混凝土芯样的尺寸效应分析的论文
摘要：随着建筑行业的快速发展，混凝土结构逐渐成为建筑施工中的主要形式，其对钢筋直径、钢筋间距等各方面都提出较高的要求，需做好中小直径芯样取样工作。然而从现行大多混凝土结构现状看，在混凝土取芯鉴别方面，仍受尺寸效应所影响，以不同尺寸混凝土为例，将其加工为不同高径比芯样，可发现在直径变化时抗压强度也发生明显的变化。文章主要通过相应的试验，探析尺寸效应对混凝土芯样产生的影响。
关键词：混凝土芯样；尺寸效应；抗压强度；影响
现行对混凝土强度测量中，我国多以钻芯法检验形式为主，其精度较高且直观性较强。从相关技术规范中便可发现，在标准芯样选取方面，主要以1：1高径比、100mm直径的混凝土圆柱体为主。需注意的是这种芯样形式在实际应用中多存在构件尺寸过小、钢筋间距过小等问题，使芯样的应用多以小直径为主，这种尺寸芯样对混凝土抗压强度影响极为明显。因此，文章通过尺寸效应对混凝土芯样的影响分析，具有十分重要的意义。
1混凝土芯样的尺寸效应概述
1.1尺寸效应形成的原因
关于混凝土，其本身作为多相非均匀材料，形成尺寸效应的因素也包含极多，综合近年来国内外学者研究表明，混凝土尺寸效应的'形成原因主要表现在：
（1）Weibull提出尺寸效应因材料强度分布处于随机状态而产生；
（2）Sabnis提出混凝土干燥程度与凝固速度受不同试件尺寸所影响、浇筑材料质量因不同的试模尺寸而影响；
（3）Neville提出当混凝土骨料与密实度因模板尺寸存在偏差而受到影响时，尺寸效应便由此产生；
（4）Bazant提出尺寸效应产生的根源在于材料强度具有随机性特征、水热化反应以及扩散现象等。国内在分析混凝土尺寸效应过程中，大多也通过统计尺寸效应理论或其他有限元模拟计算等方式。
1.2混凝土芯样尺寸效应机理
现行对于非标准芯样抗压分析，大多研究多从三方面着手，即：第一，从芯样抗压强度影响因素方面着手，其在研究芯样尺寸效应的同时，强调抗压强度受其他如混凝土龄期、粒径以及干湿状态影响。第二，在混凝土芯样取值方面，不同行业给出不同的规程标准，如建筑领域、港口工程以及冶金行业中的芯样取值等。第三，在非标准芯样讨论中，侧重于测定其基本抗压强度，并分析抗压强度区间。从混凝土芯样尺寸效应机理看，可具体细化为两方面，其一为在判断材料强度受试件端部约束力影响中，在试件边长、高度增大的条件下，这种约束力影响程度会随之减弱，可理解为材料强度在试件尺寸增大的情况下逐渐减弱。另一方面则表现为固体材料体积减小时，其内部缺陷也会随之减小，可见体积的减小会提升混凝土抗压强度。事实上，对于芯样抗压强度的影响，通常可利用芯样直径与粗骨料粒径进行对比，其中的粗骨料除受颗粒大小影响外，很大程度也取决于其切割位置。除此之外，影响芯样抗压强度的因素也表现在芯样干湿度、端部平整度、高径比以及尺寸等方面。
2尺寸效应对混凝土芯样强度影响试验
文章在研究混凝土芯样强度受尺寸效应影响时，涉及的材料主要以水泥、砂、粉煤灰、石以及卵石为主。其中的水泥主要以42.5强度等级的硅酸盐水泥为主，其平均抗压强度在3天、28天时分别可达到25.8MPa、54.5MPa；而所选择粉煤灰与砂分别为I级粉煤灰以及2.7细度模数的中砂为主；其他材料如石、卵石等都以连续级配为主。另外，在芯样制取方面，文章试验过程中主要选择3000mm长、800mm宽以及250mm高的浇筑混凝土板为主，其将150×150×150试块进行预留，并将骨料粒径控制在10mm、16mm以及20mm方面。在此基础上进行不同规格芯样的钻取，可选择φ32、φ49、φ67、φ100为规格，在此基础上对不同直径的混凝土板进行不同高径比的加工，主要以0.5、0.8、1.0、1.2、1.5等为高径比。此时可得出相关的试验因素，如67mm直径的试件，其以1.2为高径比，且在最大粒径上为5-16mm，此时可测出试件强度等级为C30。
3混凝土芯样强度受尺寸效应影响结果分析
3.1试验结果讨论
根据整个试验结果能够发现，由于小直径芯样，其在试验中所获取的抗压强度数据本身带有明显的离散性特征，所以考虑引入平均值法，并配合拉依达原则使所有可疑数据被剔除，以此得到相关的试验结果。如φ100规格芯样，以0.5为高径比，在抗压强度测量中，不同板号强度分别为45.86MPa、46.40MPa、43.84MPa，而同样规格芯样与板号，选取0.8高径比，可得到的抗压强度为26.50MPa、32.60MPa、26.50MPa；再以φ67规格芯样为例，选取1.0作为高径比，三个板号的强度分别为23.38MPa、27.00MPa、26.29MPa，同样芯样规格与板，选取1.2高径比，可得到的抗压强度为21.32MPa、24.60MPa、21.12MPa。同理，可使其他规格下的抗压强度被测量。
另外，实际进行芯样抗压强度测定中，也可根据不同直径芯样，对高径比变化下芯样抗压强度受到的影响进行折线图绘制，能够发现高径比减小过程中，芯样抗压强度会随之增大，说明混凝土尺寸效应在芯样高径比极小的情况下将较为显著，即使芯样级配不同、强度等级不同，其都会保持同样的变化趋势。
3.2混凝土芯样抗压强度系数分析与数据回归
为进一步验证混凝土抗压强度受尺寸效应的影响，可对试验结果进行系数换算，能够得到在高径比为1.5、1.2、1.0、0.8、0.5情况下各规格混凝土的抗压强度系数，其中在高径比为0.5与0.8时，若直径较小，换算系数极大。而在1.2与1.5高径比条件下，直径减小时，换算系数将表现出先增大后变小的趋势。另外，根据所测得的试验结果与换算系数，可采取数据回归形式，通过构建相应的回归方程，能够得出利用比较小直径芯样高径比的形式，可使混凝土抗压强度被准确测量出来。同时，根据构建的回归方程，能够分析到芯样强度受高径比的影响最为明显，以f、f非标分别表示为标准与非标准芯样的抗压强度，且选取D与H作为芯样直径与高度，能够推出f=（0.691+0.187+0.065）f非标。从该回归方程便可证明上述推理的正确性，即影响芯样强度的主要以高径比为主。
4结语
尺寸效应是影响混凝土芯样的主要因素。通过文中试验可发现，混凝土芯样在抗压强度上，很大程度受高径比所影响，如超出1高径比情况下，直径减小时芯样强度会表现出先减后增趋势，而在高径比为1以内时，直径减小时芯样抗压强度会随之提升。另外，在进行系数换算与方程回归中，也可验证混凝土芯样强度受强度的影响。
参考文献
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