文摘gydF4y2Ba

知识拉伸杨氏模量的混凝土在早期年龄对估算的风险很重要由于约束收缩开裂和热收缩。然而,大多数时候,拉伸模量是等于抗压模量和估计经验基于抗压强度的测量。评价这种方法的有效性,6混凝土和砂浆的拉伸杨氏模混合使用直接拉伸试验测量。结果表明,拉伸模是大约1.0大于-1.3倍压模的材料的第一个星期内年龄。使混凝土的拉伸模量的直接评估,开发一个简单的三相复合材料模型基于随机分布的粗骨料,砂浆,空隙阶段。模型预测显示良好的协议与实验测量拉伸模量在早期的年龄。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

杨氏模量的准确评估是很重要的适当的混凝土构件的结构设计,并确保他们的服务能力,例如控制挠度和裂缝宽度。特别是,拉伸杨氏模量的时间发展需要在早期的年龄估计产生的拉伸应力,由于限制热量和润湿收缩。这些拉伸应力可能导致过早开裂混凝土的成员。目前,拉伸模量被认为是同等价值的抗压模量和使用经验相关性估计基于混凝土的抗压强度gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。日本建筑协会(AIJ) [gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)指出,采用拉伸模量更适合早期开裂的风险评估;然而,规范表明抗压模量可以用来代替拉伸模量,因为调查处理目前拉伸模量不足。由于混凝土的拉伸行为更重要的是影响缺陷的存在(例如,微裂隙或大毛细管孔隙中常见早期混凝土),重要的是开发工具来预测或更准确地测量拉伸性能。gydF4y2Ba

直接张力测试一直在进行早期的研究探讨抗拉强度和混凝土的拉伸应变能力。虽然可以获得拉伸模的线性部分的应力-应变图在这些报告,这些早期的研究的重点主要是在成熟的混凝土。因此,在早期(即所知甚少。,le年代年代th一个n28 days) tensile modulus and its development with time. In addition, a reliable model to aid design engineers in estimating the tensile modulus based on concrete’s proportions and age does not currently exist.

谢和刘gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)进行直接拉伸试验用小型和大型成熟的混凝土各种标本总大小,测量了抗拉强度,应变能力和杨氏模量。他们观察到增加了最大骨料大小没有比例对混凝土的拉伸强度和拉伸模量的影响。Oluokun et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)研究抗压早期混凝土杨氏模量和泊松比。他们得出的结论是,抗压模量成正比的0.5次方的抗压强度、ACI 318抗压模量的估算公式是有效的年龄后12小时。Hagihara et al。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)研究了高强度混凝土的拉伸蠕变在早期的年龄,和报道,拉伸杨氏模大约15%高于抗压模。这是一个重要的结论,应该评估其他与普通强度混凝土。Swaddiwudhipong et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]研究了混凝土的力学性能包含地面粒状高炉矿渣和粉煤灰。他们报告说,所有混凝土的拉伸模测试相关的抗拉强度;尽管没有预测公式提出了拉伸模量。青木et al。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)也进行了直接拉伸试验为了获得成熟的混凝土抗拉强度和杨氏模量,发现拉伸模量是9 - 12%高于这些混凝土的抗压模量。Bissonnette et al。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]研究混凝土的拉伸蠕变在早期的年龄,和提出了一些测量拉伸杨氏模量的7岁和28天。在前面的工作(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba],作者调查了拉伸杨氏模通过使用直接拉伸试验,并提出了一个综合模型来源于Hirsh模型(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba预测拉伸模量。模型显示良好的协议与实验数据以及其他复合模型提供的Counto [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]和Hashin [gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。最近,Mihashi和雷特(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)提出了一个先进的报告对混凝土的早期开裂及其减排技术,包括一些信息在早期混凝土的力学性能。gydF4y2Ba

如上所述,调查关注早期混凝土拉伸杨氏模量很少,和需要更多的实验数据建立可靠的预测关联式拉伸模量的估计。本文报告实验室测量的拉伸模量的前7天内水化。三个混凝土混合物(与不同gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba)进行了测试。此外,评估骨料粒度的影响,复制渗之前设置的混凝土混合物准备和使用5毫米孔筛。由此产生的迫击炮进行测试,以确定他们的拉伸杨氏模量。使用测量结果,复合模型开发和校准它可以作为一个简单的方法估算混凝土的拉伸杨氏模量。gydF4y2Ba

