混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建与应用，旨在解决现有混凝土配合比设计中未能兼顾考虑混凝土强度和断裂韧度的技术问题。本发明专利技术基于不同骨料筛分曲线的骨料所浇注成型的试件，测定峰值荷载P

【技术实现步骤摘要】
混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建与应用


[0001]本专利技术涉及混凝土
，具体涉及一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建与应用。

技术介绍

[0002]在实际混凝土结构工程建造过程中，在强度满足要求的情况下，同时也要考虑到断裂韧度不满足结构要求带来的破坏。尤其对于大坝等大体积混凝土结构而言，经过多年的运行，坝体出现了不同程度的裂缝，甚至有些裂缝在施工阶段就已形成。这些裂缝往往从大坝的表面开始，这使得对混凝土大坝安全性有了更高的要求。故在建造阶段就需要调整断裂韧度来抵抗裂缝，从而满足结构稳定性要求。
[0003]然而，当前对于混凝土配合比设计，其评价指标仍为混凝土强度值达标为合格标准即可，而且现有的各行业的混凝土结构设计规范中，未涉及混凝土韧度达标的相关条文规定。因此，同时实现控制混凝土配合比设计过程中的强度指标和抗裂指标的双控技术，是亟待解决的科学难题，而该问题的深入研究尚未见报道。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建与应用，以解决现有混凝土配合比设计中未能兼顾考虑混凝土强度和断裂韧度的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]构建一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型，包括如下步骤：
[0008](1)基于给定的混凝土配合比w/c，选定对应标号的水泥和至少三种以上骨料筛分曲线的骨料，浇筑成型一定数量尺寸相同的混凝土试件；
[0009](2)测定各个混凝土试件的峰值荷载P
max
，当峰值荷载P
max
相对误差大于15％时，该组试验结果无效，应重新浇筑混凝土试件，直至相对误差小于15％；当相对误差小于15％时，进行下一步；
[0010]通过控制结构破坏荷载P
max
一致，从而达到配置混凝土材料的强度基本不变的目的；
[0011](3)由各个混凝土试件的峰值荷载P
max
计算其名义强度σ
N
，从而达到混凝土材料的名义强度σ
N
基本不变的目的；
[0012](4)对于各种骨料筛分曲线的最大骨料粒径d
max,i
，由Fuller&Thompson公式计算其代表粒径d
a,i
；
[0013](5)按下式
①
或
②
计算d
a,i
所对应的每个混凝土试件的断裂韧度K
IC,i
；
[0014]对于三点弯曲试件，
[0015]对于楔入劈拉，
[0016]其中，W为试件高度；W1＝W
‑
a0‑
Δa
fic
；W2＝W+a0+Δa
fic
；α为缝高比；a0为初始裂缝长度；P
max
为各混凝土试件的实测峰值荷载；a
e
为几何参数；Δa
fic
为试件的虚拟裂缝扩展量，Δa
fic
＝d
a,i
。
[0017](6)由步骤(4)、(5)所得的(d
a,i
,K
IC,i
),i≥3，建立y＝ax3+bx2+cx+d的断裂韧度K
IC,i
与骨料筛分曲线的代表粒径d
a,i
的定量关系曲线方程；其中，a、b、c、d为回归系数，x表示骨料筛分曲线的代表粒径，y代表断裂韧度。
[0018]优选地，在所述步骤(1)中，所述混凝土试件为高度W、初始裂缝长度a0、试件厚度B、试件跨度S的三点弯曲试件，高度W取值50mm～400mm，缝高比α取值0.1～0.6；或为高度W、初始裂缝长度a0、试件厚度B的楔入劈拉试件，高度W取值200mm～2250mm，缝高比α范围0.1～0.7。
[0019]优选地，在所述步骤(3)中，名义强度σ
N
由下式
③
或
④
计算：
[0020]对于三点弯曲试件：
[0021]对于楔入劈拉试件：
[0022]其中，P
max
