基于骨料性质制备混凝土的徐变性能主动分析控制方法与流程

本发明涉及混凝土徐变质量控制，具体而言，涉及一种基于骨料性质制备混凝土的徐变性能主动分析控制方法。

背景技术：

1、目前，混凝土是以通用水泥为胶凝材料，用普通砂石材料为骨料，并以普通水为原材料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。现有技术中，混凝土成型骨料通常包括花岗岩、石灰岩、石英岩、矿石和卵石，通过设置不同种类骨料能够有效调节改善混凝土工艺性能和力学性能。

2、混凝土徐变，作为混凝土的长期变形性能，通常是指混凝土在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形，其对工程结构影响深远，尤其影响结构或构件的受力性能，如混凝土徐变使得结构变形增大，导致预应力构件的预应力损失，或是通过徐变使得构件局部应力集中得到缓和，进而提升性能。

3、由此可见，如何探究上述不同种类骨料因素对于混凝土徐变的影响规律，以及针对特定工况主动控制徐变程度，成为提高工程质量亟需研究的方向。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种基于骨料性质制备混凝土的徐变性能主动分析控制方法，以解决现有技术中因混凝土徐变影响结构或构件的受力性能，难以结合不同种类骨料因素针对特定工况主动控制混凝土制备徐变程度的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于骨料性质制备混凝土的徐变性能主动分析控制方法，包括如下步骤：

4、根据不同种类骨料，协同设置水胶比，进行徐变主动控制试验设计，并根据试验设计配比成型结构试件；

5、结构试件成型后，覆膜养护，并在覆膜养护之后将结构试件继续置入水中养护至预定龄期，而后对各组结构试件做抗压强度测试；

6、将结构试件置于特定温湿度环境，消除温度湿度不均对试验结果的影响，并对结构试件做徐变测试前预备处理；

7、测试不同骨料类型对应的结构试件的收缩和徐变，计算徐变度；

8、分析不同水胶比对混凝土结构试件徐变度的影响机理；

9、测试并分析不同骨料硬度对混凝土结构试件徐变度的影响机理；

10、对比分析骨料硬度与水胶比对混凝土结构试件徐变性能的影响机理；

11、利用混凝土徐变预测模型对混凝土的徐变规律进行预测，并利用预测结果与选取特定水胶比的混凝土结构试件徐变数据进行比对验证；

12、确定不同种类骨料协同设置水胶比的徐变主动控制试验设计分析结论，并以此设计分析结论为基础，主动控制骨料种类以及水胶比参数带来的徐变性能变化，以针对性制备高质量混凝土。

13、在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：

14、作为本发明的进一步方案，所述根据不同种类骨料，协同设置水胶比，进行徐变主动控制试验设计，并根据试验设计配比成型结构试件，具体包括如下过程：

15、根据五种5～20mm连续级配的碎石，分别为花岗岩、石灰岩、石英岩、矿石和卵石形成的不同种类骨料，协同水胶比(w/b)设置为四个等级，分别为0.33、0.36、0.39和0.42，依照统一的既定混凝土施工配合比，根据试验设计成型两种尺寸的棱柱体试件，分别用于抗压强度测试和徐变收缩度测试，其中抗压强度棱柱体试件的尺寸为100mm×100mm×300mm，每组三个；徐变收缩棱柱体试件的尺寸为100mm×100mm×400mm，每组五个。

16、作为本发明的进一步方案，所述结构试件成型后，覆膜养护，并在覆膜养护之后将结构试件继续置入水中养护至预定龄期，而后对各组结构试件做抗压强度测试，具体包括如下过程：

17、对待测试的两种棱柱体试件均用保鲜膜将其表面进行覆盖养护，并在标准养护24h后拆模，拆模之后继续将棱柱体试件放入温度为20±3℃的水中养护至28d龄期后停止养护；而后采用弹簧式徐变加载装置对棱柱体试件进行加载，结合所采用弹簧式徐变加载装置的最大加载限度，选择应力水平为0.4，且将整个加载过程控制在两小时之内，以减小加载过程中水分蒸发和温度变化对试验结果的不利影响，进而对棱柱体试件做抗压强度测试，以此获得各组棱柱体试件对应的28d棱柱体抗压强度结果示于表1；

