博源仪器专注混凝土检测技术15年
林希强 1、张涛 1、霍亮 1、张楠 1、李国友 1、纪文战 1、李小龙 2
（1.中国建筑工程总公司技术中心，北京）
（2.中国矿业大学（北京），北京）
摘要: 利用刚性辅助装置测试了C100超高强素混凝土和纤维混凝土的应力应变曲线，以及C100超高强抗压强度、静压弹性模量等力学性能的发展趋势。对混凝土进行了长期的研究。 实验结果表明，利用刚性辅助装置测试C100超高强混凝土应力应变曲线是一种较为方便、有效的实验方法。 高强混凝土的全应力应变曲线表明，当混凝土所受荷载达到最大时，混凝土的损伤发生突变，应力应变曲线中没有明显的缓冲阶段，只有两个阶段。过程：上升阶段和下降阶段。 另外，钢纤维超高强混凝土应力应变曲线的变化规律基本相同，但钢纤维的加入可以使荷载作用下混凝土的应变变化更加稳定、平缓。 达到破坏突变点后，应力应变曲线平稳下降，表明钢纤维可以显着改善高强混凝土的脆性。 同时，水灰比为0.18的超高强混凝土28天抗压强度超过了混凝土。 当养护龄期达到180天和360天时，混凝土的抗压强度在此过程中不断增加。 两组混凝土360天时的抗压强度分别达到150.1MPa和163.7MPa，56天时静压弹性模量在50GPa左右。
关键词：C100超高强混凝土； 应力-应变曲线； 长期固化； 抗压强度;
1 简介
在实际混凝土结构中，混凝土承受各种荷载，对应不同的应力形式，具有不同的强度和变形。 混凝土是一种脆性材料，抗拉强度低，抗压强度高。 因此，混凝土基本上是用来承受压力的，因此单轴受压状态是混凝土最简单、最基本的受力状态。 关于超高强混凝土的全应力应变关系曲线和抗压极限应变的研究相对较少[1-4]。 主要原因是试验设备在进行压力试验时会积累一定的应变能。 当混凝土接近或达到极限强度时，弹性模量急剧下降，设备中的应变能瞬间释放，压碎混凝土，导致混凝土垮塌。 全压曲线的下降段不易获得。但混凝土全单轴压应力应变曲线是混凝土的基本应力应变曲线。
压缩特性的综合宏观响应是研究钢筋混凝土结构承载力和变形特性的主要基础。 它也是分析混凝土结构非线性、弹塑性全过程不可缺少的基本材料特性。
迄今为止，许多学者提出了多种混凝土压应力-应变曲线方程[5-8]，部分文献[9-12]也进行了综述和实验测试。 他们中的大多数使用统一上升和下降曲线的方程。 根据其数学函数的形式，可分为多项式、指数公式、三角函数公式和有理分数。 应力-应变曲线的上升段和下降段用统一方程表示，具有参数少、形式简单、计算方便等优点。 但其曲线形状很难满足测试曲线的全部几何特征。
Saenz于1964年提出用多项式来拟合全曲线，方程如下： y=c1x+c2x+c3x +c4x
，Smith和Young于1955年提出用指数方程来拟合全曲线：y=xe1−x
Young于1960年提出用三角函数公式来拟合全曲线：y=sin(π/2x)。
1955年ACI推荐的上升和下降阶段的方程如下：
和鲁施等人。 提出了上升部分和下降部分的单独方程。 形式是最简单的。 受到工程师的欢迎，已被纳入CEB-FIP MC90等混凝土结构设计规范中。 事实上，这两套曲线方程是为了满足工程实际需要而提出的。 它们将复杂且连续的应力-应变曲线简化为抛物线的上升部分和直线的下降部分。 因此，它们与测量曲线有些不同。
本文主要测试C100超高强混凝土的应力应变曲线，研究长养护期C100混凝土的抗压、静压弹性模量等力学性能，总结了一些超高强混凝土的发展情况。强度混凝土的力学性能。 法律。
2原料及实验方法
2.1 实验原料
(1)水泥及外加剂。 水泥为唐山冀东525普通硅酸盐水泥。 矿物掺合料主要采用山东鲁信建材有限公司生产的超细矿物粉； 甘肃三元硅材料有限公司生产的硅粉（活性%）。 原料化学分析结果见表2.1。 （2）骨料采用河北易县产玄武岩石料，G大（15mm）、G小（10mm），采用级配比G大（15mm）：G小（10mm）=4：6 。 细骨料：河北石家庄河砂，细度模数M=2.5，含泥量1.11%。 (3)高效聚羧酸减水剂，北京木湖外加剂有限公司生产钢材抗拉强度图，粉状，减水率40%。
