CN103513018A - 混凝土抗裂性能***化检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土抗裂性能***化检测方法，尤其涉及一种通过检测抗裂安全系数、收缩应变量、强度和弹性模量发展曲线、应力集中点及约束程度综合评判混凝土抗裂性能的***化检测方法。所述检测方法包括检测混凝土温度应力参数判断混凝土的抗裂安全系数；检测混凝土收缩应变值判断混凝土的收缩应变量；检测混凝土成熟度建立强度和弹性模量发展曲线；中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点；检测混凝土实体模型的摩擦系数判断混凝土约束程度；根据上述步骤综合评判混凝土抗裂性能。通过上述***化检测方法可有效检测混凝土的抗裂性能，提高的制造质量，使其符合高标准的海底施工环境的要求。

Description

混凝土抗裂性能***化检测方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土抗裂性能***化检测方法，尤其涉及一种通过检测抗裂安全系数、收缩应变量、强度和弹性模量发展曲线、应力集中点及约束程度综合评判混凝土抗裂性能的***化检测方法。

背景技术

目前世界上海底混凝土隧道修建数量在逐年增加，规模在逐年扩大，预制混凝土隧道的难度在逐步加大。混凝土隧道结构受大截面、大体积、结构形式及施工工艺复杂等因素影响，容易因温度、收缩以及约束等原因在施工阶段就出现危害性裂缝；海中隧道工程的技术复杂、标准高等特点；为确保其隧道主体的使用寿命，在预制施工过程中必须采取合理有效的方法对混凝土抗裂性进行评价，优选出最为合理的配合比和施工工艺。

目前国内外对于隧道的裂缝控制技术研究主要集中在干坞法制作的混凝土隧道，而对于采用工厂法预制的混凝土隧道，混凝土隧道预制技术在国内尚属首例，无成熟的施工工艺经验可供借鉴，故认为有必要对工厂化预制的混凝土结构抗裂性评价方面开展研究。

之前在国内为对混凝土抗裂性研究和评价已有多方面成果，例如水运行业在2010年编订的《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTJ202-2010)，该规程适用于水运工程永久性水工建筑物大体积混凝土温度裂缝控制设计与施工。从混凝土原材料选取、配合比设计、温控措施以及施工期温度监测等方面都做了详细的规定，对水运行业大体积混凝土开裂的主要原因——温度应力从源头做了控制。但对于预制混凝土隧道，其结构较传统水运行业中的墩台、墩柱、胸墙和沉箱等结构更为复杂，即包含了大体积混凝土，也包含了大截面、多拐角等特殊部位。混凝土开裂原因不但包含温度应力过大，还包含收缩过大、约束过大和强度发展特殊要求等多方面，因此仅采用《规程》中对温度应力控制就过于片面，需要采用更为全面的混凝土抗裂评价方法。

因此，需要利用现有控裂先进手段对混凝土抗裂性评价，进行程序化研究，编制一套行之有效的方法，从各个影响因素入手综合评价混凝土抗裂性。

针对以上不足，本发明急需提供一种新的混凝土抗裂性能***化检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土抗裂性能***化检测方法，该方法通过检测抗裂安全系数、收缩应变量、强度和弹性模量发展曲线、应力集中点及约束程度实现综合评判混凝土抗裂性能的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种混凝土抗裂性能***化检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

