高強混凝土與普通混凝土抗壓強度尺寸效應論文
摘要：混凝土的尺寸效應受到多重因素的影響，從而也對混凝土的強度產(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、混凝土的強度對混凝土抗壓強度的影響及所產(chǎn)生的尺寸效應，同時將高強混凝土和普通混凝土的抗壓強度進行對比。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土試件的抗壓強度隨其尺寸的增大而減小，混凝土試件的強度等級越高，試件的抗壓強度受尺寸效應的影響就越明顯，隨著混凝土強度等級的增加，其臨界尺寸也在不斷的增加。
關鍵詞：高強混凝土：普通混凝土;尺寸效應;強度等級;抗壓強度
混凝土的力學性能影響因素很多，主要包括原材料種類、配合比及試件的幾何尺寸。在實際工程中通常縮尺模型試驗結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度明顯高于大尺寸。本文將在前人研究基礎上，從原材料、配合比、養(yǎng)護條件、試驗齡期和加載條件等方面對混凝土抗壓強度的尺寸效應進行分析。
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28d抗壓強度58.lMPa;硅灰密度和比表面積分別為2.20g/cm3和21m2/g;細集料為中砂，細度模數(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
受多種因素影響，混凝土試件從制作到養(yǎng)護完成整個過程中存在很多無法避免的缺陷，在試件制作是需嚴格控制施工質量，降低實驗誤差。制作時先將水泥與細骨料混合均勻，再投入粗骨料攪拌，加水攪拌30min，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試驗結果
通過對試驗現(xiàn)象觀測發(fā)現(xiàn)，普通混凝土和高強混凝土試件的離散性均較小，抗壓強度的變異系數(shù)都在700 -下。同時無論是普通混凝土還是高強混凝土試件的，其立方體抗壓強度都會隨著試件幾何尺寸的減小而增大.
3尺寸效應分析
(1)抗壓強度的尺寸效應
在對試件尺寸效應進行評價時引入^y對尺寸效應進行定量描述。它是以邊長100mm的混凝土試件作為標準試件，對其它尺寸的試件性能進行衡量。且當1值越大，立方體抗壓強度的尺寸效應的現(xiàn)象越明顯。通過研究發(fā)現(xiàn)，混凝土試件的尺寸效應存在以下規(guī)律：第一，試件尺寸越大，尺寸效應越不明顯，邊長為200mm的試件三種不同等級混凝土的試件的抗壓強度分別為標準試件的92%，87%和84%;第二，隨水泥等級的提高，混凝土試件的抗壓強度尺寸效應現(xiàn)象越顯著其中，C20混凝土試件抗壓強的^y值約為C40和C60的62%和540/0，主要原因在于高強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，高強混凝土裂紋發(fā)展速度將高于普通混凝土。高強混凝土發(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，從而造成高強混凝土具有明顯的尺寸效應。還有一個重要原因是，混凝土的脆性會隨著混凝土強度的增加而增加，這就造成高強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)尺寸效應率
由能量釋放理論對材料脆性破壞進行解釋，脆性破壞是試件在荷載作用下時試件中的裂紋擴展，應變能耗散引起，蘇捷根據(jù)能量平衡理論及變形協(xié)調條件，建立起了抗壓強度尺寸效應律。并通過C20、C40和C60三種等級的混凝土試件對計算公式進行了驗證，證明了該公式的可靠性。
(3)臨界尺寸及臨界強度
研究發(fā)現(xiàn)，當試件的幾何尺寸增大時，試件的抗壓強度在不斷的減小，但其降低的速率在不斷減緩;對其臨界尺寸和臨界輕度進行定義時就認為，尺寸效應律曲線上斜率為-O.Ol的點為分界點，該點所對應的試件尺寸即為其臨界尺寸，所對應的抗壓強度即為臨界抗壓強度。所以當試件的尺寸大于臨界尺寸時，其尺寸效應較小，反之較大。
隨著強度等級的提高，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倍的關系。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的.主要原因在于高強混凝土脆性大，其尺寸效應明顯，但其強度隨其尺寸增大而明顯降低。
4結語
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度隨其尺寸的增大而減小，當混凝土試件的邊長為200mm時的三種不同強度等級的混凝土試件的抗壓強度分別為邊長為100mm的立方體混凝土試件的抗壓強度的92%、87%和84%;當混凝土試件的邊長為150mm時的三種不同強度等級的混凝土試件的抗壓強度分別為邊長為100mm的立方體混凝土試件的抗壓強度的96070、94%和91%，混凝土的強度等級對混凝土立方體試件的抗壓強度也具有較大的影響，具體表現(xiàn)為混凝土試件的強度等級越高，試件的抗壓強度受尺寸效應的影響就越明顯，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
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