一种获得混凝土中骨料-砂浆粘结强度变化情况的方法与流程

本发明涉及混凝土研究
技术领域：
，具体涉及的是一种获得混凝土中骨料-砂浆粘结强度变化情况的方法。
背景技术：
：混凝土是一种应用广泛的建筑材料，其具有经济性高、可塑性强、可就地取材等优点。混凝土主要由水泥熟料、细骨料、粗骨料、水和其他添加剂构成。在水的作用下，水泥熟料发生水化反应，形成网格结构，将粗骨料、细骨料粘结在一起，形成一种粒子增强复合材料。在骨料和砂浆的界面粘结处被称作界面过渡区，此处往往存在着许多缺陷(例如氢氧化钙富集)，强度较低，如图1所示。可见，混凝土的强度取决于骨料-砂浆界面的粘结强度。混凝土在经历高温、冻融、硫酸盐侵蚀、交变动力荷载等灾变作用后，其骨料-砂浆界面过渡区会受到损伤，骨料-砂浆界面粘结强度发生退化。因此，研究混凝土骨料-砂浆界面的粘结强度的变化在科学研究和工程实践中具有重要意义。然而，由于混凝土骨料多为天然碎石或卵石，其组成种类多样，受几何形态所限，难以夹持，因此采用现有的技术手段并不能有效获得骨料-砂浆界面的粘结强度变化情况。技术实现要素：针对上述情况，本发明提出了一种获得混凝土中骨料-砂浆粘结强度变化情况的方法，可直接获得混凝土中骨料-砂浆界面的粘结强度变化情况，其旨在于提出一种指导标准，为相关科学研究和工程实践提供重要的参考依据。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种获得混凝土中骨料-砂浆粘结强度变化情况的方法，包括以下步骤：(1)对混凝土试件进行劈裂抗拉强度试验，将其劈裂为具有互补劈裂面的两部分；(2)对其中一个劈裂面进行图像采集；(3)对图像中的劈裂骨料和脱浆骨料进行统计，获取二者的面积；(4)按照下列公式计算劈裂骨料的比例：式中，rs为劈裂骨料比例，as为劈裂骨料面积，ad为脱浆骨料面积；(5)针对同一类型的有限个混凝土试件，先采取不同的手段对骨料-砂浆界面造成损伤，然后一一按照步骤(1)～(4)的方式执行获得相应的劈裂比例和劈裂抗压强度；(6)将所有获得的劈裂骨料比例与对应的劈裂抗压强度进行拟合，得到劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图；(7)根据劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图获得同一类型混凝土在不同的劈裂抗压强度下对应的劈裂骨料比例，然后设定对照，将其对应的劈裂骨料比例作为基准，计算得到该种类型混泥土受到不同因素影响时基于对照的骨料-砂浆界面强度变化情况。进一步地，所述步骤(1)中，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》gb/t50081-2002对混凝土试件进行劈裂抗拉强度试验。具体地，所述步骤(3)包括以下步骤：(3a)根据劈裂骨料和脱浆骨料的表面特征性质，利用图像处理工具依次将二者选定出来；(3b)计算选出的区域的像素点个数，分别得到劈裂骨料和脱浆骨料的面积。进一步地，所述步骤(3a)中，选取脱缰骨料区域时，需要同时选取脱浆的骨料区域和砂浆区域，以两个区域的总和作为脱浆骨料的区域计算其面积。具体地，所述步骤(7)中，按照如下公式计算混凝土受到不同因素影响时基于对照件的骨料-砂浆界面强度变化情况：式中，x为所选取的混凝土试件相对于对照件的骨料-砂浆界面强度降低或升高比例，r为对照件的劈裂骨料比例，r′为所选取的混凝土试件的劈裂骨料比例。