S1、检测混凝土温度应力参数判断混凝土的抗裂安全系数；

S2、检测混凝土收缩应变值判断混凝土的收缩应变量；

S3、检测混凝土成熟度建立强度和弹性模量发展曲线；

S4、中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点；

S5、检测混凝土实体模型的摩擦系数判断混凝土约束程度；

S6、根据上述步骤综合评判混凝土抗裂性能。

所述步骤S1中还包括以下步骤：

S11、将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体；

S12、将各混凝土浆体分别浇筑至温度应力试验机中；

S13、控制温度应力试验机分别检测各混凝土浆体的温度应力参数；

S14、中央处理器根据各混凝土浆体的温度应力参数计算出各混凝土的温度应力值；

S15、中央处理器根据预设的实测拉应力值与各混凝土温度应力值进行对比，并计算出各混凝土的抗裂安全系数；

S16、筛选出符合抗裂安全系数范围的混凝土。

所述步骤S2中还包括以下步骤：

S21、将多份不同配比的混凝土按其水胶比制备成多份混凝土浆体；

S22、通过小圆环试验对各混凝土浆体进行标准范围内的收缩应变监测；

S23、监测各混凝土的开裂时间，并筛选出不易开裂的混凝土；

S24、将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体；

S25、将各混凝土浆体分别浇筑至干燥收缩和自收缩仪中；

S26、测量出混凝土浆体在规定时间内的收缩量；

S27、将多份不同配比的混凝土浇筑足尺寸试浇块模型；

S28、通过设置在足尺寸试浇块模型内收缩特征点位上的应变传感器实时监测混凝土在各时间点的收缩应变值；

S29、中央处理器根据各收缩应变值分析混凝土收缩应变趋势，并依此判断混凝土收缩应变量。

所述步骤S3中还包括以下步骤：

S31、混凝土构件的各温度采集点设置温度传感器；

S32、中央处理器将实时监测到的温度数据进行计算并得出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线；

S33、在试验室中测得各混凝土试浇块的强度和弹性模量；

S34、中央处理器计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线。

所述步骤S4中还包括以下步骤：

S41、中央处理器建立混凝土的力学模型；

S42、在力学模型上选取作用力的施力点，并模拟施力过程；

S43、中央处理器对各施力点的作用力进行叠加计算得出各施力点的应力值，以此找出混凝土的应力集中点；

所述步骤S5中还包括以下步骤：

S51、利用重力相似准则制造混凝土实体模型；

S52、利用千斤顶水平拖拉混凝土实体模型并检测拉力值；

S53、根据混凝土实体模型的重量和拉力值计算出摩擦系数；

S54、通过摩擦系数判断混凝土约束程度。

所述混凝土实体模型是长度为1m，且底面形状与实际混凝土相同的长方体混凝土块，底部支撑情况与实际混凝土相符。

中央处理器根据以下公式计算出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线:

$\underset{t=\mathrm{0,1,2}...}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}t\·T$

中央处理器根据以下公式计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线：

E＝E₀·(1-e^-at)

所述应变传感器采用埋入式振弦应变传感器，所述足尺寸试浇块模型长度不小于1m。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1、本发明通过检测混凝土温度应力参数对混凝土的抗裂安全系数进行判断，以保证所筛选的混凝土抗裂性能符合抗裂安全系数的范围；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

2、本发明通过检测混凝土收缩应变值对混凝土的收缩应变量进行判断，以保证所筛选的混凝土收缩应变量小；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

3、本发明通过检测混凝土成熟度建立混凝土强度和弹性模量发展曲线，通过对强度和弹性模量发展曲线的分析，可以获知强度和弹性模量发展曲线越大的混凝土，其混凝土强度越高，以保证所筛选的混凝土具有足够的强度；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

4、本发明通过中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点，并根据模拟出的应力集中点对应实际混凝土施工中混凝土的应力集中点，并对这些应力集中点采取加筋、特殊养护等措施防裂；对混凝土整体结构设计起到指导作用，以保证混凝土具有足够的强度；不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

5、本发明通过检测混凝土实体模型的摩擦系数对混凝土约束程度进行判断；以确保混凝土受摩擦力影响小，使其约束程度低；从而保证其具有更高的抗裂性能；不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的步骤框图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的混凝土抗裂性能***化检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

1、检测混凝土温度应力参数判断混凝土的抗裂安全系数：

将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体；把各备选的混凝土按其配比试拌至状态良好，各制作60L混凝土浆体。

将各混凝土浆体分别浇筑至温度应力试验机的模具中；按既定试验方案设定，调节温度应力试验机操作***进行试验。

控制温度应力试验机分别检测各混凝土浆体的温度应力参数；所述温度应力参数包括水化温升、温升时间、热膨胀系数、断裂温度等。本实施例中对不同的混凝土测量其水化温升（20℃、30℃、40℃、50℃）和温升时间（10h、20h、30h、40h）范围，判断混凝土中发热、温升特性；测量热膨胀系数（围绕1×10-5/℃）和断裂温度显示混凝土热应变、热敏感性等特性，以此判断模具中混凝土面对突然温升、温降时混凝土应变变化、裂缝出现点。可根据温度应力试验机设定不同的入模温度，根据需要设定、保持混凝土环境温度，使混凝土短时间内经历大范围温度波动，并且在迅速降温的状态下（30℃～-10℃）促使其发生断裂，以确定发生断裂的极限温度。

