CN106526146B - 一种混凝土抗冻性能的评价方法 - Google Patents
一种混凝土抗冻性能的评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106526146B CN106526146B CN201611028647.0A CN201611028647A CN106526146B CN 106526146 B CN106526146 B CN 106526146B CN 201611028647 A CN201611028647 A CN 201611028647A CN 106526146 B CN106526146 B CN 106526146B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frozen
- concrete
- thawed cycled
- freezing
- freeze
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 17
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 5
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008274 jelly Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013210 evaluation model Methods 0.000 abstract 2
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
- G01N33/383—Concrete or cement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种混凝土抗冻性能的评价方法,该方法建立了抗冻性评价指标相对动弹性模量的评价模型P(n,t)=(1‑kn)[1‑α<t‑4>β],式中n是冻融循环次数;t是一次冻融循环时间;k表征与冻融循环次数相关的系数;α和β表征与冻融循环时间相关的系数。本发明的评价模型可以反映不同冻融循环次数和不同冻融循环时间共同作用下的混凝土抗冻性能水平,其简单易用、准确性高,具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料/结构安全技术领域,具体是通过建立抗冻性评价指标相对动弹性模量的表达式对混凝土抗冻性能进行评价。
背景技术
混凝土因为原材料丰富、施工性能优越、经济实用等特点在土木工程中得到了广泛的应用。目前,土木工程领域中用于评价混凝土材料的抗冻性能方法众多,主要是快冻法和慢冻法(GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,第四章抗冻试验),这两种方法考虑了冻融循环次数对混凝土抗冻性的影响,但是不能准确反映冻融循环次数和冻融循环时间共同作用下的混凝土抗冻性能水平,因此难以在实际工程环境中进行计算和考量。
发明内容
解决的技术问题:本发明是为了解决现有的快冻法和慢冻法均不能准确反映冻融循环次数和冻融循环时间共同作用下的混凝土抗冻性能水平的技术问题,提供一种混凝土抗冻性能的评价方法,该方法使用非线性数学模型对混凝土的抗冻性能进行描述/预测。
技术方案:一种混凝土抗冻性能的评价方法,包括以下步骤:
步骤1,将混凝土试件放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中,进行冻融循环实验,测定相对动弹性模量数据;
步骤2,根据步骤1所得相对动弹性模量数据结合如下公式,得到与冻融循环次数相关的系数k:
P(n,4)=1-kn;
步骤3,根据步骤1所得相对动弹性模量数据、步骤2所得与冻融循环次数相关的系数k结合如下公式,得到与冻融循环时间相关的系数α和β:
P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β];
步骤4,结合步骤2所得与冻融循环次数相关的系数k、步骤3所得与冻融循环时间相关的系数α和β,得到描述/预测混凝土相对动弹性模量用非线性数学模型,该模型为冻融循环次数和冻融循环时间的函数形式:
P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β];
式中:n是冻融循环次数;t是一次冻融循环时间。
进一步地,所述混凝土试件的尺寸为100mm*100mm*400mm。
进一步地,所述混凝土试件在20℃、5%湿度条件下养护后进行冻融循环实验。
进一步地,所述冻融循环实验是将混凝土试件分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验,在4种不同循环次数实验中,控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时。
进一步地,在每次冻融循环冷冻过程中混凝土试件中心应在2小时内应达到-18±2℃,并保持该温度至融化之前;融化过程中混凝土试件中心温度在2小时内应达到5±2℃,间隔10分钟后进入到下一次冻融循环。
有益效果:本发明的数学模型可以反映不同冻融循环次数和不同冻融循环时间共同作用下的混凝土抗冻性能水平,其简单易用、准确性高,具有广泛应用前景。
附图说明
图1是实施例1中参数k确定示意图,也反映冻融循环时间为4小时下实验数据与模型计算结果;
图2是实施例1中参数α和β确定示意图,也反映50次冻融循环下实验数据与模型计算结果;
图3是实施例1中100次冻融循环下实验数据与模型计算结果图;
图4是实施例1中150次冻融循环下实验数据与模型计算结果图;
图5是实施例1中200次冻融循环下实验数据与模型计算结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种混凝土抗冻性能的评价方法,通过建立抗冻性评价指标相对动弹性模量的表达式对混凝土抗冻性能进行评价,用非线性数学模型描述/预测混凝土相对动弹性模量,模型为冻融循环次数和冻融循环时间的函数形式:
P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β]
式中:n是冻融循环次数;t是一次冻融循环时间;k表征与冻融循环次数相关的系数;α和β表征与冻融循环时间相关的系数。
实施例1
采用P.O42.5级的普通硅酸盐水泥配置强度等级为C20的混凝土,成型100mm*100mm*400mm的混凝土试件,20℃和95%湿度下养护28天备用;将养护试件分组,放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中,分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验,以上4种不同循环次数实验中,控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时,考虑以上情况组合,共计进行12组冻融循环实验。测定12组试件的相对动弹性模量,按下式计算:
式中:fini是冻融循环前的混凝土试件的横向基频,f(n,t)是冻融循环n次,每次冻融循环t小时的混凝土试件的横向基频。
建立相应数据并整理,实验结果如表1所示:
表1不同融时间、不同冻融循环次数下的相对动弹模量
下面确定模型系数k,具体步骤为:
选择P(50,4)、P(100,4)、P(150,4)和P(200,4),并将其建立于一个坐标系当中,该坐标系y坐标为P,x坐标为n。如图1所示(图中正方形)。此时P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β]简化为P(n,4)=1-kn,根据已有的P(50,4)、P(100,4)、P(150,4)和P(200,4)可用最小二乘法确定模型参数k为0.001,模型与实验数据拟合效果见图1。
