多孔混凝土物理力學(xué)特性研究_圖文

1、1強(qiáng)度同普通混凝土一樣,強(qiáng)度是多孔混凝土硬化后的主要力學(xué)性質(zhì)。只有在強(qiáng)度保證的基礎(chǔ)上,才能繼續(xù)研究其他的物理性質(zhì)。通常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)指標(biāo),配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用抗壓強(qiáng)度作為指標(biāo)。此外,施工質(zhì)量檢測時(shí),通常采取鉆芯取樣的方法,對于鉆取的芯樣,有時(shí)需進(jìn)行劈裂試驗(yàn)以評價(jià)其強(qiáng)度。1.1組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度理論混合料的組成結(jié)構(gòu)根據(jù)集料的級配一般有3種類型,即骨架空隙結(jié)構(gòu)、懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)及骨架密實(shí)結(jié)構(gòu),多孔混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用開級配,粗集料較多,靠彼此之間較大的內(nèi)摩阻力和水泥膠漿的粘結(jié)力形成強(qiáng)度。細(xì)集料較少或沒有,不足以填充空隙,從而形成較大的空隙率。多孔混凝土的材料組成是其強(qiáng)度形成的內(nèi)因

2、,這主要指組成材料的質(zhì)量及其在混凝土中的數(shù)量。即多孔混凝土的強(qiáng)度取決于內(nèi)部起膠結(jié)作用的水泥石性質(zhì)、集料特性和漿集比等。因此,在實(shí)踐中可以設(shè)法建立多孔混凝土強(qiáng)度與水泥用量和水灰比的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,通過水泥用量和水灰比來控制或保證達(dá)到要求的強(qiáng)度。集料級配良好,搭配合理,相互之間形成嵌擠作用,也可顯著提高多孔混凝土的整體強(qiáng)度。1.2強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律通過試驗(yàn),研究多孔混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展規(guī)律,并得出相關(guān)關(guān)系式。與普通混凝土相比,多孔混凝土早期強(qiáng)度增長較快,符合線性規(guī)律;后期強(qiáng)度發(fā)展較慢,符合由齡期推算強(qiáng)度的對數(shù)增長規(guī)律。兩種成型方法的多孔混凝土7天抗壓強(qiáng)度約是28天強(qiáng)度的75%90%,90天抗壓

3、強(qiáng)度比28天強(qiáng)度平均約增長16%;對于振動成型的多孔混凝土90天齡期的劈裂強(qiáng)度較其28天強(qiáng)度平均增長約20%,對于免振搗成型多孔混凝土平均增長約16%。(1抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長振動成型免振搗成型(2劈裂強(qiáng)度隨齡期的增長振動成型免振搗成型抗壓強(qiáng)度大時(shí),彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度也大,反之亦然,但彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度較抗壓強(qiáng)度低得多。本研究通過大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種強(qiáng)度之間存在良好的相關(guān)性關(guān)系。多孔混凝土抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度之間存在相關(guān)性良好的冪指數(shù)關(guān)系振動成型多孔混凝土物理力學(xué)特性研究郝靜華(唐山市交通局,河北唐山063000摘要:文章研究多孔混凝土的強(qiáng)度與模量等力學(xué)性能,空隙率與滲透系數(shù)、抗沖刷性等物理性能。

4、進(jìn)行多孔混凝土的疲勞試驗(yàn)研究,建立其疲勞方程,得出彎拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。通過試驗(yàn),主要研究了多孔混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律、抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度之間的冪指數(shù)關(guān)系、抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度之間的冪指數(shù)關(guān)系、彎拉彈性模量與彎拉強(qiáng)度之間的冪指數(shù)關(guān)系以及抗壓彈性模量與軸心抗壓強(qiáng)度之間的冪指數(shù)關(guān)系。關(guān)鍵詞:多孔混凝土;物理力學(xué)性能;強(qiáng)度;疲勞試驗(yàn)中圖分類號:U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B作者簡介:郝靜華(1976-,男,河北灤平人,工程師,從事公路工程建設(shè)與管理工作。 免振搗成型多孔混凝土的壓折比較小,當(dāng)抗壓強(qiáng)度在310MPa 間時(shí),壓折比在2.84之間,較之普通混凝土的710小得多,即多孔混凝土相對于抗壓強(qiáng)度

