本發(fā)明涉及一種利用光纖傳感技術(shù)測(cè)試大體積混凝土應(yīng)力的方法。

背景技術(shù)：

大體積混凝土截面尺寸大，在施工過(guò)程時(shí)，水泥的水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，而混凝土為熱的不良導(dǎo)體，熱量聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，而表面散熱較快，這樣在混凝土內(nèi)部和表層形成較大溫差，導(dǎo)致不均勻的溫度變形和溫度應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的即時(shí)抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土內(nèi)部或表面產(chǎn)生熱裂縫或貫通裂縫。為控制裂縫的產(chǎn)生，在研究和應(yīng)用過(guò)程中，目前主要的技術(shù)方法只能通過(guò)對(duì)溫度的監(jiān)控反應(yīng)大體積混凝土的內(nèi)部拉應(yīng)力，不能直接對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力進(jìn)行直接測(cè)試，而后采取相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行控制。由于通過(guò)溫度根據(jù)模型軟件反算出的溫度存在較大的誤差，大體積混凝土內(nèi)部真實(shí)的應(yīng)力值難以獲得，進(jìn)而影響對(duì)于大體積混凝土溫控措施的選擇和制定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種直接測(cè)試大體積混凝土溫度應(yīng)力的試驗(yàn)方法，該方法可直接測(cè)應(yīng)力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，一種直接測(cè)試大體積混凝土溫度應(yīng)力的試驗(yàn)方法，其特征在于它包括如下步驟：

1)準(zhǔn)備混凝土和模型，模型內(nèi)部預(yù)留一個(gè)能在澆筑混凝土后形成混凝土試塊之內(nèi)的空心層；

2)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置：模型內(nèi)四邊的中部分別設(shè)一應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器在高度方向?yàn)橹胁坎贾?，?yīng)力傳感器與應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置相連；模型內(nèi)中部沿X軸線方向設(shè)多個(gè)溫度傳感器(如6個(gè)溫度傳感器)，模型內(nèi)中部沿Y軸線方向設(shè)多個(gè)溫度傳感器(如6個(gè)溫度傳感器)；

3)澆筑：向模型內(nèi)澆筑混凝土，應(yīng)力傳感器和溫度傳感器均位于混凝土內(nèi)，混凝土完成澆筑后，得到混凝土試塊；混凝土試塊上端面有一孔(通過(guò)其孔向空心層內(nèi)注水)，孔與混凝土試塊中部?jī)?nèi)的空心層相連通；

4)注水：向混凝土試塊的空心層內(nèi)注水；空心層中裝滿(mǎn)水(自來(lái)水)；

5)根據(jù)不同工況及設(shè)計(jì)要求，確定混凝土內(nèi)部最高溫升范圍，通過(guò)加熱裝置對(duì)空心層中的水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)(加熱裝置可設(shè)在混凝土試塊外，對(duì)注入空心層內(nèi)的水進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)；加熱裝置也可設(shè)在空心層內(nèi)，直接對(duì)空心層內(nèi)的水進(jìn)行水溫調(diào)節(jié))，來(lái)人為改變混凝土的內(nèi)外溫差，同時(shí)開(kāi)啟應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)不同溫度梯度下混凝土的應(yīng)力變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄。

所述模型的長(zhǎng)、寬、高分別為4m*2m*2m。

所述空心層的長(zhǎng)、寬、高分別為1.0m*0.5m*0.5m。

所述應(yīng)力傳感器為光纖光柵應(yīng)力傳感器。

所述混凝土為普通混凝土、低溫升混凝土、低溫升高抗裂混凝土、纖維增韌抗裂混凝土。

本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)制作等比例大體積混凝土模型，通過(guò)對(duì)模型施加施工期間將可能承受的最不利環(huán)境溫度、溫度梯度以及對(duì)流條件，研究結(jié)構(gòu)整體在上述不利條件影響下的內(nèi)應(yīng)力的變化規(guī)律，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)低溫升高抗裂混凝土、纖維增韌抗裂混凝土的應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂效果和配合比匹配設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

本發(fā)明的有益效果是：該方法可直接測(cè)應(yīng)力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明本發(fā)明大體積混凝土的俯視圖(單位：mm)。

圖2是圖1沿A-A線的剖視圖(單位：mm)。

圖3是本發(fā)明應(yīng)力監(jiān)控測(cè)點(diǎn)立面布置圖(單位：mm)。

圖4是本發(fā)明溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)立面布置圖(單位：mm)。

圖中1-混凝土試塊，2-孔，3-空心層。

具體實(shí)施方式

一、如圖1-圖4所示，大體積混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)應(yīng)力的方法，它包括如下步驟：

1)準(zhǔn)備混凝土和模型，模型[4m(長(zhǎng))*2m(寬)*2m(高)]內(nèi)部預(yù)留一個(gè)能在澆筑混凝土后形成混凝土試塊之內(nèi)的空心層[空心層為：1.0m(長(zhǎng))*0.5m(寬)*0.5m(高)]；