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明以混凝土劈裂抗拉强度试验为基础，结合劈裂面图像采集、分析，计算劈裂骨料和脱浆骨料的面积以及劈裂骨料比例，然后根据劈裂骨料比例与劈裂抗拉强度的关系拟合出映射关系图，最后再以拟合的关系图获得同一类型混凝土在不同的外界因素影响时的骨料-砂浆界面强度变化情况。(2)本发明计算劈裂骨料和脱浆骨料面积的方式，简单、巧妙、快捷，其利用已有的图像处理工具，结合劈裂骨料和脱浆骨料的表面特征性质，可以快速选取出劈裂骨料和脱浆骨料各自的区域，然后基于此准确地计算出劈裂骨料比例。(3)本发明还根据脱浆骨料的特性，考虑到了互补劈裂面的情况，确保了脱浆骨料面积计算的准确度，为劈裂骨料比例的准确计算提供了良好的铺垫。(4)本发明各个环节环环相扣、相辅相成，共同配合实现了骨料-砂浆界面的粘结强度变化情况的有效获取。这种方式不仅获取方便、直接、高效，而且对于同一类型的混凝土来说，设定的影响因素越多，试验样本和试验次数越多，本发明所拟合的劈裂骨料比例-劈裂抗拉强度关系图就越接近于真实情况，更能为后续针对该种类型混凝土构件的研究和工程实践提供准确的依据。例如，当本领域技术人员需要对某一类型的混凝土在某种因素影响下进行研究时，可以在获得劈裂抗压强度值的情况下，根据本发明提供的劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图快速知晓其劈裂骨料比例，然后据此计算出在这种条件下，混凝土相对于对照的骨料-砂浆界面强度变化情况，从而便可以此为依据进行下一步的研究。(5)本发明设计合理、操作便捷，其以低成本的技术手段提出了一种可以获得混凝土骨料-砂浆界面强度变化情况的参考依据，并且这种参考依据结合统计学的运用，完全可以实现自我修正(主要指劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图的修正)，最终形成一种业内的指导标准。因此，本发明很好地实现了技术与成本之间的平衡，非常适于大规模推广应用。附图说明图1为混凝土骨料-砂浆界面过渡区微观结构示意图。图2为本发明的流程示意图。图3-5为劈裂抗拉强度试验时裂纹的扩展路径示意图，其中，图3为劈裂时裂纹扩展示意图，图4为裂纹沿着界面扩展的示意图，图5为裂纹贯穿骨料的示意图。图6为本发明-实施例中的一种劈裂骨料比例与相对抗拉强度之间的关系图。图7为本发明-实施例中的另一种劈裂骨料比例与相对抗拉强度之间的关系图。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例本发明提供了一种可以直接有效获得混凝土中骨料-砂浆界面的粘结强度变化情况的方案，其核心在于通过计算混凝土劈裂抗拉试件劈裂面上的劈裂骨料所占的面积比例，间接得到混凝土中骨料-砂浆的粘结强度，并拟定出劈裂骨料比例与劈裂抗压强度的关系，最终通过计算确认骨料-砂浆界面强度的变化情况。如图2所示，本发明的实施流程主要由混凝土试件劈裂抗拉强度试验、劈裂面图像采集、劈裂骨料和脱浆骨料面积计算、劈裂骨料比例计算、拟合劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图以及根据关系图计算获得骨料-砂浆界面强度的变化情况几大流程组成，下面依次对这些流程进行介绍。一、混凝土试件劈裂抗拉强度试验对混凝土试件进行劈裂抗拉强度试验，将其劈裂为具有互补劈裂面的两部分，劈裂抗拉强度试验是按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》gb/t50081-2002执行的。劈裂后的试件，其两个劈裂面是互补的。在混凝土试件被劈裂时，裂纹会沿着受拉区扩展，当遇到骨料时，裂纹有两种扩展路径，或沿着骨料砂浆的界面扩展，或直接将骨料劈裂贯穿骨料扩展，如图3-5所示。