混凝土芯樣的尺寸效應分析的論文
摘要：隨著建筑行業的快速發展，混凝土結構逐漸成為建筑施工中的主要形式，其對鋼筋直徑、鋼筋間距等各方面都提出較高的要求，需做好中小直徑芯樣取樣工作。然而從現行大多混凝土結構現狀看，在混凝土取芯鑒別方面，仍受尺寸效應所影響，以不同尺寸混凝土為例，將其加工為不同高徑比芯樣，可發現在直徑變化時抗壓強度也發生明顯的變化。文章主要通過相應的試驗，探析尺寸效應對混凝土芯樣產生的影響。
關鍵詞：混凝土芯樣；尺寸效應；抗壓強度；影響
現行對混凝土強度測量中，我國多以鉆芯法檢驗形式為主，其精度較高且直觀性較強。從相關技術規范中便可發現，在標準芯樣選取方面，主要以1：1高徑比、100mm直徑的混凝土圓柱體為主。需注意的是這種芯樣形式在實際應用中多存在構件尺寸過小、鋼筋間距過小等問題，使芯樣的應用多以小直徑為主，這種尺寸芯樣對混凝土抗壓強度影響極為明顯。因此，文章通過尺寸效應對混凝土芯樣的影響分析，具有十分重要的意義。
1混凝土芯樣的尺寸效應概述
1.1尺寸效應形成的原因
關于混凝土，其本身作為多相非均勻材料，形成尺寸效應的因素也包含極多，綜合近年來國內外學者研究表明，混凝土尺寸效應的'形成原因主要表現在：
（1）Weibull提出尺寸效應因材料強度分布處于隨機狀態而產生；
（2）Sabnis提出混凝土干燥程度與凝固速度受不同試件尺寸所影響、澆筑材料質量因不同的試模尺寸而影響；
（3）Neville提出當混凝土骨料與密實度因模板尺寸存在偏差而受到影響時，尺寸效應便由此產生；
（4）Bazant提出尺寸效應產生的根源在于材料強度具有隨機性特征、水熱化反應以及擴散現象等。國內在分析混凝土尺寸效應過程中，大多也通過統計尺寸效應理論或其他有限元模擬計算等方式。
1.2混凝土芯樣尺寸效應機理
現行對于非標準芯樣抗壓分析，大多研究多從三方面著手，即：第一，從芯樣抗壓強度影響因素方面著手，其在研究芯樣尺寸效應的同時，強調抗壓強度受其他如混凝土齡期、粒徑以及干濕狀態影響。第二，在混凝土芯樣取值方面，不同行業給出不同的規程標準，如建筑領域、港口工程以及冶金行業中的芯樣取值等。第三，在非標準芯樣討論中，側重于測定其基本抗壓強度，并分析抗壓強度區間。從混凝土芯樣尺寸效應機理看，可具體細化為兩方面，其一為在判斷材料強度受試件端部約束力影響中，在試件邊長、高度增大的條件下，這種約束力影響程度會隨之減弱，可理解為材料強度在試件尺寸增大的情況下逐漸減弱。另一方面則表現為固體材料體積減小時，其內部缺陷也會隨之減小，可見體積的減小會提升混凝土抗壓強度。事實上，對于芯樣抗壓強度的影響，通常可利用芯樣直徑與粗骨料粒徑進行對比，其中的粗骨料除受顆粒大小影響外，很大程度也取決于其切割位置。除此之外，影響芯樣抗壓強度的因素也表現在芯樣干濕度、端部平整度、高徑比以及尺寸等方面。
2尺寸效應對混凝土芯樣強度影響試驗
文章在研究混凝土芯樣強度受尺寸效應影響時，涉及的材料主要以水泥、砂、粉煤灰、石以及卵石為主。其中的水泥主要以42.5強度等級的硅酸鹽水泥為主，其平均抗壓強度在3天、28天時分別可達到25.8MPa、54.5MPa；而所選擇粉煤灰與砂分別為I級粉煤灰以及2.7細度模數的中砂為主；其他材料如石、卵石等都以連續級配為主。另外，在芯樣制取方面，文章試驗過程中主要選擇3000mm長、800mm寬以及250mm高的澆筑混凝土板為主，其將150×150×150試塊進行預留，并將骨料粒徑控制在10mm、16mm以及20mm方面。在此基礎上進行不同規格芯樣的鉆取，可選擇φ32、φ49、φ67、φ100為規格，在此基礎上對不同直徑的混凝土板進行不同高徑比的加工，主要以0.5、0.8、1.0、1.2、1.5等為高徑比。此時可得出相關的試驗因素，如67mm直徑的試件，其以1.2為高徑比，且在最大粒徑上為5-16mm，此時可測出試件強度等級為C30。
3混凝土芯樣強度受尺寸效應影響結果分析
3.1試驗結果討論
根據整個試驗結果能夠發現，由于小直徑芯樣，其在試驗中所獲取的抗壓強度數據本身帶有明顯的離散性特征，所以考慮引入平均值法，并配合拉依達原則使所有可疑數據被剔除，以此得到相關的試驗結果。如φ100規格芯樣，以0.5為高徑比，在抗壓強度測量中，不同板號強度分別為45.86MPa、46.40MPa、43.84MPa，而同樣規格芯樣與板號，選取0.8高徑比，可得到的抗壓強度為26.50MPa、32.60MPa、26.50MPa；再以φ67規格芯樣為例，選取1.0作為高徑比，三個板號的強度分別為23.38MPa、27.00MPa、26.29MPa，同樣芯樣規格與板，選取1.2高徑比，可得到的抗壓強度為21.32MPa、24.60MPa、21.12MPa。同理，可使其他規格下的抗壓強度被測量。
另外，實際進行芯樣抗壓強度測定中，也可根據不同直徑芯樣，對高徑比變化下芯樣抗壓強度受到的影響進行折線圖繪制，能夠發現高徑比減小過程中，芯樣抗壓強度會隨之增大，說明混凝土尺寸效應在芯樣高徑比極小的情況下將較為顯著，即使芯樣級配不同、強度等級不同，其都會保持同樣的變化趨勢。
3.2混凝土芯樣抗壓強度系數分析與數據回歸
為進一步驗證混凝土抗壓強度受尺寸效應的影響，可對試驗結果進行系數換算，能夠得到在高徑比為1.5、1.2、1.0、0.8、0.5情況下各規格混凝土的抗壓強度系數，其中在高徑比為0.5與0.8時，若直徑較小，換算系數極大。而在1.2與1.5高徑比條件下，直徑減小時，換算系數將表現出先增大后變小的趨勢。另外，根據所測得的試驗結果與換算系數，可采取數據回歸形式，通過構建相應的回歸方程，能夠得出利用比較小直徑芯樣高徑比的形式，可使混凝土抗壓強度被準確測量出來。同時，根據構建的回歸方程，能夠分析到芯樣強度受高徑比的影響最為明顯，以f、f非標分別表示為標準與非標準芯樣的抗壓強度，且選取D與H作為芯樣直徑與高度，能夠推出f=（0.691+0.187+0.065）f非標。從該回歸方程便可證明上述推理的正確性，即影響芯樣強度的主要以高徑比為主。
4結語
尺寸效應是影響混凝土芯樣的主要因素。通過文中試驗可發現，混凝土芯樣在抗壓強度上，很大程度受高徑比所影響，如超出1高徑比情況下，直徑減小時芯樣強度會表現出先減后增趨勢，而在高徑比為1以內時，直徑減小時芯樣抗壓強度會隨之提升。另外，在進行系數換算與方程回歸中，也可驗證混凝土芯樣強度受強度的影響。
參考文獻
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