一種橋梁上部預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋梁上部預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法，研究實際工程中C50、C55混凝土在不同齡期下彈性模量與抗壓強度的演化規(guī)律及其相互關系，解決了交通建設施工中的實際問題以及為編制相關規(guī)范提供試驗依據(jù)，研究成果對行業(yè)技術進步以及社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義和作用。
【專利說明】
一種橋梁上部預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種橋梁上部結(jié)構預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法，屬于 混凝土技術領域。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)代橋梁工程特別是橋梁上部結(jié)構施工中，由于工期緊迫，任務繁重，通常預應 力鋼筋張拉時混凝土齡期短，混凝土強度達到了設計要求，但彈性模量還處在比較低的狀 態(tài)?；炷翉椥阅Ａ刻幱谳^低狀態(tài)時張拉預應力將導致混凝土徐變增大，特別是跨徑較大 的預制梁和連續(xù)剛構橋在建成后的若干年內(nèi)（運營時間遠小于設計基準期)產(chǎn)生超出規(guī)范 要求的下?lián)虾土芽p，影響橋梁的安全運營和耐久性。這就對混凝土材料提出了新的技術要 求，混凝土早齡期的力學性能決定著施工進度、混凝土結(jié)構和構件的安全和耐久性，因此研 究預應力混凝土彈性模量與抗壓強度的特征關系以及不同齡期和不同環(huán)境溫度下彈性模 量與抗壓強度的演化規(guī)律具有十分重要的意義。
[0003] 目前國內(nèi)外相關的研究進展和取得的成果：
[0004] 對于標準養(yǎng)護條件下早齡期混凝土彈性模量和抗壓強度隨齡期變化的關系， N.J.Gardner 研究了早期混凝土強度（Gardner N J.Strength develogment and durability of CSA type30 cement/slag/fly-ash concrete for arctic marine applications[J].Durability of building material·1986(4):2·)〇
[0005] SaiuKlieger等結(jié)合試驗進行了以養(yǎng)護溫度、水泥種類為參量的低齡期混凝土強 度的預測（Sau P L.A study ofthe casting and curing temperature on the mechanical properties of concrete[D]·M·Eng Thesis?University of Ottawa, 1984.)〇
[0006] 歐洲模式規(guī)范CEB-FIP model code 1990中，混凝土的抗壓強度、彈性模量隨齡期 增長的計算公式：
[0007]
[0008] 式中，fc, 28，和Ec, 28分別為標準養(yǎng)護條件下28天齡期混凝土抗壓強度和彈性模量， ^為與混凝土齡期相關的系數(shù)。美國ACI 209 R-1992(R2008)也給出經(jīng)驗公式：
[0009]
式中，w為單位體積混凝土的重量。
