陶粒混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究.pdf
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1、2 0 1 2年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUC 2 01 2 No 8 Au g us t 陶粒混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究 焦玉琳 一 ,王新 华 一 , 杨 杰 , 张云峰 。 ( 1 商丘职业技术学院, 4 7 6 0 0 0 ; 2 武汉理工大学 , 4 1 0 0 7 6 ; 3 长沙理工大学 , 4 1 0 0 7 6 ) 摘要 : 通过对 多组立方体和棱 柱体 陶粒 混凝 土试件进行尺寸效应试验 , 对尺寸效应 系数进行 了综合分析并利 用 经 典理 论 公 式进 行 了详 细 研 究 , 得
2、 到 了 陶粒 混 凝 土 尺 寸 效 应 的 基 本 规律 。 关键词 : 陶粒混凝土 ; 尺 寸效应 ; 抗压强度 Ab s t r a c t : T h r o u g h t h e e x p e r i me n t o f s i z e e f f e c t o n c u b i c c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c e - r a mi s i t e c o n c r e t e , t h e c o e f f
3、i c i e n t o f s i z e e ff e c t i s a n a l y z e d a n d r e s e a r c h e d b y c l a s s i c a l t h e o r e t i c s , a n d the b a s i c l a w o f the s i z e e ff e c t o f c e r a mi s i t e c o n c r e t e i s o b t a i n e d Ke y wo r d s :C e r a mi s i t e c o n c r e t e ; S i z e e f
4、f e c t ;C o mp r e s s i v e s t r e n gth 中图分类号 : T U 5 2 8 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 8 1 8 0 4 0前 言 对脆性和准脆性材料而言 , 抗压强度的尺寸效 应是这类材料的一种基本特性口 】 , 例如混凝土材料 。 该类材料的受力机理主要是随着结构尺寸的增 大 , 抗压强度反而降低 , 裂缝则随着结构尺寸 的增加而 增加。随着抗压强度的不断增加 , 混凝土 内部发生 断裂裂缝的位置是随机的。从已有试验结果分析 , 试件的断裂裂缝愈严重 , 则测得的抗压强度
5、数值就 愈低 , 相应所有试件 的均值就越低 , 变异 系数亦越 小圜 , 造成这种情况的主要原因之 一就是构件 的尺 寸效应 。陶粒混凝土是混凝土近几年来发展迅速 的 一 个分支 , 由于陶粒混凝土在组成材料 、 力学性 能、 配制方法等与普通混凝土有很大不同 , 尤其是粗集 料 , 因此, 陶粒混凝土必将产生不同的尺寸效应。同 时陶粒混凝土具有地 区特色, 因而研究其尺寸效应 是 十分 必要 的 。 1 试 验 方案 采用长沙地 区页岩陶粒进行试验 , 基准配合 比 见表 1 。 表 1 试验基准配合比 k m 为全面进行研究 , 本试验采用两种试件 , 一种 为立方体试件 , 一种 为棱
6、柱体试件 , 分别对它们进 基金项 目:河南省 科技攻关 计划 资助项 目( 1 1 2 1 0 2 3 1 0 4 1 9 、 1 1 2 1 0 2 3 1 0 3 8 5) 。 一 1 8一 行抗压强度试验。根据 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混 凝土力学性能试验方法标准 中相应 的规定 , 本试 验所采用试件的基本尺寸和组数如表 2所示。 表 2 试验试件尺寸及组数 2试 验结果 将试件放在标准养护室养护 2 8 d , 试验所得试件 的抗压强度值和平均值见表 3 、 表 4 。 3试 验结 果分 析 3 1 试件抗压强度尺寸效应系数的确定 由于陶粒混凝土是