中央处理器根据各混凝土浆体的温度应力参数计算出各混凝土的温度应力值，并根据温度应力值模拟出温度应力场；本实施例中的中央处理器内设有MIDAS Civil空间有限元分析软件；通过该软件运算并模拟出各混凝土的温度应力场的三维形态，以便施工人员参考和分析；更加直观具体。

中央处理器根据预设的实测拉应力值与各混凝土温度应力值进行对比，并计算出各混凝土的抗裂安全系数。

可改变模拟工况，分析混凝土的不同入模温度、养护条件、分层厚度和是否布置冷却水管情况；找出混凝土的结构温度场、温度应力场分布，温度最高峰、最高峰位置、时间及相应温度应力，并以此指导在实际混凝土浇筑施工中的降温措施。

通过以上步骤筛选出符合抗裂安全系数范围的混凝土；当抗裂安全系数小于1.4时，则属于安全范围。

本发明通过检测混凝土温度应力参数对混凝土的抗裂安全系数进行判断，以保证所筛选的混凝土抗裂性能符合抗裂安全系数的范围；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

2、检测混凝土收缩应变值判断混凝土的收缩应变量：

将多份不同配比的混凝土按其水胶比制备成多份混凝土浆体；放入小圆环中进行标准范围内的收缩应变监测，通过小圆环试验对各混凝土浆体进行标准范围内的收缩应变监测；待混凝土浆体凝固后观察其开裂时间（精确到分钟，200min、250min、300min）；

分别在不同养护环境下监测各混凝土的开裂时间，取各混凝土开裂时间的相对值进行比较，并筛选出不易开裂的混凝土。

将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体；将各混凝土浆体分别浇筑至干燥收缩和自收缩仪的模具中。

测量出混凝土浆体在规定时间（3d、7d、14d、28d、56d、90d）内的收缩量（200μ、250μ、300μ、350μ）；用以衡量混凝土的收缩应变特性；在相同环境下统一测量，每组测量三份混凝土浆体。

将多份不同配比的混凝土分别浇筑足尺寸试浇块模型；该足尺寸试浇块模型的养护情况可以模拟混凝土的实际养护情况，并可根据实际需要自由设定。

通过设置在足尺寸试浇块模型内收缩特征点位上的应变传感器实时监测混凝土在各时间点的收缩应变值；所述的收缩特征点位是指最能体现混凝土收缩的位置（一般是最大表面长度或宽度方向）。

浇筑完成后，中央处理器立即进行频率在“次/1小时”左右的收缩应变监测，约1周后可适当减小频率至“次/2~4小时”，中央处理器根据各收缩应变值分析混凝土收缩应变趋势，并依此判断混凝土收缩应变量；特别是判断混凝土的收缩特征点位受拉或受压的情况；通过几个月后的采集整理的收缩应变值判断收缩情况，当应变传感器的应变值超过100μ时，应立即对各足尺寸试浇块模型进行裂缝检查。利用中央处理器内设有MIDAS Civil空间有限元分析软件；通过该软件运算并模拟出各混凝土的收缩应变值变化曲线图，以便施工人员参考和分析；更加直观具体。

本实施例中所述应变传感器采用埋入式振弦应变传感器，所述足尺寸试浇块模型长度不小于1m。

本发明通过检测混凝土收缩应变值对混凝土的收缩应变量进行判断，以保证所筛选的混凝土收缩应变量小；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

3、检测混凝土成熟度建立强度和弹性模量发展曲线：

预备多份混凝土构件；混凝土构件的各温度采集点设置温度传感器，以此对混凝土浇筑过程进行温度监测；将多份不同配比的混凝土分别浇筑各混凝土构件，制成混凝土试浇块；所述的温度采集点是指位于混凝土构件的几何中心或表面上的具有温度采集价值的采集位置。

