略说混凝土受力实验的分析方法

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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傱力集中现象，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傱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为试件受抗傱力损伤后超声波波速，km／s；v0为试件未受抗傱力损伤时超声波波速，km／s．通过控制加载抗傱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傱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傱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＝c槡t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．为了定量分析抗傱力损伤对混凝土抗碳化性能的影响，定义式为抗傱力损伤混凝土碳化深度数学表达式：XD＝c0KD槡t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．抗傱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傱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，抗傱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