本發(fā)明涉及一種基于圓環(huán)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)混凝土溫度斷裂的方法，特別涉及評(píng)價(jià)混凝土早齡期在有內(nèi)約束的條件下抵抗溫度斷裂的能力的方法。

背景技術(shù)：

在大壩混凝土的溫升期，混凝土最高溫度可能達(dá)到60℃以上，此時(shí)如果混凝土外表面氣溫發(fā)生變化，就會(huì)直接影響混凝土的溫度應(yīng)力狀況。若遇到突然的寒潮或是較大的晝夜溫差，致使混凝土外表面氣溫驟降，則會(huì)在大體積混凝土內(nèi)外產(chǎn)生很大的溫度梯度，在外表面處產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)表面混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開裂。

傳統(tǒng)的試驗(yàn)手段多是使用直接加機(jī)械荷載的方式獲得混凝土的拉壓強(qiáng)度，并沒(méi)有使用直接利用溫度來(lái)使混凝土發(fā)生破壞的試驗(yàn)手段，而這恰恰是實(shí)際工程中最多導(dǎo)致混凝土斷裂的荷載形式?？剂炕炷恋挚箶嗔训哪芰?，不應(yīng)當(dāng)僅僅考慮其強(qiáng)度，還應(yīng)同時(shí)考慮其彈性模量和松弛徐變等性能，而這是常規(guī)的拉壓試驗(yàn)無(wú)法做到的?，F(xiàn)有的圓環(huán)法是利用鋼環(huán)對(duì)混凝土產(chǎn)生的約束，來(lái)分析混凝土由自身收縮而引起的斷裂，是一種充分利用了混凝土自身性質(zhì)的試驗(yàn)手段。但這種方法試驗(yàn)周期長(zhǎng)，且產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象不明顯，同時(shí)由于常用鋼材的線膨脹系數(shù)一般與混凝土差不多(都在1×10^-5℃^-1左右)，在溫度發(fā)生變化的時(shí)候鋼材會(huì)和混凝土共同發(fā)生較接近的變形，不利于產(chǎn)生足夠強(qiáng)的約束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于圓環(huán)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)混凝土溫度斷裂的方法，以克服傳統(tǒng)試驗(yàn)手段在考量混凝土開裂時(shí)僅僅考慮其強(qiáng)度，而沒(méi)有直接利用溫度來(lái)使混凝土發(fā)生斷裂時(shí)的主動(dòng)因素。使該方法可直接利用溫度變化作為混凝土發(fā)生斷裂的主動(dòng)因素，充分利用混凝土自身的材料性質(zhì)，綜合評(píng)價(jià)混凝土在溫度突變的條件下抵抗溫度變形的能力。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，該方案包括如下步驟：

一種基于圓環(huán)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)混凝土溫度斷裂的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)首先制作多套鋼制圓環(huán)模具，以及能夠固定鋼制圓環(huán)模具的鋼制底板，將鋼制圓環(huán)模具安裝在鋼制底板上，保證二者中心對(duì)齊；

2)在鋼制底板的中心安裝可拆卸的銦鋼圓柱，其高度須與鋼制圓環(huán)模具的高度相等；

3)在上述多套模具中分別澆筑混凝土，制成多個(gè)同種或不同種混凝土試件，將混凝土試件在小型振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)密實(shí)成型，隨后在每個(gè)混凝土試件表面覆蓋保鮮膜防止水分蒸發(fā)；

4)混凝土試件終凝拆模后，將鋼制圓環(huán)模具和鋼制底板拆除，將混凝土試件連同銦鋼圓柱一起置入混凝土溫濕度養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，設(shè)置養(yǎng)護(hù)箱的養(yǎng)護(hù)溫度在50℃以上，相對(duì)濕度在95％以上；

5)達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后將混凝土試件取出，并立刻在混凝土試件上安裝聲發(fā)射探頭，用于試驗(yàn)中對(duì)混凝土斷裂進(jìn)行探測(cè)和定位；

6)聲發(fā)射探頭安裝完畢后，將混凝土試件立刻放置到冷水箱中進(jìn)行冷卻，在水箱中放置溫度傳感器，用聲發(fā)射裝置對(duì)混凝土試件在某一溫度下的斷裂過(guò)程進(jìn)行探測(cè)，并記錄混凝土試件在同一溫度下發(fā)生斷裂的時(shí)間t，用混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀測(cè)量混凝土試件的斷裂特征：裂縫長(zhǎng)度s、寬度w和深度h；