18、

19、表1

20、作为本发明的进一步方案，所述将结构试件置于特定温湿度环境，消除温度湿度不均对试验结果的影响，并对结构试件做徐变测试前预备处理，具体包括如下过程：

21、进行徐变测试前，为消除环境温度和湿度不均对试验结果的影响，提前48h将棱柱体试件置于温度为(20±2)℃，相对湿度为(60±5)％的恒温恒湿养护室中，保证棱柱体试件的内外部温度湿度相同，在恒温恒湿养护室放置24h后，在棱柱体试件上粘贴电阻应变片，用于测试徐变和收缩变形；

22、所述在棱柱体试件上粘贴电阻应变片的具体过程如下：

23、a.用砂纸对棱柱体试件待粘贴电阻应变片的部位进行打磨，打磨方向与棱柱体试件中轴线呈45度角，并保持单向打磨，直至试件表面平整无锈点；

24、b.精确地用记号笔画出十字交叉线作为电阻应变片的定位标记；

25、c.用浸有酒精的脱脂棉清洗待测部位，清除待测部位表面的油垢灰尘；

26、d.将选好的电阻应变片背面匀涂粘结剂，并将电阻应变片的十字线对准画好的十字定位标记，校正方向之后粘贴，而后覆上一层玻璃纸，并借助外力单方向滚压电阻应变片，挤出气泡及过量的胶水，保证胶层薄而均匀；

27、为了消除后续徐变仪施加压力的不均衡性对棱柱体试件应变的影响，以四棱柱体试件为例，用于加载测试徐变的四棱柱体试件四侧面均粘贴电阻应变片，而用于测试收缩的试件在四棱柱体试件其中一组相对面粘贴电阻应变片；

28、e.基于电阻应变片粘结引线端子，引线端子提前打磨以粘贴牢固；

29、f.待电阻应变片和引线端子粘结牢固之后，利用焊锡将导线与电阻应变片的引线同步焊于引线端子；

30、g.利用欧姆表测试应变片电阻；

31、h.测试确定电路接触良好之后，在电阻应变片均匀涂覆一层环氧树脂；

32、i.经上述处理后的棱柱体试件继续放置于恒温恒湿养护室，直至28d加载。

33、作为本发明的进一步方案，所述测试不同骨料类型对应的结构试件的收缩和徐变，计算徐变度，具体包括如下过程：

34、利用静态应变仪与电阻应变片独测试不同骨料类型对应的棱柱体试件的收缩和徐变，以计算徐变度评价混凝土的徐变性能；

35、测试龄期分别为加载后的第1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、180d和360d，混凝土徐变度根据式(1)计算：

36、ct＝(εct-εt)/σ            (1)

37、式中：t为加载龄期，单位d；ct为加载t时的徐变度；εct为加载t时的徐变应变；εt为同龄期的收缩应变；σ为加载应力，单位mpa。

38、作为本发明的进一步方案，所述分析不同水胶比对混凝土结构试件徐变度的影响机理，具体包括如下过程：

39、根据式(1)计算各龄期棱柱体试件的徐变度，各组棱柱体试件的徐变度曲线在加载早期发展快，后期逐渐趋于稳定；即使骨料品种不同，水胶比对棱柱体试件徐变度的影响规律也基本一致，即水胶比越大，棱柱体试件徐变度越高；因此，不论混凝土使用何种骨料，降低水胶比使棱柱体试件的徐变度降低。

40、作为本发明的进一步方案，所述测试并分析不同骨料硬度对混凝土结构试件徐变度的影响机理，具体包括如下过程：

41、根据界面过渡区显微硬度测试方法，采用hv-1000a型自动转塔显微硬度计对混凝土试样界面过渡区的显微硬度值进行测试，测试试件为360d龄期混凝土，选取包含粗骨料与水泥砂浆结合面部分制作切片试样，切片厚度为10mm；测试前，首先要对测试面进行切割、打磨、抛光处理，以保证表面平整光滑；将厚度为10mm的混凝土切片试样放到载物台进行观察，先用低倍物镜找到粗骨料与水泥石接触界面，以此为零点，再沿水泥石方向用高倍镜以20μm为单位依次打点，每点测试5-7次，结果以平均值表示；