下面通过50次冻融循环实验数据确定该模型下的系数α和β:
选择P(50,4)、P(50,8)和P(50,16),并将其建立于一个坐标系当中,该坐标系y坐标为P,x坐标为n;根据上步获得的k=0.001,代入P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β]可得P(50,t)=0.95[1-α<t-4>β],则根据已有的P(50,4)、P(50,8)和P(50,16)可用最小二乘法确定模型参数α和β为4和0.2。具体结果见图2。
再将确定的α和β与其他冻融循环次数的数据比较和调整,保证α和β与所有的实验数据拟合效果有保证。
将P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β],结合获得的k=0.001、α=4和β=0.2,计算获得100次冻融循环时的模型模拟结果,与100次冻融循环的实验数据进行对比,结果如图3所示,发现模型与实验结果吻合度高。
将P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β],结合获得的k=0.001、α=4和β=0.2计算获得150次冻融循环时的模型模拟结果,与150次冻融循环的实验数据进行对比,结果如图4所示,发现模型与实验结果吻合度高。
将P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β],结合获得的k=0.001、α=4和β=0.2计算获得200次冻融循环时的模型模拟结果,与200次冻融循环的实验数据进行对比,结果如图5所示,发现模型与实验结果吻合度高。
从所有的模型模拟数据和试验结果的来看,拟合效果符合预期,计算误差比较见表2。
表2计算误差比较
序号 | 实验值 | 模型计算值 | 误差(%) |
P(50,4) | 0.96 | 0.95 | 1.041666667 |
P(50,8) | 0.89 | 0.887323 | 0.300744468 |
P(50,16) | 0.87 | 0.871922 | 0.220895184 |
P(100,4) | 0.92 | 0.9 | 2.173913043 |
P(100,8) | 0.85 | 0.840622 | 1.103277175 |
P(100,16) | 0.83 | 0.826031 | 0.47817257 |
P(150,4) | 0.86 | 0.85 | 1.162790698 |
P(150,8) | 0.8 | 0.793921 | 0.759885776 |
P(150,16) | 0.79 | 0.780141 | 1.248031994 |
P(200,4) | 0.78 | 0.8 | 2.564102564 |
P(200,8) | 0.74 | 0.74722 | 0.975632915 |
P(200,16) | 0.73 | 0.73425 | 0.582181756 |
由上可以发现本方法模拟所得数据与实验数据非常好,在一般情况下,误差率控制在3%以内,在教学、试验、施工等领域中具有很高的的应用价值。
以上所述,仅是本发明较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术性质对以上实施例所做的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种混凝土抗冻性能的评价方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,将混凝土试件放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中,进行冻融循环实验,测定相对动弹性模量数据;
步骤2,根据步骤1所得相对动弹性模量数据结合如下公式,得到与冻融循环次数相关的系数k:
P(n,4)=1-kn;
步骤3,根据步骤1所得相对动弹性模量数据、步骤2所得与冻融循环次数相关的系数k结合如下公式,得到与冻融循环时间相关的系数α和β:
P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β];
步骤4,结合步骤2所得与冻融循环次数相关的系数k、步骤3所得与冻融循环时间相关的系数α和β,得到描述/预测混凝土相对动弹性模量用非线性数学模型,该模型为冻融循环次数和冻融循环时间的函数形式:
P(n,t)=(1-kn)[1-α<t-4>β];
式中:n是冻融循环次数;t是一次冻融循环时间。
2.根据权利要求1所述的混凝土抗冻性能的评价方法,其特征在于:所述混凝土试件的尺寸为100mm*100mm*400mm。
3.根据权利要求2所述的混凝土抗冻性能的评价方法,其特征在于:所述混凝土试件在20℃、5%湿度条件下养护后进行冻融循环实验。
4.根据权利要求1所述的混凝土抗冻性能的评价方法,其特征在于:所述冻融循环实验是将混凝土试件分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验,在4种不同循环次数实验中,控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时。
5.根据权利要求1所述的混凝土抗冻性能的评价方法,其特征在于:在每次冻融循环冷冻过程中混凝土试件中心应在2小时内应达到-18±2℃,并保持该温度至融化之前;融化过程中混凝土试件中心温度在2小时内应达到5±2℃,间隔10分钟后进入到下一次冻融循环。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611028647.0A CN106526146B (zh) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | 一种混凝土抗冻性能的评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611028647.0A CN106526146B (zh) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | 一种混凝土抗冻性能的评价方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106526146A CN106526146A (zh) | 2017-03-22 |
CN106526146B true CN106526146B (zh) | 2018-10-16 |
Family
ID=58353132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611028647.0A Expired - Fee Related CN106526146B (zh) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | 一种混凝土抗冻性能的评价方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106526146B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108709980B (zh) * | 2018-07-03 | 2020-07-07 | 三峡大学 | 一种混凝土室内快速冻融循环与自然冻融循环关系的确定方法 |
CN109856375A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-06-07 | 湖州汇能新材料科技有限公司 | 一种加气混凝土板材检测方法及装置 |