7)在同種試驗(yàn)條件下對(duì)比同種或不同種不同齡期的混凝土的斷裂特征，對(duì)混凝土的溫度斷裂特性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)：斷裂時(shí)間t越長(zhǎng)，裂縫長(zhǎng)度s、寬度w、深度h越小，則表征混凝土在該條件下抵抗溫度斷裂的特性越強(qiáng)；反之則越弱。

優(yōu)選地，鋼制圓環(huán)模具的內(nèi)半徑為140～160mm，高度為80～100mm，厚度為5～10mm；所述銦鋼圓柱的外半徑為90～100mm。

優(yōu)選地，鋼制底板為正方形鋼制底板。

優(yōu)選地，在混凝土試件上沿圓周均勻安裝8個(gè)聲發(fā)射探頭。

上述技術(shù)方案中，所述的養(yǎng)護(hù)齡期為7天、14天、28天或更長(zhǎng)齡期。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：

①直接利用溫度變化作為混凝土發(fā)生斷裂的主動(dòng)因素，可以充分利用混凝土自身的材料性質(zhì)，綜合評(píng)價(jià)混凝土在溫度突變的條件下抵抗溫度變形的能力；②使用銦鋼(Invar，因瓦合金，也音譯為銦鋼或殷鋼，是含有35％鎳的鐵合金，它因?yàn)榫哂泻艿偷木€膨脹系數(shù)，且剛度與普通鋼材相近，被稱為“金屬之王”或“無(wú)膨脹合金”)作為混凝土內(nèi)約束的材料，充分利用銦鋼線膨脹系數(shù)很小而剛度很大的特性(平均線膨脹系數(shù)為0.87×10^-6℃^-1，平均彈模大于200GPa)，因而在溫度變化的條件下不會(huì)發(fā)生較大的變形，也不會(huì)因混凝土發(fā)生收縮擠壓而產(chǎn)生較大的變形，所以對(duì)混凝土的內(nèi)約束性非常強(qiáng)；③使用聲發(fā)射裝置對(duì)混凝土的破壞過(guò)程進(jìn)行探測(cè)，可以精準(zhǔn)確定發(fā)生破壞的時(shí)刻，并對(duì)損傷進(jìn)行定位，克服了傳統(tǒng)圓環(huán)法的相應(yīng)缺點(diǎn)；④試驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，試驗(yàn)?zāi)＞叽罱ê?jiǎn)易，操作方便。

附圖說(shuō)明

圖1為圓環(huán)模具水平剖面圖。

圖2為圓環(huán)模具豎直剖面圖。

圖3為試驗(yàn)時(shí)安裝聲發(fā)射探頭示意圖。

圖4是混凝土圓環(huán)發(fā)生斷裂的宏觀裂縫。

圖5a、5b分別是用混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀測(cè)得的C30混凝土和C20混凝土開裂的最大裂縫寬度。

其中：1-混凝土試件；2-銦鋼圓柱；3-鋼制圓環(huán)模具；4-聲發(fā)射探頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式：

本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用了溫濕度養(yǎng)護(hù)箱為混凝土提供較高的初始溫度場(chǎng)，使用銦鋼這一溫度變形極小而剛度很大的材料為混凝土試件提供內(nèi)約束，同時(shí)結(jié)合聲發(fā)射裝置對(duì)混凝土的斷裂過(guò)程進(jìn)行探測(cè)，其具體實(shí)施方式可按如下步驟進(jìn)行：

1)首先制作多套鋼制圓環(huán)模具3，鋼制圓環(huán)模具的尺寸優(yōu)選為：內(nèi)半徑140～160mm，高度為80～100mm，厚度為5～10mm，配套制作正方形鋼制底板，在鋼制底板的中心開一螺孔，使用一長(zhǎng)螺釘來(lái)安裝銦鋼圓柱(中心開孔用于固定)。如圖1、圖2所示；

2)在上述模具中澆筑混凝土試件1，保證混凝土試件的內(nèi)側(cè)面與銦鋼圓柱2緊密接觸?？赏瑫r(shí)制作多個(gè)混凝土試件(可以是同種或不同種混凝土)，將混凝土試件在小型振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)密實(shí)成型，隨后在混凝土試件表面覆蓋保鮮膜防止水分蒸發(fā)；

