混凝土硬化初期的收缩变形试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 8期 (总 第 2 6 2期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No ． 2 6 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 1 9 混凝土硬化初期的收缩变形试验研究 蔡传国 ( 解放军理工大学，江苏 南京 2 1 0 0 0 7 ) 摘要 ： 混凝土硬化初期 出现的微裂纹容易扩展合并 成为宏观裂纹 ， 从而影 响工程质 量。 为分析早期裂纹 的成 因， 采用 内埋 式应变计对 不 同强 度的混凝土试块进行收缩应变测量 ， 使 用半 导体应变片改进商 品应 变计 的测量精度。 数据结果 显示 ， 早期 裂纹的主要形成 因素并 非如人们通常判断的那样是表面失水导致 ， 在终凝以后的～周时间内， 混凝土以近似均匀的速度收缩， 由此可推断， 水泥水化过程中的体 积收缩才是混凝土早期裂纹的主因。 若根据试验数据有针对性的采取止裂措施， 混凝土初期裂纹的防治将建立在更科学合理的基础上。 关键词： 收缩应变；半导体应变计 ； 水灰比 中图分类号 ： T U 5 2 8 ．0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 — 0 0 5 7 — 0 2 E xpe r i m e nt ab out t h e s hr i nk of c onc r e t e i n e ar l i er s e t t i ng CAICh u a n - g u o ( P L A U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Na n j i n g 2 1 0 0 0 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： M i c r o c os mi c c r a c k l e o f c o n c r e t e wh i c h a p p e a r i n e a r l i e r s e t t i n g s p r e a ds i n t o c r a c k i n g a l wa ys ， a n d e ff e c t s s t r u c t u r e q u a l i t y ．F o r s e a r c h — i n gt h e c a u s e o f c r a c k l e ， wr i t e r me a s u r et h e s h r i n ko f c o n c r e t e t e s t c u b e s t h a t p o s s e s s d i ff e r e n t i n t e n s i tywi thb u r i e dg a u g e ， a n di mp r o v e dthe p r e e i s i o n o f g a u g e wi th s e m i c o n d u c t o r g a g e ．Th e d a t a d i s c o v e r s tha t c a u s e o f i n i t i a l c r a c k l e n o t i s s u r f a c e l o s e wa t e r th at b e e n r e g a r d e d c o m mo n ．Co n ． c r e t e s h r i n k s e v e n wi t hi n o n e we e k a f te r fin a l s e t t i n g ． Th a t c o n c r e t e s h r i n k i s c a u s e o f c r a c k l e b e e n i n p r o v e d ．I f t a king s u i t a b l e me a s u r e， c r a c k i n g c o u l d be a v o i d e d b e tt e r ． Key wor ds ： s h r i n k s t r a i n； s e mi c o n d u c t o r g a g e； wa t e r c e me n t r a t i o 0 引言 在混凝土结构施工 中， 早期裂纹是 困扰施工的一大难题。 所谓早期裂纹是指混凝土初凝之后逐渐出现的肉眼可见收缩 小裂纹以及拆模前后由小裂纹合并发展而成的较大裂纹。 大多 数危害工程质量的后期裂纹， 都是由这些早期裂纹继续扩展而 形成的， 尤其是在建筑结构的楼板、 墙板 、 地下室的外墙以及其 它具有抗渗要求的部位， 裂纹将导致渗水， 进一步引起钢筋腐 蚀而降低结构寿命。 关于早期裂纹的成因， 国内外学术讨论一直不断 ， 涉及 水泥成分、 混凝土强度等级 、 配合比、 结构形式和养护条件诸多 因素。 目前国内防止混凝土产生早期裂纹的措施主要集中在以 下 四个方面 ： 一是设计规范要求混凝土结构连续长度超过 5 0 r n ， 必须设置后浇带， 以保证收缩应变及时释放， 此举避免了部分 裂纹的形成 ， 但是不能彻底解决问题 ， 工程中有许多早期裂纹 就发生在离后浇带很近的位置 ， 这是与规范的理论基础相悖的； 二是按照工程具体条件合理调整混凝土原材料和配合比， 这给 设计和施工都造成很大困难 ， 众所周知 ， } 昆 凝土结构施工是一 定环境条件下的行为， 不可能将所有影响因素都理想化 ， 因此 ， 要在工程 中完全避免微小裂纹是很难做 到的 ； 三是加强施 工技 术管理 ， 保证混凝土浇筑质量 ； 四是在混凝土内掺加膨胀性材 料 ， 以此补偿混凝土的收缩应变， 或者添加纤维材料增强混凝 土抗裂性能。 