裂纹的扩展路径取决于其沿该路径开裂的难易程度。若骨料强度高于骨料-砂浆界面的粘结强度，则裂纹倾向于沿着骨料-砂浆界面扩展，此时，在劈裂面上表现为骨料脱浆，即骨料与砂浆完全脱离，一个劈裂面上留下完整的骨料，另一劈裂面上留下与其结合的砂浆。若骨料强度低于骨料-砂浆界面的粘结强度，则裂纹倾向于贯穿骨料发展，两个劈裂面上各留下被劈裂的一部分骨料。因此，混凝土试件劈裂面上的劈裂骨料比例是裂纹扩展路径竞争关系的结果，也就是骨料强度与骨料-砂浆界面强度大小关系的结果。二、劈裂面图像采集基于第一点的理论，因为试件的两个劈裂面是互补的，所以可以只对其中一个劈裂面进行图像采集(例如采用高精度工业相机进行拍照)，然后进行图像分析。三、劈裂骨料和脱浆骨料面积计算此步骤的核心在于，根据劈裂骨料和脱浆骨料的表面特征性质，利用图像处理工具依次将二者选定出来，然后对图像中的劈裂骨料和脱浆骨料进行统计，获取二者的面积。首先，劈裂骨料与脱浆骨料的区别非常明显，通常情况来讲，劈裂的骨料表面干净，边界清晰，色彩鲜明，而脱浆的骨料表面则颜色暗淡，边界模糊。因此利用图像处理工具(例如photoshop中的快速选择工具)可以非常容易将劈裂骨料从图片中选择出来，然后采用同样的方法将脱浆骨料选择出来。而后，计算选出的区域的像素点个数，分别得到劈裂骨料和脱浆骨料的面积。需要注意的是，在选取脱浆骨料时，不但需要选取脱浆的骨料区域，还需要选取砂浆区域，因为在另一个互补的劈裂面上，存在着与该砂浆区域互补的脱浆骨料区域，因此，需要以两个区域的总和作为脱浆骨料的区域计算其面积，才能确保脱浆骨料面积的准确性。四、劈裂骨料比例计算计算出劈裂骨料和脱浆骨料各自的面积后，按照下列公式计算劈裂骨料的比例：式中，rs为劈裂骨料比例，as为劈裂骨料面积，ad为脱浆骨料面积。本实施例中，每一组可计算三个劈裂面的劈裂骨料比例，然后取其平均值作为该组劈裂骨料的比例。五、拟合劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图针对同一类型的有限个混凝土试件，采取不同的手段(例如设置不同的温度)对骨料-砂浆界面造成损伤，然后一一按照上述流程执行获得相应的劈裂骨料比例和劈裂抗压强度。而后，将所有获得的劈裂骨料比例与对应的劈裂抗压强度进行拟合，得到劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图。六、根据关系图计算获得骨料-砂浆界面强度的变化情况根据劈裂骨料比例-劈裂抗压强度关系图获得同一类型混凝土在不同的劈裂抗压强度下对应的劈裂骨料比例，然后设定对照(例如以未经损伤操作的混凝土试件作为对照)，将其对应的劈裂骨料比例作为基准，即可计算得到该种类型混凝土受到不同因素影响时基于对照的骨料-砂浆界面强度变化情况。本发明采用如下公式计算混凝土受到不同因素影响时基于对照件的骨料-砂浆界面强度变化情况：式中，x为所选取的混凝土试件相对于对照件的骨料-砂浆界面强度降低或升高比例，r为对照件的劈裂骨料比例，r′为所选取的混凝土试件的劈裂骨料比例。下面以一个案例对本发明进行说明：所选取的混凝土试件规格如下：形状：立方体，边长：100mm，采用表1的配方进行配制。表1实例选用的混凝土试件的配合比(kg/m3)水泥粉煤灰砂减水剂水粗骨料w/c90天抗压强度(mpa)4121035711.54514911620.2973.2试件浇筑完成后，在模具内养护(不超过24小时)，然后脱模，并置于20℃、相对湿度95％的环境下养护至28天，最后在室内环境下养护至90天。利用高温作用对混凝土试件中的骨料-砂浆界面进行损伤操作。