3)混凝土試件終凝可拆模后(12～24h)，撕下覆蓋在混凝土試件表面的保鮮膜，并將試件的鋼制圓環(huán)模具和鋼制底板拆除；再將混凝土試件連同銦鋼圓柱一起放置入混凝土溫濕度養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)。設(shè)置養(yǎng)護(hù)箱的養(yǎng)護(hù)溫度在50℃以上，相對(duì)濕度在95％以上；

4)待混凝土試件在溫濕度養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后(7天、14天、28天或更長(zhǎng)齡期)將混凝土試件取出，并立刻在混凝土試件上安裝聲發(fā)射探頭，用于試驗(yàn)中對(duì)混凝土斷裂進(jìn)行探測(cè)和定位，一般是在混凝土試件上沿圓周方向均勻安裝8個(gè)聲發(fā)射探頭(如圖3所示)，之所以要在這個(gè)位置安裝8個(gè)聲發(fā)射探頭，是因?yàn)檫@樣可以確保圓環(huán)試件上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)被3個(gè)探頭探測(cè)到，這就確保了任意一處發(fā)生斷裂，聲發(fā)射探頭可做到精確定時(shí)和定位。

5)然后將混凝土試件立刻放置到冷水箱中進(jìn)行冷卻，使用制冷循環(huán)裝置對(duì)水箱中的水進(jìn)行循環(huán)制冷，并在水箱中放置溫度傳感器，設(shè)置水箱的冷卻溫度值，當(dāng)水箱溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，保持水溫不變；同時(shí)啟動(dòng)聲發(fā)射裝置開始采集信號(hào)，對(duì)混凝土的斷裂過(guò)程進(jìn)行探測(cè)。觀測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)象，并記錄從混凝土試件放入冷水箱到發(fā)生斷裂的時(shí)間t，停止試驗(yàn)并將混凝土試件取出，根據(jù)聲發(fā)射探頭測(cè)定的斷裂位置，用混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀測(cè)量混凝土的斷裂特征(裂縫長(zhǎng)度s、寬度w和深度h)，并拍照記錄；

6)在同種試驗(yàn)條件下對(duì)比不同種混凝土或同種不同齡期混凝土的斷裂特征，可以對(duì)混凝土的溫度斷裂特性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)：混凝土發(fā)生斷裂的時(shí)間t越長(zhǎng)，產(chǎn)生的裂縫長(zhǎng)度s、寬度w、深度h越小，則表征混凝土在該條件下抵抗溫度斷裂的能力越強(qiáng)；反之，若混凝土發(fā)生斷裂的時(shí)間t越短，產(chǎn)生的裂縫長(zhǎng)度s、寬度w、深度h越大，則表征混凝土在該條件下抵抗溫度斷裂的能力越弱。

實(shí)施例

本實(shí)施例制作了內(nèi)徑×高度為150×80mm的鋼制圓環(huán)模具，其厚度為10mm，配套鋼制底板尺寸為400×400mm。并在模具中心安裝半徑為100、高度為80mm的銦鋼圓柱，用螺絲將銦鋼圓柱固定到鋼制底板上。

具體的試驗(yàn)過(guò)程：1)準(zhǔn)備4套模具澆筑C30和C20的混凝土試件各2個(gè)，分別編號(hào)為1～4號(hào)，并在小型振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)密實(shí)，隨后在表面貼上保鮮膜防止水分散失；2)待混凝土試件終凝拆模，將試件連同銦鋼內(nèi)核一起置入溫濕度環(huán)境箱，設(shè)置環(huán)境箱的養(yǎng)護(hù)溫度為60℃，濕度為98％；3)到達(dá)7天養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件取出，立刻放置到冷水中使試件冷卻，觀測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)象；4)記錄發(fā)生斷裂的時(shí)刻，測(cè)量混凝土斷裂特征。試驗(yàn)結(jié)果如下表所示，圖4是混凝土圓環(huán)發(fā)生斷裂的宏觀裂縫，可以看出裂縫是從混凝土與銦鋼內(nèi)核的交接處向外發(fā)展的；圖5a是用混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀測(cè)得的C30混凝土開裂的最大裂縫寬度，圖5b是C20混凝土開裂的最大裂縫寬度。

實(shí)施例表1 C30和C20混凝土試驗(yàn)結(jié)果

從以上的實(shí)施例可以看出本發(fā)明可以很好地利用圓環(huán)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)混凝土溫度斷裂，該方法可直接利用溫度變化作為混凝土發(fā)生斷裂的主動(dòng)因素，充分利用了混凝土自身的材料性質(zhì)，綜合評(píng)價(jià)混凝土在溫度突變的條件下抵抗溫度變形的能力。