5、有好的抗彎拉性能。且壓折比隨著抗壓強(qiáng)度的增大而增大,即振動成型免振搗成型多孔混凝土劈裂強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之間也存在相關(guān)性較好的冪指數(shù)關(guān)系振動成型免振搗成型1.3強(qiáng)度與空隙率的關(guān)系多孔混凝土的強(qiáng)度靠水泥膠漿的粘結(jié)力和粗集料間的摩阻力形成,集料與集料之間近于點(diǎn)接觸?？障堵试酱?其接觸點(diǎn)越少,相應(yīng)地強(qiáng)度越低,即空隙率和強(qiáng)度是此消彼長的關(guān)系,其7天抗壓強(qiáng)度與有效空隙率和全空隙率的相關(guān)關(guān)系如下所示(見圖1。圖1多孔混凝土7天抗壓強(qiáng)度與有效空隙率的關(guān)系振動成型免振搗成型2應(yīng)力-應(yīng)變特性多孔混凝土是一種多相復(fù)合材料,其應(yīng)力-應(yīng)變特性是其各組成相,即集料和水泥石等應(yīng)力-應(yīng)變特性的組合。由于集料和水泥石的應(yīng)力-應(yīng)變

6、關(guān)系呈非線性,且彈性模量值相差很大,促使多孔混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非線性。2.1彎拉彈性模量通過小梁彎拉彈性模量試驗(yàn),得出多孔混凝土彎拉彈性模量與彎拉強(qiáng)度之間存在相關(guān)性較好的冪指數(shù)關(guān)系(見圖2。振動成型免振搗成型圖2多孔混凝土彎拉彈性模量與彎拉強(qiáng)度的關(guān)系并據(jù)此得出多孔混凝土彎拉彈性模量與彎拉強(qiáng)度的對應(yīng)數(shù)值關(guān)系,可用于路面設(shè)計(jì)。2.2抗壓彈性模量科技成果推廣通過棱柱體抗壓彈性模量試驗(yàn),得出多孔混凝土抗壓彈性模量與軸心抗壓強(qiáng)度之間存在相關(guān)性良好的冪指數(shù)關(guān)系(見圖3。振動成型免振搗成型并據(jù)此推出多孔混凝土抗壓彈性模量與軸心抗壓強(qiáng)度的對應(yīng)數(shù)值關(guān)系,可直接用于路面設(shè)計(jì)。 圖3多孔混凝土抗壓彈性模量與

7、軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系3收縮特性本文通過室內(nèi)試驗(yàn),選取不同級配的多孔混凝土,采用振動法成型試件,研究分析其溫度收縮系數(shù)隨溫度變化的特性,從而為多孔混凝土基層溫度應(yīng)力的計(jì)算提供依據(jù),3.1溫度收縮通過傳感器法溫縮試驗(yàn)(見圖4研究與機(jī)理分析,得出多孔混凝土的溫縮系數(shù)在-255溫度區(qū)間內(nèi)基本不變,在515區(qū)間內(nèi)有所下降,之后在1525區(qū)間有所增大(見圖5。從整個(gè)溫度區(qū)間情況來看,其溫縮系數(shù)介于310m/(m 之間,數(shù)值相差不大,且較之常見半剛性基層材料的溫縮系數(shù)小。對于不同級配,整個(gè)區(qū)間的溫縮系數(shù)取其平均值,為6.5m/(m 。圖4溫度收縮系數(shù)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖5振動成型多孔混凝土溫縮系數(shù)曲線3.2干