[0010] 國內(nèi)朱伯芳在水利學報中發(fā)表了《混凝土的彈性模量，徐變度與應力松弛系數(shù)》和 《再論混凝土彈性模量的表達式》，根據(jù)中國水利水電科學研究院的試驗結(jié)果，得出早齡期 混凝土抗拉強度、極限拉伸變形及早齡期混凝土彈性模量的時變規(guī)律，并分別給出指數(shù)型、 雙曲線型、對數(shù)型和插值型混凝土抗壓強度、彈性模量隨材料成熟度發(fā)展的經(jīng)驗公式。張建 仁等發(fā)表的《混凝土早期抗壓強度和彈性模量的試驗研究》[J].中外公路，2003,23(2) :89-92,通過對不同設計強度的混凝土試塊進行早齡期軸心抗壓強度和彈性模量的試驗研究， 獲得了它們的統(tǒng)計參數(shù)、分布類型及隨齡期變化的表達式。吳會平等發(fā)表了《預應力混凝土 箱梁彈性模量控制淺析》[J].高性能混凝土的研究與應用一一第五屆全國高性能混凝土學 術交流會論文，2004,探討了影響混凝土彈性模量的各種因素，得出彈性模量與抗壓強度的 平方根呈線性相關關系。謝靜發(fā)表的《不同長徑聚丙烯纖維對高強混凝土高溫后力學性能 影響的研究》論文中研究了高強混凝土彈性模量及其高溫作用后的變化規(guī)律。李曉文等發(fā) 表了《預應力混凝土彈性模量力學性能試驗研究》[J] ·商品混凝土，2010，12:67-70，在新疆 烏魯木齊地區(qū)的特殊地理環(huán)境和氣候因素下，指出3d齡期的混凝土雖然強度達到了設計要 求，但彈性模量還處在比較低的狀態(tài)，也就是說混凝土強度的增長速度要高于彈性模量的 增長速度。這與馮太坤（混凝土的強度與抗壓彈性模量增長變化初探[J].中國高新技術企 業(yè)，2007(4)，158)的研究恰好相反，他指出混凝土的養(yǎng)護早期抗壓強度沒有抗壓彈性模量 增長得快，混凝土早期相對容許應變較小。
[0011] 目前橋梁工程施工中要求抗壓強度和彈性模量的雙重控制，但可供取用的標準數(shù) 據(jù)還沒有完備地建立起來，特別是混凝土齡期、強度、彈性模量的特征關系是工程中亟待解 決的關鍵問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明旨在提供一種橋梁上部預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法，采用 通用混凝土原材料，研究橋梁用C50、C55混凝土在不同齡期下彈性模量與抗壓強度的演化 規(guī)律及其相互關系，繼而推廣到通常橋梁用混凝土強度等級的混凝土在不同齡期下彈性模 量與抗壓強度的演化規(guī)律及其相互關系，解決了我國交通建設施工中的實際問題以及為編 制相關規(guī)范提供試驗依據(jù)，研究成果并對行業(yè)技術進步以及社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
[0013] 本發(fā)明提供了一種橋梁上部預應力混凝土抗壓強度與彈性模量檢測方法，包括以 下步驟：
[0014] (1)準備原材料
[0015] 混凝土采用與工程中相同的原材料，混凝土和易性根據(jù)施工工藝要求確定：
[0016] 水泥:選取普通硅酸鹽水泥P.0 52.5級水泥、P.0 42.5級水泥；
[0017] 骨料:砂、石使用符合國家標準的質(zhì)地堅硬、級配良好、潔凈的中砂和碎石;石灰石 碎石5-20mm連續(xù)級配，5-10mm摻量30%，10-20mm摻量70% ;
[0018]礦物摻合料:采用符合現(xiàn)行國家或行業(yè)標準的I級粉煤灰、S105或S95礦粉；
[0019] 外加劑:采用聚羧酸高效減水劑；
[0020] 拌合水:符合《混凝土用水標準》JGJ 63-2006規(guī)定。
[0021] 2)混凝土配合比：
[0022] 混凝土配料比如下：
[0023] 水膠比：（0.27 ~0.35):1;
[0024] 水泥用量:400kg/m3 ~500kg/m3;
[0025] 礦物摻合料總用量:70kg/m3~95kg/m3,所述粉煤灰質(zhì)量占礦物摻合料總用量的最 大比例為0.6。
[0026] 中砂用量:600kg/m3 ~750kg/m3;
[0027] 碎石用量：1000kg/m3 ~1200kg/m3;
[0028]減水劑摻量：I .Owt%~1.5wt% (質(zhì)量百分比為減水劑質(zhì)量占膠凝材料質(zhì)量的百 分比）。
[0029] 3)主要儀器設備
[0030]全自動混凝土壓力試驗機;微機控制電液伺服萬能試驗機;彈性模量測定儀。
[0031] (2)試件的制備及測試：
[0032] 1)試件制作：
