緊張で硬化コンクリートの試験

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科

圧縮コンクリートに焦点を当てて、前研究室、コンクリートが一軸圧縮力を受ける非常に大きな応力を耐えることができますが見られました。ただし、圧縮失敗ですが最大引張力が発生するすべり面に沿って障害障害の観察ができませんでした。したがって、それはその究極の両方を支配し、サービス動作として緊張と特に最大強度のコンクリートの挙動を理解することが重要です。究極の観点から引張りとせん断応力の組み合わせは割れと即時かつ致命的な失敗に します。構造のアプリケーションで非強化状態で使用された場合はその理由、コンクリートはめったこれらの亀裂を停止することができ、ひび割れ幅の制限最もコンクリート部材が鋼で強化されます。分布が耐久性に重要ですこれは、除氷塩と貫通し、補強の鋼鉄腐食から類似した化学物質を阻害、後者は、ひび割れ幅を制御するので保守性の観点から重要です。

この実験の目的は三重: (1) (2) ビーム試験コンクリートの引張強度を確認し、(3) 鉄筋の影響を示すことを実施する、コンクリートの引張強度を確認する引張分割シリンダー テストを実施するには軽く rc 梁無補強の 1 つの動作を比較することによって動作します。

コンクリートのような脆性複合材料の引張容量 (f_t) が多い圧縮容量 (f'c) の 1/10 の範囲。この現象は、モルタルと骨材の界面遷移ゾーン (ITZ) と呼ばれる、非常に弱い層の存在によって駆動されます。この非常に薄層 (のみ約 40 μ m 程度) を含むより少ない unhydrated セメントおよびカルシウム ケイ酸塩水和物 (S C H) 水酸化カルシウム (C H) 同様のより大きい単結晶の方位が、モルタルよりも trisulfate の水和物として (またはエトリンガイト、長い針のよう構造)。これらの要因の両方はこの層の大きな気孔率そしてこうして低い強度に貢献します。さらに、骨材粒子間の平均間隔だけ、イッツ川の 2 倍から 2.5 倍の厚さであること事実によって、モルタルの非常にかなりの量が 40% までの見積もり、この弱い材料から成っているを意味します。

コンクリートの脆性挙動は、骨材とモルタルとの間に発生する応力集中から伝播する微小クラックの成長によって駆動されます。概念的には、理想の丸い骨材粒子のまわりの応力状態圧縮荷重が適用されます。粒子の周辺に、「流動」する圧縮しようとすると、力のベクトルになる傾向がある、水平方向の引張力を開発します。これらの力は、応力集中によりインターフェースで高くなっています。大きな引張力と弱い ITZ の組み合わせは、この分野で優遇の割れに します。

円筒試験による圧縮応力が増加、これらのひびは成長し、横方向引張応力、既存の初期マイクロク ラックと弱い ITZ の存在の結果として伝達を開始します。亀裂成長意志なるコンクリートとして不安定に達するその最大の強度とコンクリートはクラック非常に急速に強さを維持する能力を失うは、偉大な速度で伝達します。コンクリート、および界面が弱いゾーンで多くの類似したセラミック材料を全般的に脆性挙動でこの結果します。

コンクリートの特徴的な低い引張能力も直接張力テストが非常に困難を実施する従来の引張試験片は、応力集中によるグリップで失敗する傾向があるので。この問題を回避のエレガントな解決策は、彼らの側にシリンダーをテストすることです。円柱、またはブラジルのテストに呼び出されます。読み込みヘッドから 1 つの動きとして、このテストで均一水平引張応力場を開発する、複雑な応力状態があります。コンクリートは張力が弱いため、これは垂直き裂とシリンダーの分裂に します。統計調査から分割円筒試験は引張能力 6√f'cの順序を与えると予想されます。

緊張でコンクリートのテストのもう一つの間接的な方法は、4 点曲げテスト構成で短スパン梁試験体を使用することです。ビームの中央部分は一定の瞬間とゼロのせん断、つまり、破壊荷重、幾何学的特性と弾性理論の原理を用いた梁部材の引張強度とシンプル リレーションシップを派生できます。ビームは下部に亀裂を形成すると同時に突然失敗し、残留強度があります。それはよく知られている障害コンクリート梁の梁せいのひずみ分布にかなり従っていない弾性理論のこの不整合によって一般に最終的な結果にほとんど影響を持っていると見なされます。統計学から梁引張試験引張能力 7.5√f'cの順序を与える予定です。

コンクリート梁試験における観察突然および脆性破壊は、実用的なアプリケーションで受け入れられない、少なくとも実行する靭性と残留強度重力加速度荷重が必要があります。突然このような障害を防ぐために梁の下部 (または引張り側) に鉄筋を追加します。コンクリートに亀裂と、鋼は引張力を取るに開始されます。技術は、コンクリートから力を移すように表面の変形がある、バーが正しく固定している限り、動作します。ここでテストされるような短スパン梁の場合これはバーの端にフックを提供することによって実現されます。さらに、ビームの深層に近い斜めせん断亀裂の発生、ためにと垂直鐙一般に提供されます。最後に、鉄筋コンクリート構造の中間の性質のため、確認のため、引張、圧縮負荷の特定のセットの下でビームを知ることは困難です。そのため、バーはまたほとんど梁鉄筋コンクリート構造物に見られる、典型的なスティール ・ ケージの上部に配置されます。