8、燥收縮通過干縮試驗(yàn)研究,得出多孔混凝土各齡期的干縮系數(shù),其干縮量在14d 左右完成50%,28天之內(nèi)完成大部分,90天后基本穩(wěn)定(見圖6。與部分半剛性基層材料比較,多孔混凝土的干燥收縮小得多,因此其抗裂性能較好。圖6多孔混凝土干縮試驗(yàn)結(jié)果4抗凍性能采用快凍法對4種級配的振動成型多孔混凝土進(jìn)行不同循環(huán)次數(shù)的抗凍性試驗(yàn),以耐凍系數(shù)K r 作為其抗凍性的評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果(見圖7表明,級配2和級配3的抗凍性明顯優(yōu)于級配1和級配4。前者凍融循環(huán)100次之后耐凍系數(shù)達(dá)70%以上,后者凍融循環(huán)50次之后耐凍系數(shù)為40%以上,且耐凍系數(shù)分別隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低。此外,采用快凍法對同一種配比的免振搗成

9、型多孔混凝土進(jìn)行不同循環(huán)次數(shù)的抗凍性試驗(yàn),以耐凍系數(shù)K r 作為其抗凍性的評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果(見圖8表明,多孔混凝土的耐凍系數(shù)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低。當(dāng)凍融循環(huán)為75次時(shí),耐凍系數(shù)為64.13%,而當(dāng)凍融循環(huán)為100次時(shí),耐凍系數(shù)為32.56%。圖7振動成型多孔混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果圖8免振搗成型多孔混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果5疲勞性能本疲勞試驗(yàn)在長安大學(xué)MTS850機(jī)上進(jìn)行,采用應(yīng)力控制模式,三分點(diǎn)加載方式,兩支點(diǎn)距離15cm ,加載波形統(tǒng)一采用正弦波,以基本接近于路面上行車荷載作用的實(shí)際波形。加載頻率當(dāng)應(yīng)力水平S<0.85時(shí)為15Hz ,S 0.85時(shí)為1Hz ,加載時(shí)間間隙為零。疲勞試驗(yàn)

10、的低高應(yīng)力比可參考汽車最小和最大質(zhì)量比例并考慮溫度應(yīng)力的大小取值。本次疲勞試驗(yàn)中,采用0.08、0.20和0.50三種低高應(yīng)力比。 疲勞方程的建立對疲勞試驗(yàn)結(jié)果僅需分析,可知多孔混凝土疲勞壽命及等效疲勞壽命均服從雙參數(shù)威布爾分布,即或變形為據(jù)此模型建立了多孔混凝土不同失效概率下兩種形式的雙對數(shù)疲勞方程,其回歸系數(shù)及相關(guān)系數(shù)如表1和表2所示。表1不同失效概率下的疲勞方程回歸系數(shù)表2考慮等效應(yīng)力水平不同失效概率下的疲勞方程回歸系數(shù)其中失效概率為50%時(shí)的疲勞方程為或6結(jié)語通過試驗(yàn),對多孔混凝土的物理力學(xué)性能進(jìn)行分析,得出了抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度之間存在相關(guān)性良好得冪指數(shù)關(guān)系。參考文獻(xiàn):1謝洪

11、斌,姚祖康.瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的透水能力J.中國公路學(xué)報(bào),2000.2鄭木蓮.多孔混凝土排水基層研究D.西安:長安大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.3凌天清,梁富權(quán).水泥穩(wěn)定土抗彎拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)的研究J.中國公路學(xué)報(bào),1992,5(3:28-33.4石小平,等.水泥混凝土的彎曲疲勞特性J.土木工程學(xué)報(bào),1990,23(3:11-22.5姚祖康,主編.路面(第二版M.北京:人民交通出版社,1999.失效概率0.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05回歸系數(shù)a1.04931.04521.03941.03201.02161.00740.98670.95590.90680.8213回歸系數(shù)b0.04860.04980.05100.05220.05330.05440.05520.05530.05360.0458相關(guān)系數(shù)R0.967470.967830.967060.964730.960050.951630.936800.909950.856740.72794失效概率0.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05回歸系數(shù)a1.02161.01441.00651.0