2.2 实验方法
(1)应力应变曲线实验方法：在液压伺服试验机上设计附加刚性元件——钢筒，保证实验装置整体刚度超过高强混凝土时下降段的最大刚度标本已损坏。 这确保了加载以恒定的应变速率进行。 还可利用计算机采集实验数据，操作简单、准确、分析方便。
试件尺寸设计，本次试验所测混凝土强度超标。 若试验试件截面尺寸较大，则试验荷载将超出所用200t液压伺服万能试验机的范围，因此混凝土尺寸设计为70.7mm×70.7mm×210.21mm。 刚性辅助部件——钢筒。 钢管材质为Q345钢。 内径、外径、高度均为209.5mm。 形成的混凝土的长度会略有不同。 混凝土插入钢圈后，根据混凝土柱的实际长度穿过钢筋。 在环上添加2mm和5mm的垫片，实现了钢环在混凝土破坏前的介入，从而增加了试件部分的刚度，从而测量了混凝土破坏下降段的应力应变关系。 对于应变测量，在每个轴压试件的正面和背面附有横向和垂直应变计，以确定混凝土的泊松比变化； 钢筒上附有应变片，以确定钢环在混凝土中的应力过程。 测试中的干预时间； 钢筒外侧增加了两个位移传感器。 轴压试验时，试件破裂后，应变仪将不再起作用，因此用位移计测量全应力-应变曲线的下降段。
另外，混凝土力学性能试验按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土拌合物的工作性能按照GB/T 50080-2002测定《普通混凝土拌合料性能试验方法标准》测定。
3 实验结果与讨论
3.1 超高强混凝土应力应变曲线试验
试验中选取了三组混凝土配合比，水灰比均为0.25。 将成型试件从模板中取出并养护28天后，进行应力应变曲线测试实验。 两组胶凝材料用量分别为600kg/m3和650kg/m3。 另一组为素混凝土，另一组为水泥掺量650kg/m3、添加1%体积钢纤维的混凝土。 实验配合比见表3.1。
表3.1 混凝土实验配合比1
按照普通混凝土力学性能试验方法，将立方体混凝土试件放入300吨液压试验机中，以恒定加载速度加载，测定标准尺寸立方体C100混凝土的抗压强度。 然后将70.7mm×70.7mm×210.21mm的混凝土试件与粘贴有应变片的钢管插入，连接数据采集线，一起放入液压伺服万能压力机中。 调整球形支撑，使钢管与混凝土试件水平，连接应变片并安装位移计（如图2.1所示）。 当试验机加压时，首先对混凝土试件施加应力。 当荷载达到混凝土强度的10%左右时，钢管开始介入并施力。 液压伺服机记录整个过程的变形值和相应的载荷值，并绘制曲线。 显示上，应变采集系统记录了混凝土的应变、钢管的应变以及整个试验装置的应变值。 本次试验加压完成后，取出受损混凝土，以同样的加载方法将钢管压至混凝土屈服值。 伺服液压机记录整个过程的变形和相应的载荷值。 通过总荷载和总变形减去钢管相应的荷载和变形值，即可测出混凝土试件相应的荷载和变形值，并可绘制其全应力-应变曲线，为如图3.3、图3.4、图3.5所示。
从图3.3、图3.4和图3.5可以看出，C100超高强混凝土的压缩荷载与位移全曲线由上升段和下降段两部分组成。 当位移趋于无穷大时，试件的应力趋势为零。 在荷载加载初期，混凝土荷载与变形位移大致呈线性关系。 在荷载加载过程中，曲线的斜率基本保持不变。 当载荷加至试件最大承载力时，曲线斜率在短区域内迅速变化。 变小，直到样本被破坏。 在超高强混凝土中，由于混凝土本身强度高，内部缺陷相对较少。 试件中的微裂纹不会随着载荷的增加而继续增加和扩展。 但当荷载接近最大荷载时，高强混凝土内部缺陷相对较少。 混凝土内部的微裂纹迅速扩展并增多，裂缝在骨料与水泥砂浆的粘结面上发展。 当载荷等于试件的最大承载力时，曲线的斜率降至零。 此阶段是高强混凝土的应力-应变曲线的上升段。
