一种混凝土静态弹性模量测量方法与流程

本发明属于混凝土强度测量技术领域，特别涉及一种混凝土的劈拉试验测量弹性模量测量方法。

背景技术：

在工程实际应用中，混凝土的控制指标除了强度和坍落度外，经常还要对混凝土的弹性模量进行规定。特别是，在对高强混凝土以及大体积混凝土下的温度应力以及裂缝扩展、变形进行计算时，均需要确定其对应混凝土的弹性模量。

目前，混凝土弹性模量采用标准棱柱体试件进行试验，需要使用大吨位试验机，操作复杂，要求精细控制加载值且持荷时间较长，对操作精度要求高，时间成本高。而劈拉试验在得到劈拉强度的同时可以测定混凝土弹性模量，且使用立方体试件便于试验操作，使用小吨位试验机加载精度可以得到保证，节约时间成本。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种混凝土静态弹性模量测量方法，其精度较高，且操作简便。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种混凝土静态弹性模量测量方法，包括如下步骤：

步骤1，将待测定弹性模量的混凝土制成标准立方体试件，以该试件作为劈拉试验试件，按试验要求养护到设计龄期；

步骤2，对试件进行预压，直至相邻两次的中线横向变形值相差符合要求；

步骤3，对试件进行正式试验，加荷速度与预压相同，加荷应力达到劈拉强度的50％时，记录此时的荷载以及该荷载下的中线横向变形值；

步骤4，将步骤3中的变形值作为横向总变形量，计算得到混凝土弹性模量。

上述步骤1中，标准立方体试件的尺寸为150mm×150mm×150mm，所述步骤2的详细内容是:将试件放在压力试验机的下压板的中心位置，在上下压板与试件之间放置钢制垫块，垫块与试件之间放置三合板垫条，缓慢降低压力机上压板，与试件接近时调整球座使接触均匀；然后启动压力试验机，缓慢施加压力，进行预压，以0.04mpa/s～0.06mpa/s的速度连续而均匀地加载，最大预压应力为试件劈拉强度的40％，反复预压三次，直至相邻两次变形值相差不超过0.003mm，否则继续进行预压，直至差值达到要求。

上述垫条的宽度为20mm，厚度为3-4mm。

上述步骤3中，通过在试件两对称侧面正中位置垂直于加载方向布置微变形测定仪来测量横向总变形量。

上述步骤4中，利用下式来算出混凝土弹性模量：

式中，e为混凝土弹性模量，p为50％劈拉破坏荷载，δl为横向总变形量，d为试件边长，v为泊松比。

上述方法中，在步骤1中制作3个试件，分别重复步骤2-4，得到3个弹性模量数值，取平均值作为混凝土弹性模量的最终值。

采用上述方案后，本发明采用标准立方体试件，微变形测定仪用于测定中线横向变形。进行立方体劈拉试验，将混凝土试件固定于试验机上，上下两端加设垫块，垫块与试件之间放置垫条。通过劈拉试验记录试验荷载以及横向变形量推算混凝土弹性模量。如此，不需要使用棱柱体试验测定混凝土弹性模量，且该方法使用小吨位试验机便于加荷控制，精度较高，操作简单，节约时间成本，理论清晰，精度能够得到保证。

附图说明

图1是本发明中混凝土试件的结构示意图；

图2是本发明中混凝土试件劈拉试验结构示意图；

图3是混凝土试件劈拉试验俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种混凝土静态弹性模量测量方法，采用静态立方体劈拉试验并参照混凝土静态弹性模量测量步骤确定试验步骤；试验得到立方体中线横向变形量以及相应荷载值，再由理论推导出来的计算公式得到静态弹性模量；所述测量方法具体包括如下步骤：

步骤1，将待测定弹性模量的混凝土制成标准立方体试件，以该试件作为劈拉试验试件，按试验要求养护到设计龄期；

步骤2，在试件两对称侧面正中位置垂直于加载方向布置微变形测定仪用以测量横向总变形量δl；

步骤3，将混凝土试件放在压力试验机的下压板的中心位置，在上下压板与试件之间放置钢制垫块，垫块与混凝土试件之间放置三合板垫条，缓慢降低压力机上压板，与试件接近时调整球座使接触均匀；