在混凝土浇筑过程中，中央处理器将实时监测到的温度数据进行计算并得出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线；中央处理器根据以下公式计算出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线:

$\underset{t=\mathrm{0,1,2}...}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}t\·T$

在试验室中测得各混凝土试浇块的强度和弹性模量；若试验室条件能够做到随意设定试浇块的养护温度，可以把各试浇块分别放到不同的养护温度下进行养护，分别测量他们的强度和弹性模量并描绘出其发展曲线。

中央处理器根据各温度采集点的混凝土成熟度、回弹强度以及各温度采集点的强度和弹性模量计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线；强度和弹性模量发展曲线越大代表混凝土强度越高。

中央处理器根据以下公式计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线：

E＝E₀·(1-e^-at)

可在混凝土浇筑完毕后，利用回弹仪在现场实地测量混凝土的结构表面强度，对模拟出的强度和弹性发展曲线进行补充性验证。

利用中央处理器内设有MIDAS Civil空间有限元分析软件；通过该软件运算并模拟出各混凝土的强度和弹性模量发展曲线，以便施工人员参考和分析；更加直观具体。

本发明通过检测混凝土成熟度建立混凝土强度和弹性模量发展曲线，通过对强度和弹性模量发展曲线的分析，可以获知强度和弹性模量发展曲线越大的混凝土，其混凝土强度越高，以保证所筛选的混凝土具有足够的强度；使所选取的混凝土具有高的抗裂性能，不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

4、中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点：

利用中央处理器内的MIDAS Civil空间有限元分析软件建立混凝土的力学模型；该力学模型的力学特性、约束情况尽量与实际混凝土在浇筑中的情况相符。

在力学模型上选取作用力的施力点，并模拟施力过程；具体是：在力学模型不同的3~4个面上各选取一个作用点，在该作用点上分别作用4个互为垂直方向的大小恒定的作用力，并进行力学计算。

中央处理器对各施力点的作用力进行叠加计算得出各施力点的应力值，以此找出混凝土的应力集中点；中央处理器模拟不同工况分别计算出各工况下各作用点的应力值；把各作用点的应力绝对值分别进行叠加，找出应力值最大的几个作用点，即认定这几个作用点为混凝土浇筑中容易形成的应力集中点。

本发明通过中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点，并根据模拟出的应力集中点对应实际混凝土施工中混凝土的应力集中点，再对这些应力集中点采取加筋、特殊养护等措施防裂；对混凝土整体结构设计起到指导作用，以保证混凝土具有足够的强度；不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

5、检测混凝土实体模型的摩擦系数判断混凝土约束程度：

利用重力相似准则制造混凝土实体模型；

利用带有测力功能的千斤顶水平拖拉混凝土实体模型并检测拉力值；

根据混凝土实体模型的重量和拉力值计算出摩擦系数；

摩擦系数 $\mathrm{\μ}=\frac{G}{S},$

通过摩擦系数判断混凝土约束程度；μ越大，约束越大。

所述混凝土实体模型是长度为1m，且底面形状与实际混凝土相同的长方体混凝土块，底部支撑情况与实际混凝土相符。

本发明通过检测混凝土实体模型的摩擦系数对混凝土约束程度进行判断；以确保混凝土受摩擦力影响小，使其约束程度低；从而保证其具有更高的抗裂性能；不易断裂、变形；从而使混凝土产品具有安全和质量保证。

6、根据上述步骤综合评判混凝土抗裂性能：

混凝土的配比直接影响其抗裂性能；通过上述步骤可实现并筛选出最适合制造海底隧道的混凝土；具体地说，具有优异抗裂性能配比的混凝土需要具备温度应力值小、收缩应变量小、强度和弹性模量发展曲线大、约束程度低等特质。通过上述***化检测方法可有效检测混凝土的抗裂性能，提高的制造质量，使其符合高标准的海底施工环境的要求。

