一种测试高温下高性能混凝土热应变的方法与流程

本发明涉及一种测试高温下高性能混凝土热应变的方法，具体涉及一种运用振弦应变计来检测高温下高性能混凝土热应变的方法，属于建筑工程技术领域。

背景技术：

高性能混凝土（简称hpc）是一种新型混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土的各项技术制作的混凝土，随着时代的发展，各种超高层、大跨度桥梁和各种超大型构筑物的不断增加，对混凝土的性能提出了更高的要求。高性能混凝土不仅能够节约水泥，改善环境，还可以提高经济效益，更重要的是能解决性能提出了更严格的要求，这也促进了高性能混凝土的持续发展和进步。但是较之传统混凝土，高性能混凝土由于更加密实，渗透性更低，脆性更大，在发生火灾后更容易引起爆裂，使混凝土承载力大幅下降，迅速破坏，造成无法挽回的损失，这也成为制约其发展应用的最主要原因。为确保高性能混凝土结构的火灾安全，提高高性能混凝土火灾后的承载力，通过对高性能混凝土结构高温过程中热应变规律的研究，可以通过改良高性能混凝土的掺合料等方面来改善高性能混凝土火灾后的各项性能，这对于建筑行业技术进步以及社会经济发展具有重要意义。

对于火灾下混凝土的热应变，传统上采用电阻式应变片检测，但其存在如下缺点：一、只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变；二、一个应变片只能测定构件表面一个点沿某个方向的应变，不能进行全域性的测量；三、只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值，故对应变梯度大的应力场无法进行测量。近些年，随着应力分析技术的开展，振弦式应变计逐渐被广泛使用。振弦应变计有着独特的机械结构形式并以振弦频率的变化量来表征受力的大小，因此具有长期零点稳定的性能，这是电阻应变计所无法比拟的。在长期、静态测试应变计的选择中，振弦应变计已成为取代电阻应变计，而广泛应用于工程、科研的长期原观的测试手段。国外一些学者通过在大体积混凝土早期温度应变的试验中采用了振弦应变计，并通过数值模拟验证了实验结果，证明结果比较可靠。相较国外，我国国内也进行了大量的实验，证明了相较传统的电阻应变检测而言，振弦应变计应用振弦式应变计进行测量的精度较高。在建筑混凝土、钢结构表面以及水泥混凝土路面和桥梁的检测以及加固中均有一定的应用。

但是国内外很少有将振弦应变计用于测试高温下高性能混凝土热应变的实验。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种测试高温过程中高性能混凝土热应变的方法，具体是通过将振弦应变计埋入混凝土板内来测定高温过程中混凝土板内部热应变值。相较传统的电阻应变检测而言，振弦应变计测量的精度高，在操作过程中简单快捷、易于操作，粘贴较电阻式应变计更为简单且对环境要求较低。

本发明提供了一种测试高温下高性能混凝土热应变的方法，具体步骤如下：

（1）准备试件：

①准备原料：

高性能混凝土采用与工程中相同的原材料，混凝土和易性根据施工工艺要求确定：

水泥：选取普通硅酸盐水泥p.o42.5级水泥；

骨料：粗骨料一般使用碎石或卵石，连续级配，粒径在5~25mm之内。砂为细度模数3.0~2.3、级配良好的豆罗砂；

矿物掺合料：粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，细度为8%~9%，需水量不大于95%，28d活性指数不小于70%；粒化高炉矿渣粉采用s105级矿渣微粉，28d活性指数不小于105%；

外加剂：采用萘系高效减水剂；

拌合水：符合《混凝土用水标准》jgj63-2006规定；

②试件制备：

试件采用c60混凝土试块，尺寸为390mm×390mm×120mm，在距混凝土底面1/5h、2/5h、3/5h位置的混凝土板内部，分别埋置振弦应变计，用于检测距离试块受火面不同距离的热应变（h为试件高度）。

③试块养护：

试件在养护室中进行标准养护28天，然后移出养护室。养护时注意提前用塑料薄膜将应变计的接头处绑紧，防止受潮。

（2）模拟火灾试验并检测混凝土热应变

试件采用电阻炉加热：本试验将混凝土板的底面作为受火面，成型面作为与外界接触的非受火面。试验中采用振弦应变计来测量混凝土板内部不同位置的应变值。在混凝土入模前，先在模具的四周用记号笔标出距底面1/5h、2/5h、3/5h的位置，方便应变计埋入准确合适的位置。标记好后，将拌制的混凝土分三次装入模具，并用振捣棒均匀插捣，浇筑到1/5h标记处后将应变计埋入，再接着浇筑，如法炮制。最后一次浇筑完后，用抹刀将表面抹平。将电阻炉的目标温度设定为800℃，加热过程中，以开启电阻炉加热的时刻为0时刻，每隔5min用应变读数仪记录一次各个测点的振弦应变计的数值，直到应变计烧坏为止。然后，当温度加到800℃后，关闭电阻炉，等到混凝土板温度降至常温时，将其从炉中取出。