为实测各混凝土试件峰值荷载；W为试件高度；B为试件厚度；S为试件跨度。
[0023]优选地，在所述步骤(5)中，式
①
中的几何参数a
e
，由下式计算，
[0024][0025]其中，α为缝高比；a0为初始裂缝长度；Y(α)为几何影响参数，且：
[0026]当S/W＝2.5时
[0027]当S/W＝4时
[0028]当S/W＝8时Y(α)＝1.106
‑
1.552α+7.71α2‑
13.53α3+14.23α4；
[0029]若S/W＝2.5～4或S/W＝4～8，采用内插法计算Y(α)，例如S/W＝x＝2.5～4，则取
[0030]若S/W＜2.5或S/W＞8，采用外插法计算Y(α)，例如S/W＝9＞8，则取
[0031]优选地，在所述步骤(5)中，式
②
中的几何参数a
e
由下式计算，
[0032][0033]其中，α为各试件的缝高比；a0为初始裂缝长度；Y(α)为几何影响参数，且
[0034]一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控方法，包括如下步骤：
[0035](1)给定需要预计达到或者设定控制的混凝土的K
IC，P
具体值；
[0036](2)由权利要求1所建立的断裂韧度K
IC,i
与骨料筛分曲线的代表粒径d
a,i
的定量关系曲线y＝ax3+bx2+cx+d确定出对应的d
a,p
；
[0037](3)基于对应的d
a,p
来调整骨料级配曲线，从而实现混凝土强度不变条件下的断裂特性的调整。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的主要有益技术效果在于：
[0039]1.本专利技术探明了代表粒径d
a,i
对混凝土断裂韧度K
IC,i
的定量影响关系。
[0040]2.本专利技术基于一种试样和测试方法，即可由强度与断裂双控确定或预测混凝土材料性能，或者基于对应的d
a,p
，来调整骨料级配曲线，从而实现混凝土强度不变条件下的断裂特性的调整，克服现有混凝土配合比设计过程中仅考察混凝土强度而忽视混凝土韧度的调控，所造成的难以满足实际混凝土工程的相关需求的问题。
[0041]3.本专利技术方法中所用试件没有限制，在普通实验室即可满足试件的浇筑和测试工作，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于给定的混凝土配合比w/c，选定对应标号的水泥和至少三种以上骨料筛分曲线的骨料，浇筑成型一定数量尺寸相同的混凝土试件；(2)测定各个混凝土试件的峰值荷载P
max
，当峰值荷载P
max
相对误差大于15％时，该组试验结果无效，应重新浇筑混凝土试件，直至相对误差≤15％时，进行下一步；(3)由各个混凝土试件的峰值荷载P
max
计算其名义强度σ
N
，从而达到混凝土材料的名义强度σ
N
基本不变的目的；(4)对于各种骨料筛分曲线的最大骨料粒径d
max,i
，由Fuller&Thompson公式计算其代表粒径d
a,i
；(5)按下式
①
或
②
计算d
a,i
所对应的每个混凝土试件的断裂韧度K
IC,i
；对于三点弯曲试件，对于楔入劈拉，其中，W为试件高度；W1＝W
‑
a0‑
Δa
fic
；W2＝W+a0+Δa
fic
；α为缝高比；a0为初始裂缝长度；P
max
为各混凝土试件的实测峰值荷载；a
e
为几何参数；Δa
fic
为试件的虚拟裂缝扩展量，Δa
fic
＝d
a,i
；(6)由步骤(4)、(5)所得的(d
a,i
,K
IC,i
),i≥3，建立y＝ax3+bx2+cx+d的断裂韧度K
IC,i
与骨料筛分曲线的代表粒径d
a,i
的定量关系曲线方程；其中，a、b、c、d为回归系数，x表示骨料筛分曲线的代表粒径，y代表断裂韧度。2.根据权利要求1所述的混凝土材料强度与断裂韧度兼容性调控模型的构建方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述混凝土...

【专利技术属性】
技术研发人员：管俊峰，韩瑞聪，张敏，李月，姚贤华，李列列，郝颖，陈珊珊，何双华，牛丽华，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：