一种测定轻集料弹性模量的方法

摘要

本发明公开了一种测定轻集料弹性模量的方法，步骤是：1）确定水泥砂浆和混凝土各组分的配合比，按标准制作试件，确定水泥砂浆和混凝土的杨氏模量；2）利用均匀质法的迭代稀释模型推导轻集料的弹性模量：结合第一步试验确定的水泥砂浆的弹模，求出轻集料某体积比下的混凝土的弹模的计算值，该计算值和第一步的实验值进行对比，求出偏差。调整轻集料弹模，保证上述偏差控制在规定范围，即为轻集料弹模的测定值。该方法操作简便,特别适用于因集料颗粒细小而无法用传统方法测量模量的情况,保证了测量对象的完好性,通过测量求出的轻集料弹性模量准确地反映了混凝土材料内轻集料的弹性特征，为制备轻集料混凝土提供了优质的试验数据。

主权项

1.一种测定轻集料弹性模量的方法，其步骤是：A、制备混凝土试件，通过力学试验确定力学参数：（1）确定水泥砂浆和混凝土各组分的配合比:为两个层次；A，确定纯水泥砂浆的配合比，其中水灰比控制在0.29-0.45范围内；B，确定混凝土的配合比，其中保持混凝土中水泥砂浆的配合比不变，按照体积比V_a，加入轻集料，确定混凝土内各种组分的配合比，每一种轻集料混凝土试件中的水泥砂浆的配比和纯水泥砂浆试件的配比一致，轻集料体积V_a占整个混凝土体积的比例控制在25%-45%范围内；水灰比为x的水泥砂浆和混凝土,其各组成成分的质量比为：水泥砂浆：水泥﹕水﹕河沙﹕减水剂=1﹕x﹕1.4﹕y；混凝土：水泥﹕水﹕河沙﹕减水剂﹕轻集料﹕=1﹕x﹕1.4﹕y﹕z；y的取值为水泥用量的0.2-5%，拌合后水泥砂浆或混凝土的坍落度控制在15mm-20mm之间；z的取值根据轻集料体积比V_a和轻集料干密度共同确定；配置高强度混凝土，加入硅粉，其质量比为：水泥﹕硅粉=1﹕0.1；（2）按标准制作试件：轻集料在搅拌过程中吸水，在搅拌前浸泡24-48小时，在搅拌前，轻集料从水中取出，在筛网上晾置20-25分钟，等表面水分滤净，开始搅拌，搅拌操作程序为：a，依次在搅拌机中放入：轻集料，水泥，硅灰，河沙，搅拌1-2分钟；b，一边搅拌一边将拌合水匀速地加入搅拌机，用时2-3分钟；c，水倒完以后，混合物继续搅拌3-4分钟后，结束搅拌，把减水剂放入拌合用水一起加入，上述a，b，c的总体搅拌时间控制在10分钟以内，同样配比的试件每组做4个样本，按照GB50107制作长方体试件，或圆柱体试件，养护时间28天，保持恒温恒湿状态，温度18-22℃，相对湿度≥95%；（3）确定水泥砂浆和混凝土的杨氏模量：按照下列步骤：a，从4个样本中选取一个，用液压伺服压力器进行轴向受压试验，测出轴向受压强度值f_c；b，用液压伺服压力器进行轴向受压试验，测量应力的变化；用应变片或应变仪同步测量应变的变化，在压力0.05f_c-0.3f_c之间循环加压、卸压三次，速率为0.25MPa/秒；c，绘制应力应变曲线，选取第二和第三次的上升段部分0.1f_c-0.3f_c的曲线的割线的斜率作为杨氏模量值，在压缩试验前，按照普通混凝土力学性能试验方法对两个受压端面进行平整度处理；B、利用均匀质法的迭代稀释模型推导轻集料的弹性模量:均匀质法假设轻集料是微观杂质，均匀地分布在水泥砂浆为基质的均质材料中，把混凝土的视为双相质材料，这样杂质和基质共同构成了材料整体，混凝土整体的等效力学性能是由其内在各种组成的材料自有力学性能和所占比重控制，均匀质法衍生出不同的微观模型，其中一种为稀释模型：轻集料颗粒是圆球形，均匀分散在水泥砂浆基质中，轻集料颗粒之间没有相互影响，在杂质体积含量比较小≤1%，在稀释模型的上融入了迭代法：把杂质分割后放入基质，每份体积含量控制，保证体积比，杂质﹕基质小于或等于1%；每次加入后计算本次组合物的整体力学性能；然后这个整体作为中间状态下的一个新的基质，等待下一份杂质的掺入；不断迭代，一直到所有的杂质融入基质，成为最终的组合物，这种模型为迭代稀释模型；利用迭代稀释模型倒推出轻集料的弹性模量，先正推组合物的杨氏模量，其计算步骤：在以下描述中，下标m表示水泥砂浆，a表示轻集料，c表示混凝土：（1）第一步：根据材料弹性参数之间的关系公式：公式2,3，利用各组成材料的杨氏模量E和泊松比v，求出材料的体积模量K和剪切模量G，各材料的泊松比相等，均为0.2，即v_m＝v_a＝0.2，K＝E/[3(1-2v)]＝E/1.8      公式2G＝E/[2(1+v)]＝E/2.4       公式3（2）第二步：根据迭代法，把轻集料总的体积比V_a分成n等份，n的取值保证每次迭代的体积比≤1%，以杂质体积比是25%为例，n≥33；其中第i次迭代的体积比为，i＝1，...,n见公式4：$V_a^i=\frac{V_a/n}{i\times (V_a/n)+V_m}$公式4（3）第三步：根据稀释模型的公式5,6，利用各组成材料的弹性模量和体积比，推导组合物的等效弹性模量：$K_m^i=K_m^{i-1}+V_a^i(K_a-K_m^{i-1})\frac{{3K}_m^{i-1}+{4G}_m^{i-1}}{{3K}_a+{4G}_m^{i-1}}$公式5$G_m^i=G_m^{i-1}+V_a^i(G_a-G_m^{i-1})\frac{15(1-v_m)G_m^{i-1}}{(7-{5v}_m)G_m^{i-1}+2(4-{5v}_m)G_a}$$=G_m^{i-1}+V_a^i(G_a-G_m^{i-1})\frac{{2G}_m^{i-1}}{G_m^{i-1}+G_a}$公式6其中，初始值即初始取值是水泥砂浆的弹性特征；当i＝n时，最终值即最终值为计算所得混凝土的弹性特征；以上的过程通过计算机编制程序，不停循环，一直计算到i＝n结束，然后利用公式7计算混凝土的杨氏模量：$E_c={9K}_c\frac{G_c}{G_c+{3K}_c}$公式7（4）第四步：以上的步骤是从各种组成成分的模量出发推导组合物的整体模量的方法。反过来，令混凝土杨氏模量的计算值利用公式8计算混凝土杨氏模量的计算值和试验测量值的误差Δ；误差小于或等于规定的限值η，接受轻集料的杨氏模量E_a；误差超过限值η，转回第一步，调整轻集料的杨氏模量E_a（当时，减少E_a；当时，增加E_a）；重复上述步骤，当计算误差Δ小于或等于规定的限值η条件下，终止上述过程，此时E_a即为轻集料的杨氏模量：$\Delta =|\frac{E_c^{\mathrm{cal}.}-E_c^{\exp .}}{E_c^{\exp .}}\times 100\%|\le \eta$公式8。