[0033]試驗試件數(shù)量：在兩個強度等級下，分別制作5個齡期（3d、5d、7d、28d、56d)的試 件，每個齡期內(nèi)做一組"10壓+3軸+10彈"，即10個抗壓強度試驗樣本:尺寸為150mm X 150mm X 150mm，3個軸心抗壓確定彈性模量加荷參數(shù)樣本:尺寸為150mm X 150mm X 300mm，10個彈 性模量試驗樣本:尺寸為150mm X 150mm X 300mm。
[0034] 統(tǒng)計評定樣本數(shù)一般不少于10組，每種條件方案，取樣本150mmX 150mmX 150mm共 10個抗壓強度試驗，150mm X 150mm X 300mm共3個軸心抗壓確定彈性模量加荷參數(shù)，150mm X 150mm X 300mm共10個彈性模量試驗。
[0035]采用鋼模制備橋梁用C50、C55混凝土立方體試件和棱柱體試件。
[0036] 根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T 50107 - 2010,當連續(xù)生產(chǎn)的混凝土，生產(chǎn) 條件在較長時間內(nèi)保持一致，且同一品種、同一強度等級混凝土的強度變異性保持穩(wěn)定時， 一個檢驗批的樣本容量應為連續(xù)的3組試件。
[0037]上述試件的取樣頻率和數(shù)量應符合下列規(guī)定：
[0038] a、每100盤，但不超過IOOm3的同配合比混凝土，取樣次數(shù)不應少于一次；
[0039] b、每一工作班拌制的同配合比的混凝土不足100盤和IOOm3時其取樣次數(shù)不應少 于一次；
[0040] C、當一次連續(xù)澆筑同配合比混凝土超過1000 m3時，每200m3取樣不應少于一次；
[0041] d、當連續(xù)生產(chǎn)的混凝土，生產(chǎn)條件在較長時間內(nèi)保持一致，且同一品種、同一強度 等級混凝土的強度變異性保持穩(wěn)定時，一個檢驗批的樣本容量應為連續(xù)的3組試件，其強度 應同時符合下列規(guī)定：
[0042] mfcu> fcu,k+0.7〇〇；fcu,min> fcu,k-〇.7〇〇；fcu>min > 0.90fcu,k
[0043] 檢驗批混凝土立方體抗壓強度的標準差，應根據(jù)前一個檢驗期內(nèi)同一品種混凝土 試件的強度數(shù)據(jù)計算：
[0044]
[0045] 式中：mfcu-一同一檢驗批混凝土立方體抗壓強度的平均值(N/mm2)，精確到0.1 (N/mm 2)；
[0046] fcu,k--混凝土立方體抗壓強度標準值(N/mm2)，精確到0.1 (N/mm2);
[0047] σ〇一一檢驗批混凝土立方體抗壓強度的標準差(N/mm2)，精確到0.01(N/mm2);當檢 驗批混凝土強度標準差SQ計算值小于2.5N/mm 2時，應取2.5N/mm2;
[0048] fcu；1一一前一檢驗期內(nèi)同一品種、同一強度等級的i組混凝土試件的立方體抗壓 強度代表值(N/mm 2)，精確到0. l(N/mm2);該檢驗期不應少于60d，也不得大于90d;
[0049] η--前一檢驗期內(nèi)樣本容量，在該期間內(nèi)樣本容量不應少于45;
[0050] feu,min--同一檢驗批混凝土立方體抗壓強度的最小值(N/mm2)，精確到0.01 (N/ mm2)。
[0051] 2)養(yǎng)護條件
[0052] 試件采取同條件養(yǎng)護，即與工地上混凝土的養(yǎng)護條件相同；
[0053]同條件養(yǎng)護根據(jù)工程進度取為相應季節(jié)溫度。
[0054] 3)檢測指標:抗壓強度、彈性模量
[0055] 4)實驗方法和實驗設備
[0056] 采用標準試驗方法《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTGE30-2005)測定混 凝土抗壓強度，結(jié)合微變形測量儀測定其彈性模量。