所设定的高温作用的温度分别为400℃和600℃，使混凝土试件的骨料-砂浆界面强度造成损伤。高温作用在箱式电阻炉中进行，升温速度为5℃/min，升至目标温度后，恒温60分钟，然后试件随炉冷却至室温。而后，将冷却的试件分为两组，一组直接用于进行劈裂抗拉强度试验；另一组置于水中浸泡30天进行再养护，以使其中的脱水产物再水化，使混凝土的骨料-砂浆界面得到修复后，再进行劈裂抗拉强度试验。同时，还采用了一组未经高温作用的试件进行劈裂抗拉强度试验，以作为对照。对上述三组试件的劈裂骨料和脱浆骨料的面积进行统计，并计算劈裂骨料的比例，结果见表2。表2实例中劈裂骨料统计结果以对照试件的劈裂抗拉强度作为基准，将经高温作用后的试件的劈裂抗拉强度换算为相对劈裂抗拉强度，即其抗拉强度与对照试件的抗拉强度的百分比(即表2中的56.8％、73.7％、35.2％、53.8％)。将相对劈裂抗拉强度与劈裂骨料比例进行拟合，可以得到相对劈裂抗拉强度(百分比值)与劈裂骨料比例之间的关系，如图6、7所示，图6为混凝土试件经400℃高温作用后的相对劈裂抗拉强度与劈裂骨料比例之间的关系图，图7为混凝土试件经600℃高温作用后的相对劈裂抗拉强度与劈裂骨料比例之间的关系图。可以看到，劈裂骨料比例与劈裂抗拉强度之间具有较好的复合线性关系，其相关系数大于0.97，因此可认为劈裂抗拉强度与劈裂骨料比例之间为线性关系。按照本发明的方案设计，现开始计算该种混凝土试件在经400℃和600℃高温作用后，相比对照试件的骨料-砂浆界面强度变化情况。与对照试件相比，混凝土经400℃作用后，其骨料-砂浆界面强度降低程度为：(58.47-25.5)/58.47×100％＝56.39％；即骨料砂浆-界面强度降低至未经高温作用的43.61％。经再养护后，其骨料-砂浆界面强度得到恢复，恢复程度为：(58.47-36.2)/58.47×100％＝38.09％；即骨料砂浆-界面强度恢复至未经高温作用的61.91％。同理，混凝土经600℃作用后，其骨料-砂浆界面强度降低程度为：(58.47-15.74)/58.47×100％＝73.08％；即骨料砂浆界面强度降低至未经高温作用的26.92％。经养护后，其骨料-砂浆界面强度的恢复程度为：(58.47-34.08)/58.47×100％＝41.71％；即骨料砂浆-界面强度恢复至未经高温作用的58.29％。由此便可获得该种类型混凝土在经400℃和600℃高温作用后的骨料-砂浆界面强度变化情况。综上可见，采用本发明的方案，可以将骨料砂浆-界面强度的变化情况具体化和数字化，这为后续的研究提供了很好的参照标准。本发明利用已有的标准试验获得相关待检测对象(劈裂面)，然后根据多个待检测对象的情况，拟合出了适用于该种混凝土的劈裂骨料比例-劈裂抗拉强度关系图，最终根据关系图可以直接计算出骨料-砂浆界面强度的变化情况。本发明方案看似简单，实则不易想到，只有对混凝土的特性、尤其是骨料砂浆-界面强度的变化特性进行深入的研究和理解，才能通过简单、高效的方式，将已知的技术手段进行充分的整合，从而快速获得混凝土骨料砂浆-界面强度的变化情况。相比现有技术来说，本发明所设计的技术方案实现了不可预料的技术效果。并且，对于同一类型混凝土来说，设定的影响因素越多，试验样本和试验次数越多，本发明所拟合出来的劈裂骨料比例-劈裂抗拉强度关系图就越接近真实情况，更能为后续针对该种类型混凝土的研究和工程实践提供准确的参考依据。上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，对这些实施例的多种修改对于本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例。当前第1页12