7、一种新型混凝土复合材料 , 目前 国家对它 的尺寸效应还没有一致 的研究结论 和专业性 的规范。结合全 国各省市不同研究对象的 研究 , 得出结果见表 5 。 从文献资料中可以看 出, 一部分陶粒混凝土与 普通混凝土的尺寸效应有相似的地方 , 即随着试 件 截面尺寸 的不断增大 , 陶粒混凝土的强度也随之降 低 6 -7 。但亦有个别试验结果出现 了相反的结论嘲, 这 表 明陶粒混凝土抗 压强度的尺寸效应 系数不 能采 用普通混凝土的抗压强度尺寸效应 系数 , 而要根据 不 同的材料分别进行试验研究。 焦玉琳 , 王新华 , 杨杰 , 等 陶粒混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究 表 5 陶粒混凝
8、土抗压强度试件尺寸换算 系数 将立方体抗压强度值的试验结果绘制成强度一 尺寸 曲线 , 如图 1 所示 。由图 I 可以看出, 随着试件 边长的增加 , 其立方体抗压强度值 降低。 以标准试 件( 1 5 0 mm x 1 5 0 m mx 1 5 0 mm) 试验 的强度作为标准强 度 , 非标准试件采用折 算系数进行 表示 , 结合其 它 文献资料 , 得到表 6所示的系数换算结果。 善 理 憩 3 3 3 2 3 1 5 0 l o 0 1 5 0 试件边长 ra m 图 1 抗压 强度一 试件 尺寸曲线 表 6 不 同尺寸换算 系数对 比表 本试验 总结的换算 系数 与文献 9 】 、
9、 文献 1 0 所 载的换算系数相近。 由表 4棱柱体试件试验结果可见 , 试件 的高宽 比越大 , 其抗压强度越低 ; 高宽比相同时, 试件底面 积愈大 , 其抗压强度愈低。当研究对象为陶粒混凝 土的抗压强度尺寸效应时 , 得到尺寸效应系数为: J 1 0 8 佃 ( 1 ) 捌= O 9 6 卯 ( 2 ) 该 系数 与普通混凝土标准试件 和非标 准试 件 的换算系数 1 O 5和 0 9 5的规律大体一致。 由试验结果可以看出, 与普通混凝土的尺寸效应 相比, 陶粒混凝土立方体抗压强度尺寸效应没有普通 混凝土明显, 而棱柱体试件的抗压强度尺寸效应与普 通混凝土的尺寸效应相比更加明显, 具
10、体原因有: ( 1 ) 由于陶粒 的粒径 比较小 , 当所用试件尺寸 由 l O O mm增大到 1 5 0 m m时 ,陶粒骨料外围的水泥 浆比普通混凝土所用骨料外 围的水泥浆要均匀 , 因 此 , l O O mm l O O mm x l O O mm 和1 5 0 mm xl 5 O mm 1 5 0 ra m两种立方体的抗压 强度差别 与普通混凝土 相 比不是非常明显。 而用 2 0 0 m mx 2 O O mm x 2 O O mm尺 寸试件时,由于试件尺寸远大于 陶粒粒径 的尺寸 , 试件 内部存在缺陷的机率就会增加 , 这也是导致试 件抗压强度降低 的主要原 因, 故 陶粒混
11、凝土试件尺 寸较大时其尺寸效应要 比普通混凝土明显 。 ( 2 ) 由于棱柱体试 件的尺寸相对较大 , 陶粒混 一 1 9 2 0 1 2年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 6期 凝土内部 的骨料分布与普通混凝土相 比有所不同。 当 陶 粒 混 凝 土 试 件 的 尺 寸 从 l O O m m x l 0 0 m m 3 0 0 m m调整为 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx 3 0 0 m m后 ,虽然水 泥浆能对 陶粒有较好的包裹 , 但随着陶粒混凝土试 件高宽 比的不同, 使 陶粒在试件中分布的均匀性受 到不 同程度的影响 ,试件越小则陶粒分布越密 、 越 均匀 ,
12、其受压后所导致 的缺陷就降低 , 因此 , 对棱柱 体的陶粒混凝土试件而言 , 其尺寸越小尺寸效应就 越 明显 。 3 2 理 论公 式研究 3 2 1 We i b u l l 统计理论 比较著名 的研究抗 压强度 尺寸效 应的理论是 We i b u l l 统计理论问 , 以 We i b u l l 理论作为理论根据 , 对相 同加载方法下 ,体积分别为 、 立方体试件 的平均强度比值可采用下式计算 : l or l , 2 l l l ( 3 ) 式 中 , 、 , 2 为大小试件体积 ; o r 、 or e 为 两种不 同尺 寸试件的强度数学期望值 ; 为材料常数 , 即 w e
13、 i b u n 模量, 徐积善 1 1 - 1 3 指出, 对抗压构件应取 a = 1 3 。 相对于棱柱体试件来说 , 公式 ( 3 ) 给出的是强 度 比与体积 比的基本关 系式 ,若利用公式( 3 ) 对 l O O mm l O O mm 3 0 0 mm 和 1 5 0 ram1 5 0 mm 3 0 0 mm 两种试件进行计算 , 按徐积善提 出的 a = 1 3 , 则计算 结 果如下 : 告 O 1 0 0 x 1 0 0 x 3 0 0 : 1 5 0 x1 5 0 x 3 00 一 ) “ = 1 0 6o r 1 0 0 x l 0 0 x 3 0 0 l 5 ( 】
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