2。实验程序gydF4y2Ba

2.1。混凝土材料和混合比例gydF4y2Ba

本研究采用普通硅酸盐水泥的密度gydF4y2Ba克/厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba。表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba2gydF4y2Ba提供使用的水泥和骨料的细节。比例的六个混凝土和砂浆混合物在这项研究中给出了测试表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。具体的比例是指设计的混合比例在日本用于预拌混凝土厂。迫击炮是筛分得到的塑性混凝土混合物如前所述。这样做是为了重复的机械性能(即。,ten年代我le米odulus) of the mortar portion of the concretes as closely as possible. These results are needed to develop the composite model as discussed in Section3gydF4y2Ba。混合物,适当减少剂量吸入的空气和水混合物被用来确保一致性和混凝土的和易性(表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.2。测试方法和样本gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示了直接拉紧装置用于这项研究。图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba显示了骨头的几何标本进行测试。减少弯矩测试期间,骨头的末端标本没有完全固定,但被允许自由转动。直接手动拉紧装置提供了一种张力,一个标本使用杠杆。总的来说,一个大约2的恒应变速率gydF4y2Ba是应用。测量拉伸应变的标本,采用嵌入式应变传感器包括一个电阻丝应变计的60毫米长涂环氧树脂的拉伸模量2.8 kPa如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。整个传感器大小gydF4y2Ba;因此传感器具体的面积比小于1.4%,确保传感器没有影响标本的行为时受到拉伸力。虽然这个设置是用来测量拉伸模量,它可能不是适合测量后抗拉强度的破坏发生在骨头的最终区标本(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

除了拉伸模量、压缩和间接张力进行了测试使用圆柱形标本。混凝土的抗压模量得到了使用一个伸长计配备2位移量规,并使用2 wire砂浆的弹性模量是衡量应变式30毫米长。圆柱形标本(直径×高度)测试gydF4y2Ba具体的,gydF4y2Ba砂浆。三个圆柱标本用于每个测试每混合物,和使用的三个测量的平均值。执行的测试是在1、2、3、7天。gydF4y2Ba

2.3。拉伸杨氏模量的测定gydF4y2Ba

测量拉伸模量,拉伸力应用于应变区间的标本gydF4y2Ba。为了防止标本的失败,在测试设置的最大应变gydF4y2Ba。由于混凝土的塑性应变在早期年龄可能占据了很大比例的总应变测量,获得了拉伸模量的卸荷应力-应变关系的分支,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。卸载后分支的斜率标本被加载gydF4y2Ba,gydF4y2Ba等等,决定和平均获得试样的拉伸模量。力测量两次在每个应变级别使用负载单元的精度0.1 kN, 200 kN的能力。稍后将讨论,每个标本的最大卸载后残余应变测量gydF4y2Ba。在每种情况下,混凝土和砂浆标本是由同一批次使用上面提到的筛选过程。gydF4y2Ba

3所示。使用一个复合模型预测的杨氏模量gydF4y2Ba

正如前面提到的,混凝土的拉伸杨氏模量通常认为抗压模量相等的价值。此外,混凝土的抗压模量通常是基于实证估计与混凝土抗压强度的相关性。混凝土的抗压模量也与混凝土的体积和力学性能的选民(总量、粘贴等)使用一些经典复合模型提出的此类周et al。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba],Top00E7u [gydF4y2Ba15gydF4y2Ba],Yoshitake et al。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。下面的这些模型提供了一个简短的概述。gydF4y2Ba

典型的复合模型的估计弹性模量见图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。并行模型,其中包括(a) (b)系列模型,(c) Counto模型(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),和(d) Hashin模型(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba];由如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba和gydF4y2Ba代表了杨氏模量和混凝土组分的体积分数(例如,砂浆、粗骨料等),gydF4y2BangydF4y2Ba选民的数量,下标吗gydF4y2Ba和gydF4y2Ba分别指的是迫击炮和粗骨料。Counto和Hashin模型是基于二段式组合(砂浆和聚合)。虽然这些模型通常比简单的并行和系列模型更准确,他们可能估计包含高的杨氏模量不当,混凝土骨料卷或空气含量高。gydF4y2Ba

在目前的工作提出了一种新的三相模型基于随机分布在二维的元素gydF4y2Ba网格(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。模型中的每个元素由灰浆、粗骨料,或空气。每个阶段对应的元素数量成正比阶段混凝土的体积分数。元素放置随机模型中应用蒙特卡罗程序。确定网格的拉伸模量,简单的微机械计算基于系列和并行执行模型。第一次的每一行元素的拉伸模量确定使用并行模型,然后结合网格的模量是由所有行使用系列模型。另外,每一列的模量可以首先确定使用系列模型,然后结合使用并行模型的列。gydF4y2Ba