步骤4，启动压力试验机，缓慢施加压力，进行预压，以0.04mpa/s～0.06mpa/s的速度连续而均匀地加载，最大预压应力约为试件劈拉强度的40％，反复预压三次，直至相邻两次变形值相差不超过0.003mm为止，否则应继续进行预压，直至差值达到要求；

步骤5，标准立方体试件经预压后，进行正式试验，加荷速度与预压相同，加荷应力达到劈拉强度的50％时，记录此时的荷载p以及该荷载下的变形值；

步骤6，由上步两变形值的平均值作为标准立方体中线横向总变形量δl，并利用下式来算出混凝土弹性模量：

式中，e为混凝土弹性模量，单位为mpa；p为50％劈拉破坏荷载，单位为n；δl为两微变形测定仪读数平均值，单位为mm；d为标准立方体边长，单位为mm；v为泊松比。

步骤7，记录该混凝土试件的弹性模量，重复上述步骤进行三次测量求平均值，所得到的平均值即为该种混凝土的弹性模量。

以下将给出一个具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1至图3所示，在劈拉试验中使用两个微变形测定仪2的平均值量测立方体中线处边缘两点的总变形量，具体是将表坐4固定在标准立方体试件1上，然后再将微变形测定仪2和测杆3固定于表坐4上，并使微变形测定仪2和测杆3在标准立方体试件1的对称侧面正中位置垂直于加载方向设置，保持稳定可靠，所述微变形测定仪的测量精度建议不低于0.001mm，在试验开始前需进行调零并保持富余的测量范围，在本实施例中以千分表装配为例；将标准立方体试件1放置在两个垫块5之间，并将两根垫条6置于上下两端垫块5与标准立方体试件1之间。试验采用静力加载，保证加载位置处于加载设备正中，避免受力不均匀，试验完成后记录此时的荷载p'以及微变形测定仪平均读数δu，通过理论公式求得弹性模量。

测量的具体步骤是：

第一步，将待测定弹性模量的混凝土制成3个尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，以该试件作为劈拉试验试件，按试验要求养护到设计龄期；

第二步，对第一个试件，在试件两对称侧面正中位置垂直于加载方向布置两个微变形测定仪用以测量横向总变形量δl；

第三步，将混凝土试件放在200kn液压伺服压力试验机的下压板的中心位置，在上下压板与试件之间放置钢制垫块，垫块与混凝土试件之间放置三合板垫条，缓慢降低压力机上压板，与试件接近时调整球座使接触均匀；在本实施例中，所述垫块的半径为75mm，高度为20mm，长度大于等于试件边长；所述垫条的宽度为20mm，厚度为3-4mm，长度大于等于试件边长；

第四步，启动压力试验机，缓慢施加压力，进行预压，以0.5kn/s的速度连续而均匀地加载，最大预压应力约为试件劈拉强度的40％，反复预压三次，直至相邻两次变形值相差不超过0.003mm为止，否则应继续进行预压，直至差值达到要求；

第五步，立方体试件经预压后，进行正式试验，加荷速度与预压相同，加荷应力达到劈拉强度的50％时，记录此时的荷载p以及该荷载下的变形值；

第六步，由第五步中，两个微变形测定仪采集到的两变形值的平均值作为立方体中线横向总变形量δl，并利用下式来算出混凝土弹性模量：

式中，e为混凝土弹性模量，单位为mpa；p为50％劈拉破坏荷载，单位为n；δl为两微变形测定仪读数平均值，单位为mm；d为标准立方体边长，单位为mm；v为泊松比。通过上式求得混凝土弹性模量。

第七步，记录该混凝土试件的弹性模量，然后分别对第二、三个试件重复上述步骤，共得到3个弹性模量值，求平均值，所得到的平均值即为该种混凝土的弹性模量。

本发明的混凝土弹性模量测量方法不需要使用棱柱体试验测定混凝土弹性模量，且该方法使用小吨位试验机便于加荷控制，精度较高，操作简单，节约时间成本，理论清晰精度能够得到保证。计算弹性模量的公式，认为混凝土为各向同性材料，在开裂前处于弹性阶段。垂直与加载方向的中线上任意点横向应变是由横向应力产生的应变以及纵向应力产生的横向应变之和，对中线上范围的横向应变进行积分，得到总变形量δl，从而计算弹性模量。该方法理论清晰，操作简单，具有较好的精度。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。