪测试抗力损伤混凝土试件的波速，并根据式计算混凝土试件的损伤度：Ｄ＝１－（ｖｔｖ０）２（１）式中：Ｄ为试件损伤度；ｖｔ为试件受抗力损伤后超声波波速，ｋｍ／ｓ；ｖ０为试件未受抗力损伤时超声波波速，ｋｍ／ｓ．通过控制加载抗力水平和加载过程数使试件损伤度大体均匀分布在０～０．３０，静停１ｄ，待试件稳定后，再次测试试件的超声波波速并计算损伤度，并以此作为该试件的最终损伤度．预制损伤完毕后，选出损伤度为０．０５，０．１２，０．１９和０．２７的试件依次记为Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３和Ｄ４，选取各组损伤度试件时，损伤度的容许误差为±０．０１，每组试件不少于３块．１．４碳化方法试验依照ＧＢ／Ｔ５００８２―２００９《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速碳化试验方法进行．将试件置于ＣＯ２浓度为（２０±３）％（体积分数），相对湿度为（７０±５）％，（２０±２）℃的碳化箱内．达到预定龄期（３，７，１４，２８ｄ）后取出试件，在预定位置劈裂后，用浓度１％（质量分数）的酚酞指示剂滴于劈裂面，待混凝土未碳化区颜色稳定后，从混凝土试件边缘至深色未碳化区边界每边读取４处深度值，并以其平均值作为该混凝土试件的碳化深度，测完将试件放回碳化箱内继续碳化，直到下一个测试龄期．各损伤度混凝土碳化２８ｄ的照片如所示，图中照片比例为１∶４．可知，同一碳化龄期，混凝土未碳化区随损伤度的增大而逐渐减小，表明混凝土的碳化程度不断增大．

2结果与分析

对拟合系数ｃ与损伤度Ｄ的试验数据进行拟合，其拟合曲线如图由拟合结果可知，其相关系数Ｒ２为０．９９０，ｃ０为２．５６１，γ为２．２２７，则ＫＤ＝１＋２．２２７Ｄ，将拟合结果代入式初始抗力损伤对混凝土抗碳化性能的影响对中不同损伤度混凝土的各龄期碳化深度数据进行了多种函数拟合，对比分析发现，指数函数的拟合度较高，因此选取指数函数来描述抗力损伤混凝土碳化深度随时间的变化规律：Ｘ＝ａｔｂ式中：Ｘ为混凝土碳化深度，ｍｍ；ｔ为碳化时间；ａ，ｂ为拟合系数．应用式对试验数据进行拟合，所得拟合系数ａ，ｂ及相关系数Ｒ２如表１所示．由表１可见，ｂ的均值趋近于０．５，且波动较小，故取ｂ为０．５，则式变形为：Ｘ＝ｃｔ式中：ｃ为拟合系数．应用式再次对试验数据进行拟合，所得拟合系数ｃ和相关系数Ｒ２拟合系数ｃ随损伤度的提高而增大．为了定量分析抗力损伤对混凝土抗碳化性能的影响，定义式为抗力损伤混凝土碳化深度数学表达式：ＸＤ＝ｃ０ＫＤｔ式中：ＸＤ为混凝土初始损伤度为Ｄ时的碳化深度，ｍｍ；ｃ０为基准混凝土的系数拟合值；ＫＤ为损伤影响因子．各损伤度下的拟合系数ｃ与损伤度Ｄ的关系．可知，不同损伤度下的拟合系数ｃ和损伤度Ｄ呈线性关系，故定义损伤影响因子ＫＤ＝１＋γＤ，将其代入式，变形为：式中：γ为拟合系数．为进一步确定ｃ０和γ，应用式，即可得到不同损伤度混凝土的快速碳化深度．抗力损伤对混凝土碳化耐久性的影响国内外学者对室内快速碳化和自然碳化的关系进行了大量的分析研究．相关资料表明，对于同一种混凝土材料，其快速碳化与自然碳化关系式中：ＸＺ为混凝土自然碳化深度预测值，ｍｍ；ＸＫ为混凝土快速碳化深度值，ｍｍ；ＣＺ为自然环境中ＣＯ２浓度（体积分数），％；ＣＫ为快速碳化试验的ＣＯ２浓度（体积分数），％；ｔＺ为混凝土自然碳化时间，ａ；ｔＫ为混凝土快速碳化龄期，ｄ；ｂ为碳化方程中指数常数相同环境下抗力损伤混凝土损伤度Ｄ和相对碳化寿命关系所示．可知，随着损伤度的增大，相对寿命不断减小，当混凝土损伤度为０．２７时，抗力损伤混凝土的碳化寿命仅为基准混凝土．

作者：赵庆新 许宏景 闫国亮 单位：燕山大学