2)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置：模型內(nèi)四邊的中部分別設(shè)一應(yīng)力傳感器(如圖3所示，設(shè)應(yīng)力監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，應(yīng)力傳感器信號(hào)引出)，應(yīng)力傳感器在高度方向(Z方向)為中部布置，應(yīng)力傳感器與應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置相連；應(yīng)力傳感器可采用光纖光柵應(yīng)力傳感器)；模型內(nèi)中部沿X軸線方向設(shè)6個(gè)溫度傳感器(如圖4所示，溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，溫度傳感器信號(hào)引出)，模型內(nèi)中部沿Y軸線方向設(shè)6個(gè)溫度傳感器(溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，溫度傳感器信號(hào)引出)；

3)澆筑：向模型內(nèi)澆筑混凝土，應(yīng)力傳感器和溫度傳感器均位于混凝土內(nèi)，混凝土完成澆筑后，得到混凝土試塊1；混凝土試塊上端面有一孔2(通過(guò)其孔向空心層內(nèi)注水)，孔與混凝土試塊中部?jī)?nèi)的空心層(或稱(chēng)水槽)3相連通；

4)注水：向混凝土試塊的空心層(水槽)內(nèi)注水；空心層中裝滿(mǎn)自來(lái)水；

5)選擇不同工況的混凝土試塊，根據(jù)不同工況及設(shè)計(jì)要求，確定混凝土內(nèi)部最高溫升范圍，通過(guò)加熱裝置對(duì)空心層中的水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)(加熱裝置可設(shè)在混凝土試塊外，對(duì)注入空心層內(nèi)的水進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)；加熱裝置也可設(shè)在空心層內(nèi)，直接對(duì)空心層內(nèi)的水進(jìn)行水溫調(diào)節(jié))，來(lái)人為改變混凝土的內(nèi)外溫差，同時(shí)開(kāi)啟應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)不同溫度梯度下混凝土的應(yīng)力變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄。

通過(guò)記錄綜合對(duì)比研究出，針對(duì)各個(gè)工況下可能產(chǎn)生的最大應(yīng)力提出適應(yīng)于低溫升高抗裂混凝土、纖維增韌抗裂混凝土的配合比抗裂匹配設(shè)計(jì)(應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂效果和配合比匹配設(shè)計(jì)進(jìn)行研究)。

所述大體積混凝土是指體積長(zhǎng)、寬、高均大于1米的混凝土(混凝土試塊)。

二、具體試驗(yàn)

2試驗(yàn)方案

2.1試驗(yàn)用的混凝土配合比

表1試驗(yàn)用的混凝土配合比

2.2模型制作

在施工工地后場(chǎng)澆筑4個(gè)體積尺寸均為4m(長(zhǎng))*2m(寬)*2m(高)的大體積混凝土模型(混凝土試塊)，模型內(nèi)部預(yù)留一個(gè)1.0m(長(zhǎng))*0.5m(寬)*0.5m(高)的空心層(利用鋼板預(yù)先制作成密閉的水槽，水槽中裝滿(mǎn)自來(lái)水，通過(guò)加熱裝置對(duì)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)人為改變混凝土的內(nèi)外溫差)，分別進(jìn)行最不利條件下低溫升高抗裂混凝土和纖維增韌抗裂混凝土的配合比匹配設(shè)計(jì)研究。

2.3監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置

為了對(duì)大體積混凝土內(nèi)的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將溫度傳感器與應(yīng)力傳感器按圖4、圖3進(jìn)行布置(布置位置為高度方向1m處)。單個(gè)模型中有4處測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)(如圖3所示)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)XYZ三個(gè)方向的應(yīng)力狀況。同時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)處的溫度狀況亦需要進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定。

3試驗(yàn)儀器

3.1光纖光柵應(yīng)變傳感器(混凝土內(nèi)埋)

表2埋入式應(yīng)變傳感器(光纖光柵應(yīng)變傳感器)技術(shù)指標(biāo)

3.2光纖光柵溫度傳感器(埋入式)

表3埋入式溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)

3.3光纖光柵解調(diào)器：16Hz采樣頻率，16通道，工作溫度小于40度。

4試驗(yàn)工況及試驗(yàn)?zāi)康?/p>

4.1試驗(yàn)工況

工況1：C30低溫升高抗裂混凝土—木模板不拆模持續(xù)養(yǎng)護(hù)，

工況2：C30低溫升高抗裂混凝土—鋼模板1d拆模，

工況3：C30低溫升高抗裂混凝土+C30纖維增韌抗裂混凝土梯度結(jié)構(gòu)(纖維抗裂層厚度為30cm)—鋼模板1d拆模，

工況4：C50低溫升高抗裂混凝土—鋼模板1d拆模，

(1)通過(guò)工況1與工況2的對(duì)比進(jìn)行不同邊界條件下，不同類(lèi)型模板對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)邊部混凝土降溫速率的影響規(guī)律研究，同時(shí)探明拆模時(shí)間對(duì)混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力變化規(guī)律的影響。