从图3.3和图3.4可以看出钢材抗拉强度图，对于无钢纤维的高强混凝土，当达到最大荷载时，在相同的应变率下，试件荷载迅速下降，应力应变曲线进入下降段，曲线的斜率变为负值。 随着试件变形的增大，混凝土中的裂缝数量也增多，并且裂缝贯穿形成大裂缝，导致混凝土逐渐破坏。 当荷载降至最大荷载的20%-30%时，应力应变曲线逐渐进入收敛阶段，但此时混凝土几乎完全破坏，无法测量后续曲线。 从图3.5可以看出，高强混凝土中加入钢纤维后，在最大荷载值附近应力应变曲线的变化与不含钢纤维的混凝土有明显不同。 曲线有明显的平滑过渡区域，可以看到钢纤维。 添加改善了高强混凝土的脆性，增加了混凝土的变形性能。 在应力应变曲线的下降段，也可以清晰地显示进入收敛段的曲线。 从应力应变曲线可以看出，进入下降段后，由于刚性辅助设备的作用，时间应变速率控制更加准确，试件没有出现突然损坏。
混凝土的轴压应力应变曲线由上升段和下降段组成。 它是混凝土塑性应变的产生和发展、微裂纹的发展、内部缺陷等混凝土基本受压特性的综合宏观反映。 损伤、极限强度、破坏坡度的形成、残余强度和变形等都相应地反映在曲线上。 同时，应力应变曲线是研究混凝土结构承载力和变形的主要依据，特别是在分析构件极限状态下的截面应力分布、整个弹塑性过程以及抗震防爆结构的延性和恢复力特性。 ，是不可缺少的物质构成关系。 通过郭振海等人提出的模型。 清华大学学报（1979）[13]：
上升段和下降段各有一个参数a和α。 通过给这两个参数赋予不等的值，对于不同原材料和强度水平的结构混凝土可以得到与实验结果一致的理论曲线。
3.2 超高强混凝土力学性能
实验中，两组混凝土配合比的水灰比均选定为0.18，胶凝材料总量不同。 混凝土配合比见表3.4。 对养护到一定龄期的混凝土进行抗压、抗折、劈裂、静压弹性模量等力学性能试验。 表3.5为不同养护龄期混凝土抗压强度试验结果。 其他力学性能的测试结果如表3.6所示。
表3.4 混凝土试验配合比2
从表3.5可以看出，一般来说，超高强混凝土的抗压强度在28天养护龄期之前发展最快，其抗压强度超过了超高强混凝土。 当养护龄期达到56d和180d时，抗压强度继续增加。 当养护龄期达到360天时，混凝土的强度较180天的强度有明显提高。 两组混凝土的抗压强度分别达到了150.1 MPa和163.7 MPa的超高强度。 这说明水灰比极低的混凝土水化28天后仍有继续水化和强度增长的潜力。
从表3.5的试验数据可以看出，HS-1组混凝土在28d和56d时的静压弹性模量分别达到44.9GPa和47.6GPa，而HS-2组混凝土在28d和56d时的静压弹性模量分别达到44.9GPa和47.6GPa。两个龄期均超过50GPa，表明这两个强度级别的混凝土具有较高的刚度。 试验测量了混凝土的抗弯强度并计算了混凝土的抗弯压缩比。 几组弯曲压缩比均在0.1左右，与现有研究得到的高强混凝土弯曲压缩比在10%左右的数据非常接近[14]，符合高强混凝土的发展规律混凝土强度。
4。结论
(1)利用刚性辅助装置测试超高强混凝土的应力应变曲线是一种更为方便有效的实验方法，可以获得更为准确的曲线结果。
(2)超高强混凝土应力应变曲线的变化规律与普通混凝土应力应变曲线有所不同。 高强混凝土全应力应变曲线在最高荷载点无明显缓冲阶段，有一定程度的突变。 这也体现了高强混凝土的高脆性。
(3)高强混凝土中添加钢纤维测得的应力应变曲线与素色高强混凝土的应力应变曲线基本一致。 但钢纤维的加入可以使混凝土在荷载作用下的应变值更加稳定、稳定。 变化平缓，呈现的曲线具有一般混凝土应力-应变曲线的拐点特征，表明钢纤维可以显着改善高强混凝土的脆性。
(4)超高强混凝土应力应变曲线的拟合应分为上升段和下降段两个过程。 推荐使用郭振海模型进行曲线拟合。
(5)对于水灰比为0.18的超高强混凝土，混凝土的28d抗压强度均超过此值。 当养护龄期达到180 d和360 d时，在此过程中混凝土的抗压强度继续增加。 两组混凝土360天时的抗压强度分别达到150.1MPa和163.7MPa，56天时静压弹性模量在50GPa左右。
参考
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