[0057]分別測定C50、C55混凝土試件齡期為3(1、5(1、7(1、28(1、56(1的力學性能指標，包括抗 壓強度、軸壓強度和彈性模量，研究隨著齡期的增長混凝土抗壓強度和彈性模量的變化規(guī) 律。
[0058] 所用主要儀器設備：STYE-3000C型電腦全自動混凝土壓力試驗機;WAW-1000 kN微 機控制電液伺服萬能試驗機；150mm X 150mm X 150mm立方體鋼模；150mm X 150mm X 300mm棱 柱體鋼模。
[0059] (3)數(shù)據(jù)處理
[0000] 本研究試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)肖維勒(Chauve 1)準則和格拉布斯(Grubbs)準則。
[0061 ] 進一步地，所述養(yǎng)護條件為:環(huán)境溫度為10°c-30°c，相對濕度為20%-80%。
[0062]本發(fā)明的有益效果：
[0063] (1)混凝土是具有地域特征的建筑材料，本發(fā)明提出了對我國的混凝土早齡期性 能進行試驗研究，同時研究提出混凝土早齡期性能是施工期混凝土結(jié)構控制的前提。
[0064] (2)采用通用混凝土原材料，研究橋梁用C50~C55高性能混凝土在不同齡期和環(huán) 境溫度下彈性模量與抗壓強度的演化規(guī)律及其相互關系，對解決我國交通建設施工中的實 際問題、控制橋梁施工進度及編制相關規(guī)范提供試驗依據(jù)，并對推進行業(yè)技術進步具有重 要作用和意義。
【具體實施方式】
[0065] 下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0066] 實施例：
[0067] 本發(fā)明公路橋梁預應力混凝土抗壓強度彈性模量雙參數(shù)無損檢測方法的步驟如 下：
[0068]按照上述公路橋梁預應力混凝土抗壓強度和彈性模量分析，針對C50 < f?.k < C55 的公路橋梁預應力混凝土，測出了抗壓強度和彈性模量，并按照上述方法進行數(shù)據(jù)處理，采 用回歸方程式擬合出了適用于公路橋梁預應力混凝土的齡期與高性能混凝土抗壓強度、彈 性模量的關系公式。
[0069] 1.采用的混凝土原材料和上述原材料相同，采用如下配合比制備試件。
[0070] 表1混凝土配合比
[0072] 采用山西黃河新型化工HJSX-A型聚羧酸高效減水劑，減水率為29% ;
[0073] 2.技術路線如下：
[0074]步驟一:試件制作，采用滿足上述要求的混凝土原材料和配合比，在商品混凝土攪 拌樓中攪拌，制作C50和C55兩個強度等級的混凝土。在兩個強度等級下，分別制作5個齡期 (3d、5d、7d、28d、56d)的試件，每一個齡期制備10個標準立方體（150mm X 150mm X 150mm)試 件和13個標準棱柱體（150mm X 150mm X 300mm)試件，立方體試件用于測量混凝土抗壓強度， 3個棱柱體試件用于測量混凝土軸心抗壓強度，另外10個測量混凝土彈性模量，同一齡期的 試件要求在同一天內(nèi)制作完成；
[0075]步驟二:試件采取同條件養(yǎng)護即與工地上混凝土的養(yǎng)護條件相同；
[0076]步驟三:強度測試：用電液伺服萬能試驗機測量混凝土標準立方體試件的抗壓強 度和混凝土標準棱柱體試件的軸心抗壓強度；
[0077] 步驟四：彈性模量測試：用電液伺服萬能試驗機測量混凝土標準棱柱體試件的彈 性模量。
[0078] 按照上述技術路線，測出抗壓強度和彈性模量，處理后的有效數(shù)據(jù)分別如下表所 不。
[0079] 表2 C55抗壓強度值(MPa) LUUOJj 衣4 Ut)WK/規(guī)工5半?王候入丄ITMFaJ
L〇〇87」3.采用回歸方程式擬合出了適用于公路橋梁預應力混凝土 C50<fcu.k<C55的高 性能混凝土抗壓強度、彈性模量的關系公式。
[0088]下面內(nèi)容屬于對上述公式的驗證：
[0089] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
在實體工程里必沁水河特大橋項目中試用，詳述如下：