（3）数据分析

根据上述试验所测数据，分别做出混凝土板内部距底面1/5h、2/5h、3/5h位置的热应变值随加热时间的变化规律曲线。

所述振弦应变计结构为：包括应变筒、钢弦、端座、观测电缆，所述钢弦两端固定在应变筒上，钢弦受热后使应变筒同步受力发生变形，变形通过前、后端座传递给振弦，从而转变成振弦应力的变化，通过电缆中的电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，将频率信号经电缆传输至读数仪。

本发明首次提出运用振弦应变计来测试高温下混凝土的热应变，具有新颖而独特的意义。本发明通过对距离混凝土板受火面不同位置的观测点热应变进行测试，具有新颖而独特的实验价值。

本发明提供一种新型检测混凝土热变形的方法，与电阻应变检测相比，具有如下优点：

（1）振弦应变计检测着独特的机械结构形式并以振弦频率的变化量来表征受力的大小，因此具有长期零点稳定的性能，这是电阻应变计所无法比拟的。

（2）灵敏度高，精度高。

（3）振弦应变计拥有内置温度传感器，可直接测量混凝土内部的温度值。

（4）振弦应变计能直接以频率信号输出，因此，较电阻应变计模拟量输出能更为简单方便地进行数据采集、传输、处理和存储，实现高精度的自动测试。

附图说明

图1为振弦应变计的结构示意图。

图2为图1中沿a-a线的剖面图。

图3为混凝土板各测点的热应变曲线图。

图中1为应变筒，2为端座，3为观测电缆，4为钢弦。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

本试验采用szzx-a150型振弦应变计和szzx-zh型智能读数仪。

如图1、2示出了振弦应变计的结构，振弦式应变计包括外部的应变筒1和两端固定于应变筒的钢弦4，本发明检测的基本原理如下：当被测结构物体内部的应力发生变化时，应变筒1同步受力发生变形，内部钢弦4随之变形，钢弦被拉紧或松弛，变形通过前、后端座2传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数仪，即可测出被测结构物内部的应变量，同时可同步测出埋设点的温度值。

下面具体通过火灾高温试验研究高性能混凝土的热应变性能：

（1）试验原材料：水泥采用p.o42.5普通硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5~25mm的碎石；细骨料为细度模数2.84，级配良好的豆罗砂；粉煤灰为磨细粉煤灰ⅰ级，细度为8.8%，需水量为95%，28d活性指数71.1%；粒化高炉矿渣粉采用s105级矿粉，28d活性指数110%；减水剂为萘系高效减水剂。

（2）混凝土配料比例见表1所示。

表1c60高性能混凝土配合比（kg/㎡）

（3）试件制备

试件采用c60混凝土试块，尺寸为390mm×390mm×120mm，在距混凝土底面25mm、50mm、75mm的混凝土内部，分别埋置振弦应变计，用于检测距离试块受火面不同距离的热应变。

所述标准养护的条件为：温度为18~22℃，相对湿度为90%以上。

（4）模拟火灾试验并检测混凝土热应变

试件采用电阻炉加热：本试验将混凝土板的底面作为受火面，成型面作为与外界接触的非受火面。试验中采用振弦应变计来测量混凝土板内部不同位置的应变值，在距离混凝土板底面为25mm、50mm、75mm位置的混凝土板内部分别布置振弦应变计。将电阻炉的目标温度设定为800℃，加热过程中，以开启电阻炉加热的时刻为0时刻，每隔5min用应变读数仪记录一次各个测点的振弦应变计的数值，直到应变计烧坏为止。然后，当温度加到800℃后，关闭电阻炉，等到混凝土板温度降至常温时，将其从炉中取出。

（5）数据分析

①统计上述试验所测数据，如表2所示：

表2混凝土板内部各测点应变值

表中“##”表示振弦应变计已烧坏，无法读出应变值。

②建立混凝土板内部25mm，50mm，75mm位置的温度和热应变值随加热时间的变化规律曲线，如图3所示。

从图3曲线图分析，各个测点的高温热应变值均随着加热时间的推移逐步增大。就不同深度的测点而言，加热时间相同时，距离受火面近的温度高，应变值较大；距离受火面远的温度低，应变值较小。图中，距离受火面25mm的测点在最上方，其次是距离受火面50mm的测点，最后是距离受火面75mm的测点，已经充分验证了所分析规律的合理性。

另外，从曲线图中可以看出，距离受火面25mm的测点由于升温快，应变值的增长也比较快，尤其是早期。应变值总体的增长趋势呈线性增长。另外两个深度的测点则由于距离受火面相对较远，早期温度升高较慢，应变值的增长也较慢：后期随着温度的升高也逐渐快速增长，增长趋势类似于抛物线。