多孔混凝土物理力學特性研究_圖文

1、1強度同普通混凝土一樣,強度是多孔混凝土硬化后的主要力學性質(zhì)。只有在強度保證的基礎上,才能繼續(xù)研究其他的物理性質(zhì)。通常結(jié)構(gòu)設計采用彎拉強度作為設計指標,配合比設計時采用抗壓強度作為指標。此外,施工質(zhì)量檢測時,通常采取鉆芯取樣的方法,對于鉆取的芯樣,有時需進行劈裂試驗以評價其強度。1.1組成結(jié)構(gòu)與強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)、懸浮密實結(jié)構(gòu)及骨架密實結(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)力形成強度。細集料較少或沒有,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,在實踐中可以設法建立多孔混凝土強度與水泥用量和水灰比的經(jīng)驗關(guān)系,通過水泥用量和水灰比來控制或保證達到要求的強度。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度。1.2強度發(fā)展規(guī)律通過試驗,研究多孔混凝土抗壓強度及劈裂強度隨齡期的發(fā)展規(guī)律,并得出相關(guān)關(guān)系式。與普通混凝土相比,多孔混凝土早期強度增長較快,符合線性規(guī)律;后期強度發(fā)展較慢,符合由齡期推算強度的對數(shù)增長規(guī)律。兩種成型方法的多孔混凝土7天抗壓強度約是28天強度的75%90%,90天抗壓

3、強度比28天強度平均約增長16%;對于振動成型的多孔混凝土90天齡期的劈裂強度較其28天強度平均增長約20%,對于免振搗成型多孔混凝土平均增長約16%。(1抗壓強度隨齡期的增長振動成型免振搗成型(2劈裂強度隨齡期的增長振動成型免振搗成型抗壓強度大時,彎拉強度和劈裂強度也大,反之亦然,但彎拉強度和劈裂強度較抗壓強度低得多。本研究通過大量的試驗發(fā)現(xiàn)三種強度之間存在良好的相關(guān)性關(guān)系。多孔混凝土抗壓強度和彎拉強度之間存在相關(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度與模量等力學性能,空隙率與滲透系數(shù)、抗沖刷性等物理性能。

4、進行多孔混凝土的疲勞試驗研究,建立其疲勞方程,得出彎拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。通過試驗,主要研究了多孔混凝土抗壓強度及劈裂強度的發(fā)展規(guī)律、抗壓強度和彎拉強度之間的冪指數(shù)關(guān)系、抗壓強度和劈裂強度之間的冪指數(shù)關(guān)系、彎拉彈性模量與彎拉強度之間的冪指數(shù)關(guān)系以及抗壓彈性模量與軸心抗壓強度之間的冪指數(shù)關(guān)系。關(guān)鍵詞:多孔混凝土;物理力學性能;強度;疲勞試驗中圖分類號:U416.2文獻標識碼:B作者簡介:郝靜華(1976-,男,河北灤平人,工程師,從事公路工程建設與管理工作。 免振搗成型多孔混凝土的壓折比較小,當抗壓強度在310MPa 間時,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度

5、有好的抗彎拉性能。且壓折比隨著抗壓強度的增大而增大,即振動成型免振搗成型多孔混凝土劈裂強度與抗壓強度之間也存在相關(guān)性較好的冪指數(shù)關(guān)系振動成型免振搗成型1.3強度與空隙率的關(guān)系多孔混凝土的強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接觸?？障堵试酱?其接觸點越少,相應地強度越低,即空隙率和強度是此消彼長的關(guān)系,其7天抗壓強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天抗壓強度與有效空隙率的關(guān)系振動成型免振搗成型2應力-應變特性多孔混凝土是一種多相復合材料,其應力-應變特性是其各組成相,即集料和水泥石等應力-應變特性的組合。由于集料和水泥石的應力-應變

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力-應變曲線呈現(xiàn)非線性。2.1彎拉彈性模量通過小梁彎拉彈性模量試驗,得出多孔混凝土彎拉彈性模量與彎拉強度之間存在相關(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度的對應數(shù)值關(guān)系,可用于路面設計。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,得出多孔混凝土抗壓彈性模量與軸心抗壓強度之間存在相關(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度的對應數(shù)值關(guān)系,可直接用于路面設計。 圖3多孔混凝土抗壓彈性模量與

7、軸心抗壓強度的關(guān)系3收縮特性本文通過室內(nèi)試驗,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力的計算提供依據(jù),3.1溫度收縮通過傳感器法溫縮試驗(見圖4研究與機理分析,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行不同循環(huán)次數(shù)的抗凍性試驗,以耐凍系數(shù)K r 作為其抗凍性的評價指標。試驗結(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、型多孔混凝土進行不同循環(huán)次數(shù)的抗凍性試驗,以耐凍系數(shù)K r 作為其抗凍性的評價指標。試驗結(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。當凍融循環(huán)為75次時,耐凍系數(shù)為64.13%,而當凍融循環(huán)為100次時,耐凍系數(shù)為32.56%。圖7振動成型多孔混凝土抗凍試驗結(jié)果圖8免振搗成型多孔混凝土抗凍試驗結(jié)果5疲勞性能本疲勞試驗在長安大學MTS850機上進行,采用應力控制模式,三分點加載方式,兩支點距離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際波形。加載頻率當應力水平S<0.85時為15Hz ,S 0.85時為1Hz ,加載時間間隙為零。疲勞試驗

10、的低高應力比可參考汽車最小和最大質(zhì)量比例并考慮溫度應力的大小取值。本次疲勞試驗中,采用0.08、0.20和0.50三種低高應力比。 疲勞方程的建立對疲勞試驗結(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%時的疲勞方程為或6結(jié)語通過試驗,對多孔混凝土的物理力學性能進行分析,得出了抗壓強度和彎拉強度、劈裂強度之間存在相關(guān)性良好得冪指數(shù)關(guān)系。參考文獻: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.中國公路學報,2000.2鄭木蓮.多孔混凝土排水基層研究D.西安:長安大學博士學位論文,2004.3凌天清,梁富權(quán).水泥穩(wěn)定土抗彎拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)的研究J.中國公路學報,1992,5(3:28-33.4石小平,等.水泥混凝土的彎曲疲勞特性J.土木工程學報,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