(2)工況3設(shè)計(jì)出具備梯度抗裂結(jié)構(gòu)的大體積混凝土模型，通過(guò)工況2與工況3的對(duì)比，進(jìn)行梯度抗裂結(jié)構(gòu)對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力發(fā)展的抑制效果研究。

(3)通過(guò)工況2與工況4的對(duì)比，探明不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土在水化硬化過(guò)程中拉應(yīng)力的發(fā)展情況，通過(guò)測(cè)定最不利狀況下的最大拉應(yīng)力從而實(shí)現(xiàn)抗裂混凝土的配合比匹配設(shè)計(jì)抗裂設(shè)計(jì)方法。

4.2試驗(yàn)步驟

1.為了增強(qiáng)試驗(yàn)對(duì)比性，上述所有工況下的抗裂模型研究務(wù)必于同一時(shí)間段內(nèi)一致進(jìn)行。模型均按照素混凝土進(jìn)行制作，通過(guò)取消配筋來(lái)加大混凝土的體積變形，同時(shí)還消除鋼筋對(duì)混凝土的抗拉貢獻(xiàn)，從而形成最不利的抗裂情況。

2.按圖3、圖4尺寸進(jìn)行大體積混凝土等比例模型制作并埋入測(cè)試感應(yīng)元件，于混凝土澆筑前向空心層內(nèi)中注入自來(lái)水(做好防水隔離措施)，安裝空心層的水循環(huán)加熱裝置。

3.混凝土完成澆筑后即對(duì)內(nèi)部溫度狀況進(jìn)行監(jiān)控，待表面混凝土溫度出現(xiàn)溫度下降趨勢(shì)時(shí)，啟動(dòng)水循環(huán)加熱裝置對(duì)空心層內(nèi)的水進(jìn)行加熱，對(duì)于工況1-3通過(guò)緩慢調(diào)節(jié)水溫來(lái)模擬實(shí)際工程中大體積混凝土內(nèi)部溫升狀況，使得混凝土結(jié)構(gòu)于3天后，沿寬度方向的內(nèi)外溫差維持在30℃(水溫升溫速率為0.5℃/h)，同時(shí)開(kāi)啟應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)不同溫度梯度下混凝土的應(yīng)力變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄；對(duì)于工況4通過(guò)緩慢調(diào)節(jié)水溫來(lái)模擬實(shí)際工程中大體積混凝土內(nèi)部溫升狀況，使得混凝土結(jié)構(gòu)于2天后，沿寬度方向的內(nèi)外溫差維持在35℃(水溫升溫速率為1.0℃/h)，同時(shí)開(kāi)啟應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)不同溫度梯度下混凝土的應(yīng)力變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄。

4.對(duì)于工況2-4的模型，待澆筑完畢1d后進(jìn)行拆模，由于模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)與寬方向長(zhǎng)度不一，沿短邊方向的溫度梯度大于沿長(zhǎng)邊方向，即短邊方向的拉應(yīng)力水平較大，更不利于混凝土材料的自身抗裂。故拆模后立即在其中短邊一側(cè)方向的混凝土表面粘貼應(yīng)變片，粘貼完畢后于該面布置電風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流條件下的抗裂性能試驗(yàn)，調(diào)節(jié)風(fēng)扇位置和風(fēng)速，使混凝土表面處風(fēng)速為(5±0.5)m/s，同時(shí)監(jiān)測(cè)該對(duì)流條件下表面混凝土的應(yīng)力變化趨勢(shì)。

4.3試驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB50496—2009)溫控指標(biāo)規(guī)定：1.混凝土澆筑塊體的里表溫差(不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度)不宜大于25℃；2.混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；3.混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

由于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土放熱速率及強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律有較大差異，為了實(shí)現(xiàn)最不利的抗裂條件，本現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通過(guò)使用調(diào)節(jié)水循環(huán)加熱裝置使C30大體積混凝土模型的內(nèi)外溫差維持在30℃，C50大體積混凝土模型的內(nèi)外溫差維持在35℃。對(duì)于工況2-4，成型1d后即拆除外部模板利用施加強(qiáng)制對(duì)流措施增加混凝土干縮，同時(shí)利用強(qiáng)對(duì)流使得外層混凝土的降溫速率大于2.0℃/d，通過(guò)上述措施來(lái)模擬大體積混凝土施工期間將可能面臨的最不利條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)最不利條件下不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不同強(qiáng)度設(shè)計(jì)大體積混凝土內(nèi)的應(yīng)力變化情況進(jìn)行研究；對(duì)于工況1與工況2的對(duì)比，通過(guò)制造出不同的邊界條件進(jìn)行模板類(lèi)型及養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土抗裂效果的研究，探討不同類(lèi)型模板對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)邊部混凝土降溫速率的影響規(guī)律研究，探明拆模時(shí)間對(duì)混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力變化規(guī)律的影響。