本实施例中所述的中央处理器采用型号为Intel Xeon E3-1230v2的服务器，具体配置如下：

CPU内核CPU内核：Ivy Bridge；

CPU架构：64位；

核心数量：四核心；

工作功率：69W；

制作工艺：22纳米；

晶体管：14亿；

线程数量：8；

CPU频率主频：3300MHz；

最大Turbo频率：3700MHz；

倍频（倍）：33外频：100；

CPU插槽插槽类型：LGA1155针；

脚数：1155pin；

CPU缓存L1缓存：128KB；

L2缓存：1MB；

L3缓存：8MB；

CPU技术超线程技术：支持；

虚拟化技术：支持；

内存控制器DDR31333MHz，DDR31600MHz Turbo Boost技术。

Claims (10)

1.一种混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤： 

S1、检测混凝土温度应力参数判断混凝土的抗裂安全系数； 

S2、检测混凝土收缩应变值判断混凝土的收缩应变量； 

S3、检测混凝土成熟度建立强度和弹性模量发展曲线； 

S4、中央处理器模拟计算出混凝土的应力集中点； 

S5、检测混凝土实体模型的摩擦系数判断混凝土约束程度； 

S6、根据上述步骤综合评判混凝土抗裂性能。 

2.根据权利要求1所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括以下步骤： 

S11、将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体； 

S12、将各混凝土浆体分别浇筑至温度应力试验机中； 

S13、控制温度应力试验机分别检测各混凝土浆体的温度应力参数； 

S14、中央处理器根据各混凝土浆体的温度应力参数计算出各混凝土的温度应力值； 

S15、中央处理器根据预设的实测拉应力值与各混凝土温度应力值进行对比，并计算出各混凝土的抗裂安全系数； 

S16、筛选出符合抗裂安全系数范围的混凝土。 

3.根据权利要求2所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述步骤S2中还包括以下步骤： 

S21、将多份不同配比的混凝土按其水胶比制备成多份混凝土浆体； 

S22、通过小圆环试验对各混凝土浆体进行标准范围内的收缩应变监测； 

S23、监测各混凝土的开裂时间，并筛选出不易开裂的混凝土； 

S24、将多份不同配比的混凝土制备成多份混凝土浆体； 

S25、将各混凝土浆体分别浇筑至干燥收缩和自收缩仪中； 

S26、测量出混凝土浆体在规定时间内的收缩量； 

S27、将多份不同配比的混凝土浇筑足尺寸试浇块模型； 

S28、通过设置在足尺寸试浇块模型内收缩特征点位上的应变传感器实时监测混凝土在各时间点的收缩应变值； 

S29、中央处理器根据各收缩应变值分析混凝土收缩应变趋势，并依此判断混凝土收缩应变量。 

4.根据权利要求3所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述步骤S3中还包括以下步骤： 

S31、混凝土构件的各温度采集点设置温度传感器； 

S32、中央处理器将实时监测到的温度数据进行计算并得出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线； 

S33、在试验室中测得各混凝土试浇块的强度和弹性模量； 

S34、中央处理器计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线。 

5.根据权利要求4所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述步骤S4中还包括以下步骤： 

S41、中央处理器建立混凝土的力学模型； 

S42、在力学模型上选取作用力的施力点，并模拟施力过程； 

S43、中央处理器对各施力点的作用力进行叠加计算得出各施力点的应力值，以此找出混凝土的应力集中点。

6.根据权利要求5所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述步骤S5中还包括以下步骤： 

S51、利用重力相似准则制造混凝土实体模型； 

S52、利用千斤顶水平拖拉混凝土实体模型并检测拉力值； 

S53、根据混凝土实体模型的重量和拉力值计算出摩擦系数； 

S54、通过摩擦系数判断混凝土约束程度。 

7.根据权利要求6所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特 征在于：所述混凝土实体模型是长度为1m，且底面形状与实际混凝土相同的长方体混凝土块，底部支撑情况与实际混凝土相符。 

8.根据权利要求4所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：中央处理器根据以下公式计算出混凝土各温度采集点的混凝土成熟度曲线: 

9.根据权利要求4所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：中央处理器根据以下公式计算出混凝土的强度和弹性模量发展曲线： 

E＝E₀·(1-e^-at) 

10.根据权利要求3所述的混凝土抗裂性能***化检测方法，其特征在于：所述应变传感器采用埋入式振弦应变传感器，所述足尺寸试浇块模型长度不小于1m。 

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