4所示。实验结果和讨论gydF4y2Ba

4.1。评估嵌入式应变传感器的可靠性gydF4y2Ba

重要的是要确保适当的拉伸应变的测量使用嵌入式应变传感器。为了这个目的,一个骨头混凝土试件在紧张和拉伸应变测试衡量嵌入式计以及2线应变式安装在混凝土表面的标本。图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba礼物结果表明内部测量应变几乎等于表面压力测量。这意味着应用拉伸应力均匀标本和嵌入式传感器可用于监测混凝土的拉伸应变。基于这一结论,进一步测量只在本研究中采用嵌入式传感器。gydF4y2Ba

4.2。拉伸应力-应变响应gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba介绍了混凝土的拉伸应力-应变响应的例子。如图所示,每个应力-应变回归线的斜率(即。,theten年代我le米odulus) develops with increasing age and reducing the water-cement ratio (W / CgydF4y2Ba)的混凝土。图gydF4y2Ba8(一个)gydF4y2Ba显示了应力-应变响应在1天;结果表明,卸载后的残余应变的标本是零(即。1岁时,塑性应变60×10天试样加载gydF4y2Ba^{−6gydF4y2Ba}可以忽略不计)。注意,O57混合物的反应(gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba= 57%)1天,因为无法获得具体的身体太虚弱,允许执行直接拉伸试验。图gydF4y2Ba8 (b)gydF4y2Ba介绍了应力-应变响应在7天;最大残余应变加载后的标本gydF4y2Ba是gydF4y2Ba对应O39混合物。混合,加载应力-应变响应的分支被用来确定模量,拉伸模量将估计为31.2的绩点,与33.0的绩点从使用卸载应力-应变分支。的比模量两种方法获得的大约是0.95。gydF4y2Ba

4.3。与时间有关的力学性能的发展gydF4y2Ba

抗压和分裂抗拉强度测量结果的三个混凝土混合物呈现在图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。在7天,混凝土混合物抗压强度范围内的20到45 MPa,和分裂抗拉强度在2到3.3 MPa。提出了时间压缩和拉伸杨氏模图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。抗压模图中展示的割线模最大应力的33%。基于图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,拉伸杨氏模大约1.0大于-1.3倍压模。结果可能是由于不同的对压力的反应应用于每一个标本,这样拉伸应力小于10%的压应力。这种差异可以在早期年龄特别重要,当大的大孔隙决定混凝土的强度响应。gydF4y2Ba

对比混凝土的拉伸模量和相应的砂浆标本提供在图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。结果表明,混凝土的拉伸模量总是高于砂浆由于刚度模量提供的粗骨料混凝土。但是,不同的是缩小年龄混凝土由于水泥水化导致增加砂浆的刚度。gydF4y2Ba

5。拉伸杨氏模量的预测gydF4y2Ba

5.1。输入数据简化的复合模型的发展gydF4y2Ba

粗骨料和砂浆的拉伸杨氏模需要作为输入参数用于复合模型。而砂浆的模直接测量(图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),很难直接获得的拉伸模量总由于拉伸试验所需的样本的大小和数目上,很难用一个适当的岩石标本的张力控制方法,以及材料特性的变化由于分层和杂质的岩石。因此,粗集料的拉伸杨氏模量间接计算采用Counto和Hashin模型在目前的研究。这项研究估计,拉伸杨氏模量(gydF4y2Ba)36.0的平均绩点的实验结果O25 7天的年龄,对砂浆的弹性模量几乎是等于混凝土的弹性模量。,估计价值系数几乎没有影响的模型用于获得总体的模量。相似的价值观得到基于测试O25早或通过测试其他两个混合物。gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba为复合模型提供输入数据。每个组件的体积分数(砂浆、粗骨料和空气)从表中给出的混合比例了gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。确定适当数量的元素模型,研究估计混凝土的拉伸杨氏模采用不同网格大小的模型。图gydF4y2Ba12gydF4y2Ba介绍了产生的拉伸模预测网格细度的函数。图表显示了最大、最小和平均模获得10连续模拟在每个模型。基于这些结果,gydF4y2Ba剩余的模拟的模型选择这项工作。gydF4y2Ba

5.2。模型预测的质量gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba13gydF4y2Ba显示所有混凝土的拉伸杨氏模标本预测的使用提出了复合模型。每个酒吧介绍了平均10模拟混凝土混合料和在每个年龄。柱状图表明,预测杨氏模是在良好的协议与实验值;这两个的比例是0.90至1.07的范围内。这意味着混凝土的拉伸模量可以适当采用复合模型预测当组分的体积分数。gydF4y2Ba

