混凝土弹性模量测定现状综述

混凝土弹性模量测定现状综述

摘要：弹性模量是混凝土的重要力学性能之一，它反映了混凝土所受应力与应变之间的关系，是计算混凝土结构应力、变形、裂缝控制和大体积混凝土的温度应力所必需的参数之一，对其进行准确测定是混凝土工程试验检测工作的重要内容之一，本文主要对目前我国混凝土弹性模量的测定现状进行了介绍，同时也对测定过程中存在的主要问题进行了总结。

关键词：混凝土弹性模量；微变形测量仪；电测法

混凝土弹性模量是计算混凝土结构应力、变形、裂缝控制和大体积混凝土的温度应力所必需的参数之一。随着预应力混凝土和大体积混凝土技术的不断发展，准确并且快速的获取混凝土的弹性模量值成为了一个重要课题，很多工程技术工作者在这方面进行了一系列的探索。

1 混凝土弹性模量测定现状

在建国后的很长一段时间内，受当时技术条件和工程特点的限制，对混凝土弹性模量的检验批次、检验方法并没有明确的要求，仅在规范中提供了一个设计计算的建议值和一种利用微变形测量仪（千分表）的测定方法。目前这种测定方法还在使用，但存在数据离散、安装复杂、受人为因素影响大等诸多问题，已经不能很好的适应工程发展的需要。

80年代初期，成都科技大学的蔡树伦为改进微变形测量仪在弹性模量测试过程中的弊端，根据电测原理提出了4种新的测试仪制作方案；90年代国家链条质量监督检验中心的黄梅对混凝土弹性模量的测试方法进行了总结和探讨，并提出了用电子引伸计测定的方案；针对微变形测量仪测定混凝土弹性模量经常出现数据无效的问题，2008年黄躲兵、彭龙涛提出了以数据分析法处理测试数据以改善准确性的方案；2011年东南大学的管东芝、韩苏闽等人研究了电测法应用于混凝土结构表面的应变测试技术，并详细探讨了应变片标距和测量精度的关系；为纪念电阻应变片诞生70周年（1938～2008年），中国运载火箭技术研究院702研究所的尹福炎对国内外电阻应变片70a的发展历程进行了总结，指出目前我电阻国应变片的生产技术已经达到世界先进水平，且价格低廉，早期在使用过程中出现的一些问题现在都已经得到了解决。

2 混凝土弹性模量测定规范的变化

2.1 铁道部标准

随着预应力桥梁的发展，混凝土弹性模量的重要性日益显现了出来，铁路部门在这个方面走在了其它行业的前面。TB10424-2003《铁路混凝土与砌体工程施工质量与验收标准》中6.4.1部分对结构混凝土的弹性模量检验提出了初步要求，但可操作性不强。铁道部科技基[2005]101号文件发布了《客运专线高性能

混凝土暂行技术条件》，附录G对预应力混凝土弹性模量的检验提出了明确要求，具体见表1所示。

铁建设[2005]160号文件发布《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》，其中6.4.13也对混凝土弹性模量的检验提出了要求，基本与科技基[2005]101号文件要求一致。

在吸收TB10424-2003和铁建设[2005]160号文件的基础上，结合京津、武广、郑西、合宁、合武、石太等铁路建设经验，铁道部颁布了TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》，其中6.4.13对混凝土弹性模量检验提出了具体要求，做出了下述规定：

当设计对混凝土的弹性模量有要求时，混凝土弹性模量必须符合设计要求。弹性模量试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作，试件制作数量应符合下列规定：

随构件同条件养护的终张拉/放张弹性模量试件不得少于1组；标准条件养护28d弹性模量试件不得少于1组；其他条件养护试件按设计要求、相关标准规定和实际需要确定。

检验数量：施工单位按规定制作弹性模量试件。

检验方法：施工单位进行混凝土弹性模量试验；监理单位检查混试验报告。

2.2 交通部规范

公路行业对混凝土静力受压弹性模量的研究虽然较早，但受当时技术条件及工程规模的限制对这个指标一直没有明确的检验要求。随着我国大桥、特大桥的不断修建及桥梁跨径的不断增大，对变形及预应力损失的计算提出了更高的要求，这就涉及到了弹性模量的问题。

公路行业较早就对混凝土静力受压弹性模量的建议值有了规定，JTJ023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中2.1.3建议取值如表2。

随着材料科学的发展，JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》又对混凝土静力受压弹性模量取值进行了修正和补充，在其3.1.5中对混凝土受压或受拉时的弹性模量的取值建议如表3所示。

2006年中华人民共和国交通部开始组织新规的修订，并于2011年8月1日实施了新规范JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》，其中6.5.2规定：当设计有要求或构件有变形控制要求时，配制的混凝土还应满足弹性模量的要求。这是目前公路桥梁规范中对混凝土静力受压弹性模量的最新规定，但也没有明确的检验标准，相信随着技术的进步及大跨径桥梁的不断修建，下次交通部修订规范时也会对这个问题展开探讨。

2.3 国家标准

国家标准的《钢筋混凝土设计规范》自BJG21-66就对混凝土受拉或受压时的弹性模量取值有规定，以后历经TJ10-74、GBJ10-89、GB50010-2002、GB50010-2010四次修订，不断对混凝土静力受压弹性模量值进行修正，目前GB50010-2010的取值与JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》一致。

混凝土静力受压弹性模量的试验方法最早在加气混凝土的试验方法规范中进行了说明。对于普通混凝土来说，在《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002中才正式将混凝土静力受压弹性模量试验方法（利用微变形测量仪测定）列入标准，对混凝土静力受压弹性模量的检验还没有明确的规定。

3 存在的主要问题及原因

笔者从事混凝土的试验检测工作多年，在采用微变形测量仪测定混凝土静力受压弹性模量时发现了诸多问题，具体如下：

数据离散、偏差较大；试验数据无效比例大；仪器调试比较困难。

利用微变形测量仪进行测定存在上述问题的原因主要有以下4个方面：

混凝土试件尺寸偏差对测试数据影响较大；变形值数据较小，读数受人为因素影响大；微变形测量仪支架安装、固定过程容易产生较大偏差；测量仪与试件的相对滑移不可避免。

鉴于现实工程中试件数量有限，所以这种不稳定的试验方法很难适应实际工程的需要，亟需改进。

4 发展趋势

电测法是将电阻应变片粘贴在被测构件表面测定应变的一种实验方法。电阻应变片问世至今已经有70多年的历史，目前已经发展到了精度高、数据稳定、测试范围广、适应各种复杂环境、粘贴方便的阶段。针对上述混凝土弹性模量试验过程中的问题，结合笔者长期的试验检测经验，认为采用电阻应变片代替微变形测量仪对混凝土弹性模量进行测定能解决目前试验过程中出现的问题，但需要对数据采集设备及试验操作方法进行针对性的研究。

参考文献

[1] 蔡树伦，李永浚.弹模测试计的研制[J].试验技术与试验机，1980（01）：83-87.