[0090] 里必沁水河特大橋項目基本情況如下：
[0091] 里必沁水河特大橋，橋長1347m，本橋主橋跨徑組成為80+3 X 150+80米C50、C55預 應力混凝土連續(xù)剛構，該橋主橋上部結(jié)構采用直腹板預應力混凝土箱梁，箱梁為單箱單室 斷面，采用縱向、豎向、橫向三向預應力混凝土結(jié)構，箱梁頂面、底面橫坡與路線橫坡一致， 橋面縱坡為1.3%。
[0092] 根據(jù)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程》(CECS 02:2005)超聲回彈測試 方法，對里必沁水河特大橋預應力混凝土箱梁實體進行了齡期為3(1、5(1、7(1、14(1、28(1時的超 聲值、回彈值測試，同時測試了相應齡期混凝土同條件養(yǎng)護混凝土試件的抗壓強度、彈性模 量，運用本發(fā)明建立的系列模型推定了里必沁水河特大橋預應力混凝土箱梁實體混凝土抗 壓強度、彈性模量，并與試塊實測值進行了對比校核，驗證了本發(fā)明所得模型的正確性。 [0093] 具體如下：
[0094] (1)在施工場地采用與項目相同的混凝土配合比制備5個齡期（3d、5d、7d、14d、 28d)的試件，每一個齡期制備10個標準立方體（150mm X 150mm X 150mm)試件和13個標準棱 柱體（150mm X 150mm X 300mm)試件，同一齡期的試件在一天內(nèi)完成;具體混凝土配合比如表 11所示；
[0095] 表6混凝土配合比(kg/m3)
[0097] (2)試件采取同條件養(yǎng)護，即同施工現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護方式一樣；
[0098] (3)試件到達相應齡期（3(1、5(1、7(1、14(1、28(1)后，測試混凝土試件的抗壓強度、彈性 模量；
[0099]表7箱梁抗壓強度實測值和推定值
[0104] 通過對箱梁抗壓強度、彈性模量的實測值和齡期推定值進行比較，可以得出：
[0105] (1)經(jīng)計算，抗壓強度曲線的相對誤差為7.46%，彈性模量曲線的相對誤差為 4.85%，符合要求。
[0106] (2)本發(fā)明所給出高性能混凝土抗壓強度、彈性模量與齡期的關系公式適用于公 路橋梁C50 du,k < C55預應力混凝土早齡期及后期的抗壓強度彈性模量雙參數(shù)控制檢測 方法;實際工程中所用混凝土配合比在本發(fā)明所述的配合比范圍之內(nèi)的可以直接應用本發(fā) 明所給的公式;為了得到適用于具體工程的更高精度的抗壓強度值和彈性模量值，可根據(jù) 本發(fā)明所述步驟自行得出相關公式。
【主權項】
1. 一種橋梁上部預應力混凝±抗壓強度與彈性模量檢測方法，其特征在于:通過實驗 和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析建立公路橋梁預應力混凝±抗壓強度和彈性模量與齡期雙參數(shù)控制曲線， 包括W下步驟： 步驟一:試件制作，采用滿足要求的混凝±原材料和配合比，在商品混凝±攬拌樓中攬 拌，制作巧0和巧5兩個強度等級的混凝±;在兩個強度等級下，分別制作不同齡期的試件， 每個齡期內(nèi)做一組"10壓+3軸+10彈"，即10個抗壓強度試驗樣本，3個軸屯、抗壓確定彈性模 量加荷參數(shù)樣本，10個彈性模量試驗樣本;同一齡期的試件要求在同一天內(nèi)制作完成； 步驟二:試件采取同條件養(yǎng)護，即與工地上混凝±的養(yǎng)護條件相同； 步驟Ξ:試件達到齡期后，用電液伺服萬能試驗機測量混凝±標準立方體試件的抗壓 強度和混凝±標準棱柱體試件的軸屯、抗壓強度； 步驟四：彈性模量測試：用電液伺服萬能試驗機測量混凝±標準棱柱體試件的彈性模 量。 步驟五:數(shù)據(jù)處理:本研究試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)肖維勒準則和格拉布斯準則。2. 