5.3。拉伸模量的经验公式迫击炮在这项研究gydF4y2Ba

考虑到杨氏模量的粗骨料和混凝土的含气量age-independent,混凝土在早期时代的杨氏模量可以预测如果砂浆的弹性模量可以适当地估计。砂浆的研究工作,实证实验测量模量之间的相关性,gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba,建立了迫击炮的年龄呈现在图gydF4y2Ba14gydF4y2Ba。该图显示了一个线性相关性逆水灰比(gydF4y2BaC / WgydF4y2Ba)和砂浆的拉伸模(gydF4y2Ba年龄在1、2、3、7天。有趣的是,斜率gydF4y2Ba所有回归直线的图是大约4.3的绩点:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba(GPa)砂浆的拉伸模量,和gydF4y2Ba(GPa)是在每个年龄相关性参数回归直线。的变化gydF4y2Ba随着年龄的迫击炮如图gydF4y2Ba15gydF4y2Ba。羚曲线(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba),这通常是用于估计混凝土强度发展随着年龄的增长,适合数据点导致以下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba在天灰浆的年龄。结合(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)的结果gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是迫击炮的估计拉伸杨氏模量(GPa)。gydF4y2Ba

必须指出类似于混凝土模量,砂浆的拉伸模量是体积分数的函数和刚度的沙子,体积分数和水泥糊模量(本身年龄和的函数gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba),砂浆的含气量。为年龄和会计gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba,(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)可以提供一个估计的拉伸模量迫击炮与细骨料的体积分数和刚度。杨氏模量的粗骨料可以视为混凝土的拉伸模量的影响因素,所以这个方程包括细骨料的影响可能是有用的对于普通混凝土使用海砂当一个适当的值提供了粗骨料弹性模量。使用适用于迫击炮以外,剩下的最重要的参数是沙子的体积分数必须考虑。gydF4y2Ba

5.4。预测混凝土的拉伸模量的复合模型gydF4y2Ba

通过结合(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba(图)和复合模型gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),具体的年龄相关性拉伸模可以从其混合比例(即估计。组分的体积分数)和总模量。图gydF4y2Ba16gydF4y2Ba提出了一个模型预测和实验数据之间的比较从这项研究以及那些从先前的调查gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。,得到了这些预测数据与其他研究的假设总属性等于在这项研究中使用的值,因为使用的粗骨料的弹性模量并不是在前面的调查报告。图表明,提出的方法可以预测混凝土的拉伸模量,合理的准确性,完全基于混合比例。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba(17日)gydF4y2Ba描述混凝土的拉伸模的特征gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba= 55%,粗骨料的体积分数。纵轴的图表介绍了拉伸杨氏模混凝土粗骨料的比例。从假设获得,模型结果见表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。图表明,混凝土的拉伸模量增加而增加的体积粗骨料自聚集杨氏模量高于迫击炮。它也指出,抗拉模混凝土有更多的粗骨料(即。,比固体体积较大的vol.分数)粗骨料含量(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)不可用。图gydF4y2Ba17 (b)gydF4y2Ba提出了一套类似的曲线对应于混凝土gydF4y2BaW / CgydF4y2Ba= 30%。两个数字描述混凝土的拉伸模量的快速发展在早期的年龄,在后世逐渐高原。gydF4y2Ba

6。结论gydF4y2Ba

介绍了混凝土的拉伸杨氏模量的实验测量使用直接张力设置在早期的年龄。此外,预测综合模型被开发来估计年龄相关性混凝土的拉伸模量使用体积分数和成分的属性。主要结论概括如下。gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba观察混凝土的拉伸应力-应变响应非常线性即使在早期年龄(例如,1天的)。重复加载后的残株标本的菌株gydF4y2Ba是可以忽略不计。获得的拉伸杨氏模量的应力-应变响应发展根据水灰比和混凝土的时代。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba混凝土的拉伸模量大约是1.0大于-1.3倍的压缩模量的材料的第一个星期内年龄。因此,拉伸模量的估计基于经验相关性与混凝土的抗压强度是不准确的。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba混凝土的年龄相关性拉伸模可以提出适当的组合模型预测只要粗骨料的体积分数,骨料的砂浆,和空气,和模量是已知的。与实验结果相比,该模型的预测精度比gydF4y2Ba。gydF4y2Ba