C30普通及鋼渣混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比特性試驗(yàn)研究

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(1.上海寶鋼新型建材科技有限公司 技術(shù)中心， 上海 201999；2．上?？睖y設(shè)計(jì)研究院 工程檢測中心， 上海 200434)

1 問題的提出

一般認(rèn)為[1-3]：對(duì)埋設(shè)在混凝土中的差阻式應(yīng)變計(jì)而言，電阻比和伴測溫度是一個(gè)漸變的過程，二者的發(fā)展趨勢是相反的，電阻比增加，伴測溫度減小，即伴測溫度增加電阻比應(yīng)減小，二者不應(yīng)有反常的變化；而且，這是初步檢驗(yàn)差阻式應(yīng)變計(jì)是否正常的重要準(zhǔn)則。但在C30普通混凝土及鋼渣混凝土防汛墻中安裝的DI型差阻式無應(yīng)力計(jì)一年的測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：普通混凝土無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈反比變化，鋼渣混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈正比變化。由此，對(duì)2種C30混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比變化規(guī)律相反的原因開展試驗(yàn)與研究很有現(xiàn)實(shí)工程意義，有利于分析混凝土的應(yīng)力應(yīng)變，有利于研究混凝土的溫度控制措施和裂縫成因。

2 2種C30混凝土的配置

在2幅防汛墻內(nèi)各安裝2支DI-10型無應(yīng)力計(jì)，一幅防汛墻用普通C30混凝土澆筑，一幅防汛墻用C30鋼渣混凝土澆筑。對(duì)比C30普通混凝土，C30鋼渣混凝土中利用鋼渣微粉替代20%S95礦粉，鋼渣粗骨料替代碎石的比例≥20%，鋼渣細(xì)骨料替代河砂的比例≥40%，固廢物占比達(dá)32.1%。2種C30混凝土中水泥用量均為220～230 kg/m3。

3 試驗(yàn)方法及研究內(nèi)容

3.1 試驗(yàn)方法

彭虹[4]提出：要確保無應(yīng)力計(jì)筒內(nèi)的混凝土既要與筒外混凝土完全一樣，又要處于無應(yīng)力狀態(tài)。無應(yīng)力計(jì)筒應(yīng)滿足2個(gè)條件：①無應(yīng)力計(jì)筒必須能隔離外界應(yīng)力的作用，同時(shí)也不能受到筒內(nèi)壁的側(cè)限約束。因此，需采用隔層斷開與周邊混凝土的聯(lián)系，且其內(nèi)層的剛度應(yīng)盡可能??； ②澆注在無應(yīng)力計(jì)筒內(nèi)的混凝土應(yīng)保持與筒外混凝土一致，這就要求筒的內(nèi)壁和頂部既不能吸水，也不能積水。本次試驗(yàn)中無應(yīng)力計(jì)安裝埋設(shè)圖詳見圖1。

通過測試無應(yīng)力計(jì)的電阻和電阻比計(jì)算混凝土的無應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)舖的計(jì)算公式如下：

εm=f×Δz+b×ΔT。

(1)

圖1 無應(yīng)力計(jì)安裝埋設(shè)詳圖

式中：εm為計(jì)算的混凝土結(jié)構(gòu)中的非應(yīng)力應(yīng)變值(×10-6)；f為無應(yīng)力計(jì)的最小讀數(shù)(靈敏度，×10-6/0.01%)；Δz為以變形前無應(yīng)力計(jì)的電阻比z0為起點(diǎn)計(jì)算的變形引起的電阻比增量；b為無應(yīng)力計(jì)的溫度修正系數(shù)(溫度補(bǔ)償系數(shù),×10-6/℃)；ΔT為以變形前無應(yīng)力計(jì)溫度測值T0為起點(diǎn)計(jì)算的變形后的溫度增量。

3.2 研究內(nèi)容

從混凝土材料的溫度線膨脹系數(shù)與儀器的溫度修正系數(shù)方面來對(duì)無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比規(guī)律展開試驗(yàn)研究。

混凝土在非荷載作用下的變形主要有溫度變形、濕度變形及自生體積變形，可以用公式[5]表達(dá)為

εm=G(t)+αΔT+εw。

(2)

式中：G(t)為由混凝土物理化學(xué)因素引起的自生體積變形(×10-6)；αΔT為溫度變化引起的變形(×10-6)；εw為濕度變化引起的變形(×10-6)。安裝在無應(yīng)力計(jì)中的DI型應(yīng)變計(jì)測試的就是這種自由體積變形εm。

4 現(xiàn)場測試成果及分析

混凝土澆筑3月后， C30普通混凝土和C30鋼渣混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比歷時(shí)過程線分別見圖2(a)和圖2(b)。

圖2(a)與圖2(b)比較可知：①普通混凝土中各無應(yīng)力計(jì)在各測試時(shí)刻的溫度、電阻比呈現(xiàn)出明顯的反比關(guān)系；鋼渣混凝土中各無應(yīng)力計(jì)在各測試時(shí)刻的溫度、電阻比呈現(xiàn)出明顯的正比關(guān)系;②普通混凝土中無應(yīng)力計(jì)的電阻比隨伴測溫度變化較為劇烈，鋼渣混凝土中無應(yīng)力計(jì)的電阻比隨伴測溫度變化情況不太明顯，且離散性較大。

(a) 普通混凝土

(b) 鋼渣混凝土

下面就上述現(xiàn)象作進(jìn)一步的分析。由式(1)和式(2)可以推出式(3)

(3)

通常認(rèn)為：混凝土的自生體積變形G(t)經(jīng)過一段時(shí)間以后變化趨于平緩，在90 d以后基本為一定值，一般約(20～100)×10-6[6]；濕度變形εw很小，基本上可忽略不計(jì)[5]。因此，混凝土澆筑3月后，基本可認(rèn)為G(t)和εw為定值，因而無應(yīng)力計(jì)的電阻比變化量Δz與伴測溫度變化量ΔT的關(guān)系只與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)α和無應(yīng)力計(jì)的溫度修正系數(shù)b的差值有關(guān)：當(dāng)α>b， Δz與ΔT呈正向變化，即溫度升高電阻比增大，溫度降低電阻比減小；當(dāng)α

從上面的分析就不難解釋圖2(a)和圖2(b)的現(xiàn)象了。電阻比的變化量和伴測溫度變化量呈線性關(guān)系，上述圖中的現(xiàn)象主要是混凝土的溫度線膨脹系數(shù)α大小和無應(yīng)力計(jì)的溫度修正系數(shù)(溫度補(bǔ)償系數(shù))b決定的。

本試驗(yàn)中4支無應(yīng)力計(jì)的b=11.3×10-6/℃，由本試驗(yàn)擬合出的C30普通混凝土的溫度線膨脹系數(shù)約為9.8×10-6/℃，C30鋼渣混凝土的溫度線膨脹系數(shù)約為12.0×10-6/℃。由此可見，集料類型對(duì)水泥混凝土的線膨脹系數(shù)影響顯著，混凝土的熱膨脹系數(shù)隨著其骨料熱膨脹系數(shù)的增大而增大。該成果與有關(guān)研究資料[7]的結(jié)論一致。

下面用最小二乘法對(duì)各無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度及電阻比關(guān)系進(jìn)行擬合計(jì)算， C30普通混凝土中的無應(yīng)力計(jì)I1和C30鋼渣混凝土中的無應(yīng)力計(jì)I4伴測溫度-電阻比曲線分別見圖3(a)和圖3(b)。

(b) 鋼渣混凝土

圖3(a)中，無應(yīng)力計(jì)I1伴測溫度-電阻比的擬合方程為zI1=-0.246 3T+10 489.41，相關(guān)系數(shù)RI1=0.966；圖3(b)中，無應(yīng)力計(jì)I4伴測溫度-電阻比的擬合方程為zI4=0.112 3T+10 291.74，相關(guān)系數(shù)RI4=0.872。由以上計(jì)算分析可知：普通C30混凝土中無應(yīng)力計(jì)的電阻比與伴測溫度呈反比例關(guān)系，鋼渣C30混凝土中無應(yīng)力計(jì)的電阻比與伴測溫度呈正比例關(guān)系，這一點(diǎn)由擬合方程的斜率可以得到印證；另外，用最小二乘法擬合時(shí)，發(fā)現(xiàn)普通C30混凝土較鋼渣混凝土中的無應(yīng)力計(jì)擬合得到的相關(guān)系數(shù)更接近于1，表明普通C30混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比離散度較小。

5 結(jié) 論

通過公式推導(dǎo)和2種C30混凝土中無應(yīng)力計(jì)的實(shí)測伴測溫度及電阻比用最小二乘法擬合可以得出如下結(jié)論：

C30普通混凝土無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈反比例變化，C30鋼渣混凝土中無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈正比例變化。決定這一相反變化趨勢的原因是：主要與水泥混凝土集料的熱膨脹系數(shù)有關(guān)，當(dāng)混凝土骨料的熱膨脹系數(shù)小于無應(yīng)力計(jì)的溫度修正系數(shù)(溫度補(bǔ)償系數(shù))時(shí)，無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈反比關(guān)系；當(dāng)混凝土骨料的熱膨脹系數(shù)大于無應(yīng)力計(jì)的溫度修正系數(shù)(溫度補(bǔ)償系數(shù))時(shí)，無應(yīng)力計(jì)的伴測溫度-電阻比呈正比關(guān)系。

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