42、根据不同骨料的棱柱体试件徐变度随加载龄期的变化规律，水胶比相同时，骨料品种不同，相同龄期的棱柱体试件徐变度存在较大差别，将360d徐变度按由小到大的顺序排列为：石灰岩、矿石、石英岩、花岗岩、卵石；其中，石灰岩和矿石棱柱体试件的徐变最小，说明矿石-浆体界面和石灰岩-浆体界面较其他骨料-浆体界面有更高的黏结力，因此在外力的作用下抵抗变形的能力最强；反之，花岗岩和卵石混凝土的徐变均高于其他骨料，说明这两种骨料与水泥浆体的界面结合能力较差；

43、比较卵石和花岗岩两种骨料棱柱体试件的徐变值，卵石和花岗岩两种骨料在不同龄期对棱柱体试件徐变的影响规律存在较大差别；在棱柱体试件受荷载早期(＜120d)，且当水胶比小于0.39时，卵石骨料棱柱体试件徐变度低于花岗岩骨料棱柱体试件徐变度，但相差小；当水胶比大于0.39或在棱柱体试件受荷载后期(＞120d)时，卵石骨料棱柱体试件徐变度则明显高于花岗岩骨料棱柱体试件徐变度；分析其原因，是由于当水胶比较小时，棱柱体试件对应的混凝土本身致密，使得棱柱体试件徐变受骨料品种的影响较小；当水胶比大于0.39或在棱柱体试件受荷后期(＞120d)时，棱柱体试件密实度较差，此时在荷载的长期作用下，卵石骨料棱柱体试件的骨料-浆体界面过渡区对棱柱体试件徐变的影响逐渐占了主导作用，而卵石相对圆润，与水泥浆体之间的粘结力较低，界面过渡区相较于其他骨料也更为薄弱，导致此时卵石骨料棱柱体试件的徐变度超过了其他骨料棱柱体试件。

44、作为本发明的进一步方案，所述对比分析骨料硬度与水胶比对混凝土结构试件徐变性能的影响机理，具体包括如下过程：

45、降低水胶比和增大骨料硬度均会使混凝土徐变度减小，为分析这两种因素对混凝土棱柱体试件徐变性能的影响程度，将加载360d的混凝土棱柱体试件徐变数据进行整理，得到不同水胶比下各组混凝土棱柱体试件的360d徐变；

46、随着水胶比增大，同种骨料的混凝土棱柱体试件360d徐变度逐渐增大，各种骨料徐变度最高增长幅度(同种骨料徐变最大值与最小值的差值)分别为6.8％、12.0％、13.2％、8.5％和6.4％；同一水胶比条件下随着骨料硬度的改变，混凝土徐变度最高增长幅度(同种水胶比徐变最大值与最小值的差值)分别为：41.3％、37.6％、36.5％和34.2％；当水胶比和骨料硬度同时改变时，此时混凝土棱柱体试件徐变度的最大增长幅度为50.3％；表明水胶比的小幅度浮动对混凝土棱柱体试件徐变度产生的影响较小，而骨料硬度的改变则对混凝土棱柱体试件徐变度产生了显著的影响；

47、对水胶比为0.33、不同骨料混凝土试样的界面过渡区显微硬度值进行测试；分析距离粗骨料100μm范围以内时，界面过渡区显微硬度值由高到低依次为石灰岩、矿石、石英岩、花岗岩、卵石，与360d徐变度的试验结果反向一致，由此说明界面显微硬度越高，对徐变变形的抑制程度越高；尤其是距离粗骨料40μm以内时，石灰岩-浆体界面和矿石-浆体界面的显微硬度分别达到了79.2mpa和70.4mpa，均明显高于其他三种骨料界面，说明骨料品种对界面过渡区强度产生了影响，进而影响了混凝土的长期变形性能；分析其原因，花岗岩和卵石骨料呈弱酸性，对水泥水化释放出的ca2+有优先吸附作用，因此会引起水化产物中的钙矾石和ca(oh)2晶体在界面处富集，而ca(oh)2晶体在界面区的定向排列生长会降低界面结构的致密性，导致花岗岩和卵石界面的显微强度明显低于其他骨料；而石灰岩表面比较粗糙、多孔，其较高的吸水性间接降低骨料周围的水灰比，保证了骨料与基体之间的有效黏结，且石灰岩属于碱性钙质骨料，水化产物中的ca2+向界面的迁移相对较弱，因此不会引起ca(oh)2晶体在界面处的富集，界面强度也相对较高；