CN109946333A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-06-28 | 内蒙古综合交通科学研究院有限责任公司 | 评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法 |
CN111398331B (zh) * | 2019-12-19 | 2021-11-26 | 河海大学 | 一种评估冻融循环作用下混凝土抗冻性能的方法 |
CN111189757B (zh) * | 2020-01-13 | 2022-06-07 | 西安工业大学 | 一种基于孔隙率的再生混凝土抗冻耐久性能评价方法 |
CN113933188B (zh) * | 2021-10-14 | 2023-07-07 | 北京建筑大学 | 建筑垃圾再生骨料沥青混凝土冻融疲劳性能的试验方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4476093B2 (ja) * | 2004-10-21 | 2010-06-09 | 独立行政法人土木研究所 | ポーラスコンクリート凍結融解試験法 |
CN201181268Y (zh) * | 2008-03-04 | 2009-01-14 | 东南大学 | 混凝土耐久性试验仪 |
CN101271103B (zh) * | 2008-05-16 | 2010-12-22 | 东南大学 | 拉应力与环境共同作用下混凝土多因素耐久性实验装置 |
CN101382535B (zh) * | 2008-09-17 | 2012-07-04 | 东南大学 | 一种生态型多孔混凝土抗冻性试验方法 |
CN202720205U (zh) * | 2012-07-26 | 2013-02-06 | 陈庆利 | 一种新型混凝土快速冻融试验装置 |
-
2016
- 2016-11-22 CN CN201611028647.0A patent/CN106526146B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106526146A (zh) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106526146B (zh) | 一种混凝土抗冻性能的评价方法 | |
CN107543755A (zh) | 荷载与冻融循环耦合下混凝土耐久性试验装置及评价方法 | |
Zhang et al. | Sensitivity analysis of Xinanjiang rainfall–runoff model parameters: a case study in Lianghui, Zhejiang province, China | |
CN101929930A (zh) | 一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法 | |
CN106645633A (zh) | 干湿交替环境下胀缩性土路基的变形模拟装置及模拟方法 | |
CN111210519A (zh) | 一种高心墙堆石坝变形参数反演方法 | |
Hao et al. | Comparison between the TOPMODEL and the Xin’anjiang model and their application to rainfall runoff simulation in semi-humid regions | |
Yang et al. | Research on creep characteristics and variable parameter-based creep damage constitutive model of gneiss subjected to freeze–thaw cycles | |
CN102564900B (zh) | 聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法 | |
Liu et al. | Mechanism of groundwater migration in the subgrade in a seasonally frozen soil area | |
CN106504158A (zh) | 一种山丘区沿河村落山洪灾害成灾水位及危险区划分方法 | |
Yao et al. | Soil‐Water Characteristics of the Low Liquid Limit Silt considering Compaction and Freeze‐Thaw Action | |
Guo et al. | Significance analysis of the factors influencing the strength of the frozen soil-structure interface and their interactions in different phase transition zones | |
Liu et al. | Shear relaxation characteristics of rock joints under stepwise loadings | |
CN107357332B (zh) | 一种混凝土最高温度控制方法 | |
Lao et al. | Research on the temperature field of a partially freezing sand barrier with groundwater seepage | |
Ma et al. | Monitoring heat transfer for seepage in earth-rock dams with clay cores considering damaged areas: Laboratory experiments and numerical Modeling | |
CN104951608B (zh) | 一种实际环境冻融作用强度的评价与量化方法 | |
Lei et al. | Analysis and model prediction of subgrade settlement for Linhai highway in China | |
CN104280534B (zh) | 基于细观组构模拟的混凝土应力松弛性质预测方法 | |
CN104101521A (zh) | 一种模型试验地基土及其制备方法 | |
CN105044304A (zh) | 一种寒区化冻期土壤内源污染释放汇流过程监测方法 | |
Su et al. | Model Experimental Study on the Seepage and Failure Features of Tunnel under Wetting‐Drying Alternation with Increasing Water Pressure | |
CN104573227B (zh) | 一种考虑养生效应的水泥混凝土路面湿度场的建模方法 | |
Zhang et al. | Analysis of the influence of different groundwater flow conditions on the thermal response test in Tangshan |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181016 Termination date: 20211122 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |