硬化混凝土的压缩试验

一旦混凝土混合并放置在形式, 水化过程将开始。水化过程从水泥的溶解开始在水, 导致离子的饱和在解答。水泥的主要成分为三钙硅酸盐 (c₃s, 约 45-60%), 硅酸钙 (c₂s, 15-30%), 三钙铝酸盐 (c₃A, 6-12%) 和 tetracalcium aluminoferrites (c₄AF, 6-8%)。在水的存在下, 发生以下主要反应:

水化开始后, 钙 sulfoaluminate 水合物 (钙矾石针状结构) 迅速开始发展。在几个小时内, 大的氢氧化钙和小纤维晶体的硅酸钙水合物将出现, 并开始填补水和水泥之间的空间。最终, 钙矾石晶体可能分解成单硫酸酯水合物。硅酸钙水合物 (CSH) 结构范围从结晶度低到无定形, 占水合水泥浆料固体体积的 50-60%, 且表面积大 (100-700 米²/克)。CSHs 从共价和离子键合 (~ 65%), 以及在复杂结构中的范德华键合 (~ 35%) 得到了它们的强度。

从材料的角度来看, 影响混凝土强度的因素如下:

1. 混合比例水-水泥 (w/c)比由质量降低, 抗压强度 (f '_c), 抗拉强度 (f_t) 和杨氏模量 (E) 越高。其他因素, 如水泥骨料的比例, 级配, 表面质地, 形状和刚度的骨料, 显示了二次影响。
2. 水泥种类水化过程的速率高度依赖于水泥颗粒的细度。如果需要较高的早期强度, 这是常见的使用3型水泥, 这只是正常的水泥 (1 型), 已经磨得更高的细度。
3. 固化另一个影响强度的因素是混凝土固化的温度和湿度。一般情况下, 温度和湿度越高, 水化越快。例如, 在140°F 周围的温度下, 为了在铸件的一天内获得70% 或更高的额定强度, 通常要用蒸汽来固化预应力混凝土构件。
4. 一致性和整合这些特征指的是混合体的均匀性, 以及它最初的压缩程度。不存在弱区或大空隙 (固结差) 和具有均匀性质的混凝土的存在, 应明显增加强度, 所有其他变量保持不变。

从测试的角度来看, 影响混凝土强度的因素如下:

1. 水分状况试样越湿润, 强度越高。
2. 加载面粗糙度表面越粗糙, 强度越高。
3. 装货率载荷越快, 强度越大。
4. 固化温度和湿度试验前贮存试样的温度和湿度越高, 强度越高。
5. 结束克制加载头的类型会影响试样的应力分布。理想的测试加载头是一个 "刷 platten", 但是, 这种类型的加载头是昂贵的制造, 重复性是一个问题。钢头通常使用, 但他们的刚性导致明显的更高的力量。使用封盖化合物将应力均匀分布在试样上, 大大改善了这一问题。
6. 试验机型号测试机器可以被分类为坚硬 (非常刚性) 或软 (不刚性) 在他们的刚性方面。当试样失效时, 软机随应力应变曲线的变化更佳;然而, 额外的储存能量将被释放, 并导致更快的裂纹传播, 从而降低明显的强度。
7. 试样的几何形状在美国, 圆筒 (传统上 6 "直径由 12" 高, 但最近 4 "x 8" 一个) 通常使用。在欧洲, 使用立方体 (6 "6" 或更小)。虽然随着混凝土强度的增加, 立方体强度与气缸强度的比值减小, 但通常认为立方体试样的强度比圆柱体的强约1.25。在气缸试验中, 长度超过直径比 (1/d) 也影响测量强度。标准气缸的 l/d 比为 2.00, 并可找到其他比率的校正因素。

在水压试验机上运行压缩试验。这台机器与我们在其他实验室使用的万能试验机不同, 因为它是由一个简单的液压泵驱动的。这台试验机仅在压缩中工作, 且行程相对较短。对于压缩试验, 负载能力必须非常高 (30万磅或300逃学或更多), 以测试高强混凝土, 因为 12 in. 缸内有28.2 的面积在.², 和混凝土强度可以在实际应用范围内高达 20 ksi。这种类型的混凝土将需要一台机器的容量至少为600逃学。

利用 compressometer 对杨氏模量和泊松比进行了试验。在压缩试验过程中, 该装置安装在混凝土气缸内, 用于测量纵、箍变形。采用纵向刻度仪计算了纵向应变, 并结合应力计算杨氏模量。箍应力与纵向应力的比值可用于计算泊松比。杨氏模量和泊松比仅在低负荷水平下有效 (当然不到40% 的极限), 因为混凝土的裂纹将在最终的30% 左右开始, 而混凝土的行为将清楚地是非线性的开始周围60% 的终极。在这一点之后, 泊松比失去意义, 因为混凝土将开始表现出扩张行为由于裂纹的增长 (即泊松比将成为负值)。

虽然气缸测试是有用的, 以确定交付给现场的混凝土质量, 这个测试并没有告诉我们的具体强度是什么。即使在现场固化钢瓶也没有提供非常可靠的结果。因此, 在过去40年里, 人们一直在努力发展经济无损检测技术来评估原位混凝土强度。两种比较常见的早期技术是使用施密特锤子和温莎探针。这两种技术都是表面硬度测试的例子, 可以通过适当的校准程序与强度相关。

施密特锤是一种简单的弹簧驱动装置, 在表面上射出钢的重量, 并测量其反弹。适当的校准设备到一个特定的组合, 可以得到可靠的结果。因为它只需要几秒钟的时间来运行, 这个测试是一个非常有效的方法来测量混凝土的一致性横跨一个或多个铸件序列。

另一方面, 温莎探测器是一种火药驱动的枪, 它以三角形的模式射出三探头进入混凝土, 并测量平均穿透量。与施密特锤一样, 校准到一个特定的组合是很重要的, 以获得可靠的结果。温莎探针并不完全是破坏性的, 因为探针需要被去除, 并且表面混凝土被修补。这些补丁的深度和范围很小, 所以修复不是一个主要问题。目前有许多新的和更先进的设备和技术用于描述原位混凝土强度, 但这些方法超出了本实验室的范围。

压缩试验

1. 将混凝土钢瓶从储藏区或固化室中取出, 表面干燥钢瓶。
2. 为这个测试选择六圆筒, 并且测量每个圆筒的直径。
3. 确保钢瓶的两端尽可能的水平。由于钢瓶的顶部可能不是非常平坦的, 必须 (a) 研磨混凝土圆筒末端与梅森的摩擦石头去除表面违规现象并且在圆筒的两端铸造沥青盖帽, 或者 (b) 在每个末端放置一个氯丁橡胶末端盖帽。在这个实验室里, 我们将使用氯丁橡胶端盖, 因为这个方法是最简单的。然而, 即使使用这种技术, 主要的表面缺陷必须提前删除。
4. 缓慢且连续地应用压缩载荷, 直至达到最大载荷为止。加载速率应介于 20 psi 到每秒 50 psi (每秒150磅至300磅) 之间。当负载指示器减速并最终停止时, 气缸的故障在测试中迫在眉睫。允许压缩负载继续, 直到气缸被粉碎。仔细检查气缸的失效类型。
5. 记录最大载荷并确定每个试样的抗压强度。

测定杨氏模量

1. 对于其中一个气缸压缩测试, 在步骤2.2 到2.10 之后, 在气缸周围安装一个 compressometer。
2. 拧下七接触螺钉 (2 在上锁环上, 3 在下锁环上, 2 在中间环上), 直到点与环的内表面齐平。
3. 将 compressometer 放置在圆环中心的试样的具体标本上。
4. 放置三相等的长度块在下圆环之下。块 (圆筒) 的长度应该是垂直的, 以提供正确的高度。
5. 手拧紧的3接触螺钉在较低的锁环和2接触螺钉的上环反对标本。
6. 手动拧紧中间环上的2个触头螺钉, 确保轴向应变表盘指示器的垂直阀杆位于中间环的两个部分中间。
7. 卸下两个分隔杆。
8. 从下环下取下三金属块。
9. 零轴向应变表盘指示器, 阀杆接近完全延伸位置。
10. 零直径应变表盘指示器, 其阀杆接近完全推入位置。
11. 在1万磅左右的步骤中应用一系列负载, 最多可达6万磅。在每个加载步骤, 记录纵向和箍变形。

施密特锤示范

1. 在混凝土楼板上标记2英尺 x 2 英尺的网格, 面积为10英尺 x 10 英尺. 选择平滑、干燥和至少4英寸 (或102毫米) 厚的混凝土表面。
2. 在每个网格点, 进行和记录一个施密特回弹锤测试, 如在步骤3.3 至3.4 中所给出的。
3. 在锤可用于测试之前, 必须将活塞从锤中释放到测试位置。如果活塞不延长, 放置活塞的末端反对坚硬表面和轻轻地按施密特锤子牢固地反对表面。你会听到一个点击, 活塞将延伸到测试位置。
4. 轻轻按下回弹锤对混凝土表面进行测试。当活塞被压入回弹锤, 继续用力推, 直到你听到一个嘎嘎作响的声音。将回弹锤牢牢地压在混凝土表面上, 并读取刻度上的回弹数。
5. 计算这组测量的平均值和标准偏差。

压气瓶在倾斜的平面上往往会出现故障, 大约45度。这一特性表明, 故障不是由纯压缩 (气缸破碎) 驱动的, 而是通过剪切力, 或者更精确地通过分裂张力应力来推动的。

通过测量面积除以最大测量载荷 (P_最大值) 计算压缩试验结果。压缩强度值为三缸测试的平均值, 前提是它们中没有一个值小于 500 psi 的平均值。

从应力-应变曲线的初始斜率和纵向到横向应变的比值得到了杨氏模量和泊松比。杨氏模量的值通常被视为 , 而泊松比在0.12 和0.2 之间变化。

施密特锤子读数的平均值是 32.4, 标准偏差为1.3。这些结果被认为是可以接受的, 而混凝土的原位强度确定为 4650 psi 的基础上校准, 以平行的实验室缸测试。

对混凝土筒体进行了压缩试验, 并对杨氏模量、泊松比和混凝土无损检测进行了测量。 从气缸测试的压缩试验结果, 像在这个实验中进行的, 是相对简单的进行和产生可接受的可变性的结果。 泊松比和杨氏模量的测量是很难做到的, 这些性质往往是由经验公式计算的压缩强度, 而不是通过实验方法。

本文所述类型的压缩试验用于监测混凝土结构的强度增益。 28天的结果必须满足离散规格, 但一般情况下, 测试不是以满足规范的特定目的运行, 也不是检查特定成员的强度。这些测试的主要想法是监控整个项目的寿命所交付的所有混凝土的质量。

气缸测试的另一个常见应用是测试从现有结构中提取的核。在这些情况下, 目的是确定结构是否可以承载高于最初设计的负载。 一个例子是在较旧的桥梁, 增加的卡车装载要求桥梁为新的装载组合被评估 (例如重量每轴和轨间距) 或在发生故障后的法医调查中, 有必要排除某些故障模式。