48、距离粗骨料超过100μm后，各品种骨料界面均趋于稳定，且各骨料界面的显微硬度值相差较小，说明在此范围内水泥石黏结力受粗骨料的影响较小，水泥石的自身硬度变化占据了主导作用。

49、作为本发明的进一步方案，所述利用混凝土徐变预测模型对混凝土的徐变规律进行预测，并利用预测结果与选取特定水胶比的混凝土结构试件徐变数据进行比对验证，具体包括如下过程：

50、利用混凝土徐变预测模型将徐变分为基本徐变和干燥徐变，其中，徐变函数表达式为：

51、j(t,t')＝q1+c0(t,t')+cd(t,t',t0)      (2)

52、式中，c0(t,t＇)为基本徐变，cd(t,t＇,t0)为基本徐变，t为混凝土计算龄期；t＇为混凝土加载龄期；t0为混凝土干燥开始的龄期；q1为单位应力产生的瞬时应变；

53、基本徐变度：

54、c0(t,t')＝q2q(t,t')+q3ln[1+(t-t')n]+q4ln(t/t')     (3)

55、式中，q2、q3、q4系数是与混凝土材料组成、形状和养护条件相关的系数；q(t,t＇)为不可积分的二项式；n为常数；

56、干燥徐变度：

57、c(t,t',t0)＝q5{exp[-8h(t)]-exp[-8h(t'0)]}0.5,t＝max(t,t)    (4)

58、式中，q5、h、h(t)系数与混凝土材料组成、形状和养护条件相关系数；

59、收缩应变表达式为：

60、εsh(t,t')＝-εsh∞khs(t)          (5)

61、式中，εsh为最终收缩值；kh为与环境相对湿度有关的湿度系数；

62、时间系数：

63、

64、式中，τsh为试件尺寸系数；

65、基于混凝土徐变预测模型，选取水胶比为0.33的混凝土徐变数据进行验证，模型预测得到的徐变发展规律与试验结果吻合，根据模型计算得出的徐变度与试验值基本一致，说明混凝土徐变预测模型的预测结果与混凝土的徐变规律分析结论能够基本保持一致。

66、作为本发明的进一步方案，所述确定不同种类骨料协同设置水胶比的徐变主动控制试验设计分析结论，并以此设计分析结论为基础，主动控制骨料种类以及水胶比参数带来的徐变性能变化，以针对性制备高质量混凝土，具体包括如下过程：

67、确定不同种类骨料协同设置水胶比的徐变主动控制试验设计分析结论，包括：

68、水胶比越大，混凝土徐变度越大；不论混凝土使用何种骨料，降低水胶比均能使混凝土徐变度有一定幅度的降低；

69、骨料品种不同，相同龄期的混凝土徐变度存在较大差别，360d徐变度按由小到大的顺序排列为：石灰岩、矿石、石英岩、花岗岩、卵石；界面过渡区显微硬度值排序与徐变试验结果一致，说明骨料品种对界面过渡区强度产生了影响，进而影响了混凝土的长期变形性能；

70、通过上述对于骨料种类以及水胶比参数情况的设置分析结论，作为制备高质量混凝土过程中主动控制徐变性能的理论依据，即可。

71、本发明具有如下有益效果：

72、该方法能够对桥用混凝土进行骨料及水胶比配合比优化设计，深入剖析材料化学组成和微观结构对混凝土徐变性能的影响规律，进而可通过分析结论，作为制备高质量混凝土过程中主动控制徐变性能的理论依据。