1. 分割引張試験

1. このテストでは、以前に準備されたサンプル シリンダーを使用します ("フレッシュ コンクリートのゼウス ビデオ"テストを参照)。シリンダーに負荷が分散されるようにバルサ木材または類似 (約 1/8" 1"幅 x 8 × 厚さ'長い) の 2 つの薄いストリップを取得します。
2. 2 つのシリンダーの寸法を測定します。シリンダーを二等分された供試体の両端に直径に沿って線を引きます。
3. 試験機の下部のベアリング ブロックの中央に沿って中心の 1 つのストリップ。
4. ストリップにシリンダーを配置し、供試体の両端にマークされた行、ストリップ上垂直方向で中央揃えになるよう配置。
5. シリンダー縦第 2 ストリップを配置します。
6. アセンブリがマシンに固定されるまで、試験機の頭を読み込み上限を下げます。
7. 引張強さと仮定すると最大積載試料を取ることができる見積もりは 6√f'c 、 f'cは公称のコンクリートの圧縮強度。
8. ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用および標本が分割緊張で失敗するまで継続的に。
9. 最大荷重を記録します。
10. 破面を調べるし、フラクチャは、集計の割合を推定します。

2. 梁引張試験

1. 4 インチ x 4 インチ断面や長さは 36 インチ 1 つコンクリート梁を構築します。
2. 試験機の 4 点曲げ試験装置をインストールします。
3. 慎重にビームを持ち上げ、テストの設定にそれをインストールします。
4. 試験機をオンにし、荷重と変形を読み取るソフトウェアをアクティブにします。
5. 供試体は引張強さと仮定すると取ることができる最大の荷重は 7.5√f'cを予測し、ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用し、供試体が失敗するまで継続的に。
6. 最大荷重を記録します。
7. 破面を調べるし、フラクチャは、集計の割合を推定します。

3. 補強ビーム試験

1. 2 #3 バー (3/8 インチ径) で補強されたコンクリート梁底から約 0.5 インチあるを構築します。バーはバーを防ぐために両端にフックを持って撤退失敗。ビームは 4 インチ x 4 インチ断面でサポートされていない長さは 36 インチで。
2. 試験機の 4 点曲げ試験装置をインストールします。
3. 慎重にビームを持ち上げ、テストの設定にそれをインストールします。
4. 試験機をオンにし、荷重と変形を読み取るソフトウェアをアクティブにします。
5. 供試体は引張強さと仮定すると取ることができる最大の荷重は 7.5√f'cを予測し、ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用し、供試体が失敗するまで継続的に。
6. テストが進むにつれて、荷重が加わると変形を記録します。

分割の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度は次式で与えられます。
f_t = 2Pmax/(πDL)
D は直径 (インチ)、L は長さ (インチ)、Pmax は引張試験中に到達した最大圧縮荷重 (ポンド)。これらのテストでは、平均 22.2 psi (表 1) の標準偏差と 388 の psi であった。

# をテストします。	(psi)	P (ポンド)	(psi)
1	4780	18456	367.17	5.31
2	4780	20678	411.38	5.95
3	4780	19385	385.65	5.58
		平均 =	388.07	5.61
		サン開発	22.20	0.32

表 1。分割の引張試験の結果。

梁の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度は次式で与えられます。
f_t = P_最大L/(bd²)
d は奥行き (インチ)、b は幅、L は長さ (インチ)、P_最大引張試験中に到達した最大圧縮荷重 (ポンド)。この数式は 3 点で荷重を適用する場合に有効です。これらのテストの平均 522.9 psi (表 2) であった。

# をテストします。	(psi)	P (ポンド)	(psi)
1	4780	2675	501.6	7.3
2	4780	2903	544.3	7.9
		平均 =	522.9	7.6
		サン開発	30.23	0.44

表 2。梁の引張試験の結果。

補強鉄筋コンクリート梁の荷重-変位曲線を図1 に示します。無補強梁可能性が高い同じ読み込みパスを最初に、続いてが初期ひび割れが発生するとすぐに失敗しました。初期ひび割れが発生したときのわずかな不連続性とひび割れの状態に再度負荷を拾うを開始、わずかに低い剛性強化の 1 つを示しています。コンクリートまで増加する連続的な負荷を収率、曲線が平坦化を開始したときに開始します。ただし、鋼は、非常に延性とひずみ硬化、負荷が若干増加し続ける、上コンクリートを押しつぶすとき、非常に大きな変形でエラーが発生します。

図 1: 荷重-変形関係の比較曲線無補強 (青) と (赤) 鉄筋コンクリートの梁 (、) の小さな負荷で、(b) 大規模な (完全曲線) を読み込みます。

テストは脆性コンクリートの引張障害性、引張強さはごく (1/8-1/12)、ことを示した圧縮強度のこと。このタイプの脆性障害可能性があります人間の安全のための破局的な結果を持っている、従ってすべてのコンクリート構造物は、引張力がかかるに鋼の (または類似の) バーで補強する必要があります。補強と補強梁の荷重-変形曲線の比較を示すだけでなく、後者を持っていることより強度も大きな変形能力。

安全性とコンクリート構造物の長期性能の鍵は、高い引張とせん断応力の領域で鉄筋を提供することです。一般に、この目標を達成するに必要な鋼の量が少なければ、コンクリートの断面積の 1%-1.5% 程度。このような少量ではコンクリート構造物が経済的、安全、良い保守性を提供します。さらに、いずれかにコンクリートをキャストする能力は、審美的に喜ぶ構造の開発にフォームを与える建築家大きい風圧量を望まれています。