如權利要求1所述的公路橋梁預應力混凝±抗壓強度彈性模量雙參數(shù)無損檢測方 法，其特征在于，混凝±配料比如下： 水膠比:0.27~0.35; 水泥用量:400kg/m3 ~500kg/m3; 礦物滲合料總用量:70kg/m3~95kg/m3,所述粉煤灰質(zhì)量占礦物滲合料總用量的最大比 例為0.6。 中砂用量:600kg/m3 ~750kg/m3; 碎石用量：lOOOkg/m3~1200kg/m3; 減水劑滲量：1. Owt %~1.5wt %。3. 根據(jù)權利要求2所述的橋梁上部預應力混凝±抗壓強度與彈性模量檢測方法，其特 征在于:所述混凝±采用與工程中相同的原材料，混凝±的和易性根據(jù)施工工藝要求確定； 水泥:選取普通娃酸鹽水泥P.0 52.5級水泥、P.0 42.5級水泥； 骨料:砂、石使用符合國家標準的質(zhì)地堅硬、級配良好、潔凈的中砂和碎石； 石灰石碎石5-20mm連續(xù)級配，5-lOmm滲量30 %，10-20mm滲量70 % ; 礦物滲合料:采用符合現(xiàn)行國家或行業(yè)標準的I級粉煤灰、S105或S95礦粉； 外加劑:采用聚簇酸高效減水劑； 拌合水:符合《混凝上用水標準》JGJ 63-2006規(guī)定。4. 如權利要求1所述的公路橋梁預應力混凝±超聲回彈雙參數(shù)無損檢測方法，其特征 在于，所述不同齡期選擇3(1、5(1、7(1、28(1、56(1五個齡期；所述抗壓強度試驗樣本的尺寸為 150mm X 150mm X 150mm，軸屯、抗壓確定彈性模量加荷參數(shù)樣本的尺寸為150mm X 150mm X 300mm，彈性模量試驗樣本的尺寸為150mmX 150mmX 300mm。5. 根據(jù)權利要求1所述的橋梁上部預應力混凝±抗壓強度與彈性模量檢測方法，其特 征在于:所述試件的取樣頻率和數(shù)量應符合下列規(guī)定： a、 每100盤，但不超過100m3的同配合比混凝±，取樣次數(shù)不應少于一次； b、 每一工作班拌制的同配合比的混凝±不足100盤和100m3時其取樣次數(shù)不應少于一 次； c、 當一次連續(xù)誘筑同配合比混凝±超過1000m3時，每200m3取樣不應少于一次； d、 當連續(xù)生產(chǎn)的混凝±，生產(chǎn)條件在較長時間內(nèi)保持一致，且同一品種、同一強度等級 混凝±的強度變異性保持穩(wěn)定時，一個檢驗批的樣本容量應為連續(xù)的3組試件，其強度應同 時符合下列規(guī)定： nifcu ^ fcu,k+0.7〇0 ; feu,min ^ fcu,k~0.7〇0 ; fcu, min ^ 0.90fcu, k 檢驗批混凝±立方體抗壓強度的標準差，應根據(jù)前一個檢驗期內(nèi)同一品種混凝±試件 的強度數(shù)據(jù)計算：式中：mfeu-一同一檢驗批混凝±立方體抗壓強度的平均值（N/mm2)，精確到0.UN/ mm2); fcu.k--混凝±立方體抗壓強度標準值(N/mm2)，精確到0. l(N/mm2); σ〇一一檢驗批混凝±立方體抗壓強度的標準差(N/mm2)，精確到0.01(N/mm2);當檢驗批 混凝±強度標準差so計算值小于2.5N/mm2時，應取2.5N/mm2; fcu.i一一前一檢驗期內(nèi)同一品種、同一強度等級的i組混凝±試件的立方體抗壓強度代 表值(N/mm2)，精確到0. l(N/mm2);該檢驗期不應少于60d，也不得大于90d; η一一前一檢驗期內(nèi)樣本容量，在該期間內(nèi)樣本容量不應少于45; feu,min-一同一檢驗批混凝±立方體抗壓強度的最小值(N/mm2)，精確至lj0.01(N/mm2)。6.根據(jù)權利要求1所述的橋梁上部預應力混凝±抗壓強度與彈性模量檢測方法，其特 征在于:所述養(yǎng)護條件為:環(huán)境溫度為l〇°C-30°C，相對濕度為20%-80%。
【文檔編號】G01N1/28GK105842070SQ201610299258
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】杜紅秀, 姜宇, 王飛劍
【申請人】太原理工大學