[发明专利]一种混凝土约束应力成分分离方法及其系统

说明书

本发明提出一种混凝土约束应力成分分离方法及其系统。所述的测试系统由三个独立的约束应力测量装置组成，三个装置均是由混凝土内部约束钢筋(普通钢筋和殷钢钢筋)和外部模具构成。系统测试时将钢筋(普通钢筋和殷钢钢筋)穿过模具端板中心孔埋置于混凝土内部，对混凝土产生轴向约束，通过粘贴在钢筋(普通钢筋和殷钢钢筋)表面上的应变片计算并分离出约束状态下混凝土的自收缩应力、温度应力和干燥收缩应力。本发明操作简单易行，能够精准测量并分离出内部钢筋约束下的混凝土各约束应力成分(自收缩应力、温度应力和干燥收缩应力)。该发明可获得约束状态下混凝土早龄期约束应力发展规律，适合大批量、多参数混凝土钢筋约束条件下收缩实验研究。

技术领域

本发明属于无机材料检测领域，具体涉及一种混凝土约束应力分离方法及其系统。

背景技术：

现有混凝土构件几乎总是处于被约束的状态，这些约束主要由钢筋、模板和端部构件造成的，也有的是混凝土构件内部由于应变差异产生的。与此同时，混凝土材料本身也会产生较大的收缩变形，当收缩变形受到约束时，混凝土中会产生约束应力(拉应力)，拉应力大于其抗拉强度时则会导致混凝土开裂，进而影响混凝土建筑物的安全性和耐久性。大量研究表明通常混凝土体积变化产生的约束应力主要由自收缩应力、温度应力和干燥收缩应力三种应力成分组成。明确各单一体积变化造成的应力成分发生发展的变化规律，分析其发展时期及速度，可以更好地分析讨论各体积变化成分对全约束应力的影响度。目前分析混凝土体积变化变形的约束应力主要采用外部型钢约束、钢环约束和温度应力试验机等方法，上述研究方法存在以下缺陷：

(1)钢环约束法。公开号为CN109975120A《混凝土约束应力和形变应力测量装置及测量方法》提出通过钢环约束测得混凝土的约束应力和形变应力，但只能测得约束状态下的约束应力和形变，无法对应力和形变做出有效分离；公开号为CN108627401A《一种基于圆环法的混凝土早龄期温度应力试验设备及方法》提出通过圆环法测得混凝土膨胀、收缩应力，同样无法有效地分离不同应力组成。此外，通常钢环约束的混凝土截面较小，不适用较大骨料粒径的混凝土。

(2)平板约束法。《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中参考了ICBO国际建筑官员协会和美国混凝土协会ACM-544推荐的平板试验装置，经过改进推出了刀口诱导式平板开裂装置，用以评价约束条件下混凝土的早期抗裂性能，但只能进行定性的评价，不能获得约束应力的发生和发展规律。平板约束试验中裂缝的产生无规律，同时由于平板试验方法只能提供部分的、不均匀的约束，不利于相互比较及标准化。

(3)温度应力试验机法。20世纪80年代Springenschmid在开裂架的基础上开发出第一台温度应力试验机，温度应力试验机能够调整约束程度，还可以同时进行徐变、弹性模量等测定。如公开号为CN110376049A《一种改进应变采集系统的温度应力试验机》设计了一种对自由和约束试件采用不同应变采集方式的温度应力试验机，但该方法的缺陷是系统结构复杂、造价高，难以在较短时间内实现大批量、多参数的实验研究。

(4)其他方法。公开号为CN101221164A《水泥混凝土自约束收缩应力测试方法》提出根据测试混凝土试件内相对湿度值、收缩值和完全自由收缩变形值，从而推算自约束收缩应力方法；公开号为CN110542703A《监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置与方法》提出一种原位测量约束状态下泡沫混凝土的膨胀应力和变形的方法；公开号为CN1243237C《水泥砂浆、混凝土收缩应力测试方法》将水泥砂浆或混凝土集料装入混凝土限制膨胀收缩装置后形成试体，通过水泥砂浆膨胀收缩测量仪测量出所述试体的变形量，根据其变形量计算出其应力值。虽然上述的方法均能测得(或计算得)相应约束状态下混凝土的变形值和应力值，但无法系统地将应变成分进行分离，计算出相应的应力成分。

综上所述，现有的发明专利均无法同时监测到约束条件下混凝土的自收缩应力、温度应力和干燥收缩应力三种应力成分并且对其进行有效地分离和评价。

发明内容