收稿 日期 ：2 0 1 l _ 0 2 - 2 3 不难看出， 以上各种措施的一个基本要求 ， 就是对混凝土 收缩应变的量值要准确掌握 ， 尤其是早期的收缩， 然而国内目 前关于这一方面的工作较少见诸报道， 本试验试图通过对混凝 土强化( 硬化) 初期自身收缩应变数据的测试与分析， 探索防止 微小 裂纹产生 与进一步扩展的有效途径 ， 为 最终解 决裂纹危 害 提供参考依据。 1 混凝土硬 化初期的收缩应 变测试 1 ． 1测试 原理 混凝土硬化过程中微裂纹的产生与发展涉及因素众多 ， 若 逐项分析则试验工作量巨大。 分析混凝土硬化过程可以确定， 前述诸因素的参数波动 ， 都会影响混凝土强度指标， 因此， 相同 原材料背景下不同配合比试件所呈现出的收缩应变的数据变 化， 或许能从一个角度揭示微裂纹成因。 1 ． 2 试 件制 备 为了能够尽量消除边界效应 ， 并与现有规范比较， 试件采 用混凝土标准试件的截面尺寸， 但加大应变测量方向的尺度， 即 1 5 0 mmx l 5 0 mmx 3 0 0 r r L r n ， 每组三件， 同时制作 1 5 0 mmx l 5 0 n l l~ X 1 5 0 rul Y l 的标准试件一组供校核混凝土强度 。 制作方法执行 GB 5 0 1 0 - -- 2 0 1 0 ， 所不同的是制作中在试块中埋置经我们改进的 混凝土内埋式应变测试计， 如图 1 所示 ， 该应变计的应变感应 部分改为半导体应变片组成的桥路 ， 其 K = 1 5 0 ， 测量标距可调 整到 1 5 0 mm， 与混凝土的黏结面亦经糙化处理。 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 ( a ) AF 一1 K半导 体应 变计 ( b ) 内埋式 混凝 土应变计 图 1 应变计 1 ． 3 测量设备 数据测试使用C ML 一 1 H型应变 ／ 应力测试仪， 该机可与计算机 连接， 设置自动测试间隔， 并自动生成数据表格和应变一 时间曲线。 为消除长期开机仪器自身的飘移， 测试中将一个空置的同型 号应变计接人电路， 每次巡测得应变自动减去该应变计的输出值。 1 ． 4试 验过 程 简述 ( 1 ) 使用相同品种的原材料分别计算出不同强度等级的混 凝土配合比， 如表 1 。 表 1 混凝土配合 比 ( 3 ) 制作 试块 ， 一组 三块 。 制作 中将标 距 1 5 0 mm 的应 变计 准确放置在试模中间高度 ， 其中两块埋置点靠近侧模 ， 砂浆保 护层厚度 1 0 mm， 编号为 1 、 2 ； 第三块埋置在截面中心位置， 编 号为 3 。 振动台振实， 同组试块一起振实。 ( 4 ) 初凝前将试块连同试模一起放入标准养护室内， 整个 测试过程中不拆模。 ( 5 ) 接线， 调整仪器。 ( 6 ) 试验开始 ， 终凝前 1 h记录 1 次， 终凝后每 1 2 h 记录一次。 1 ． 5 试 验数 据摘 要 混凝土终凝前后收缩应变， 如表 2所示 ； 混凝土硬化初期 ( 2 ) 实验室内分组拌制混凝土拌合物。 收缩应变， 如表 3所示。 表 2 混凝土终凝前后收 缩应变 ￡ 58 下转第 6 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 80 7O 6 0 5 0 想 4 0 30 20 1O 1 2 3 4 5 7 1 0 1 4 2 8 龄期 ／ d 图7 碳酸盐掺合料的掺量对混凝土抗压强度影响 3结 论 与矿渣 、 粉煤灰等活性掺合料相比， 碳酸盐掺合料能够提 高混凝土的早期抗压强度和弹性模量， 但后期强度和弹性模量 接近； 养护温度对弹性模量的影响程度比抗压强度显著， 掺碳 酸盐掺合料混凝土的弹性模量随养护温度的提高而提高 ， 而养 护温度能够提高 l O d前混凝土的抗压强度。 对于 D 5 0 为 5 ． 6 Ix m 的碳酸盐掺合料， 随着碳酸盐掺合料的增加， 混凝土抗压强度 上接第 5 6页 显影响， 3 0 mi n坍落度损失略有增加。 ( 2 ) 乙二醇会使混凝土初始坍落度略有增加， 随掺量增加， 混凝土 3 0 mi n坍落度损失减小。 ( 3 ) 相同水灰比条件下， 亚硝酸钠、 硝酸钙可明显提高混凝 土冻后强度， 但标准养护时， 对混凝土强度影响不明显。 ( 4 ) 乙二醇具有缓凝作用， 混凝土的抗压强度比R 2 8 、 R - 7 + 2 8 和 R 一 7 + 5 6均超过 1 0 0 ％。 参考文献 ： [ 1 ]吕宝玉， 单大力 ， 赵霄龙． 有关防冻泵送剂的若干思考『 J 1 ． 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 9 ) ： 1 4 — 1 6 ． 【 2 】 冯浩． 混凝土防冻剂的发展及其重分类探讨IJ J _ 1 氏 温建筑技术 ， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 5 4 — 5 7 ． 上接第 5 8页 2 试验数据分析 分析混凝土强化过程初期收缩应变数据 ， 有几个 明显 的规 律值得注意 ： ( 1 ) 素混凝土的收缩应变与水灰比成反比， 这与许多研究 人员的理论分析相符合[1 _ 2】 。 ( 2 ) 实验室条件下 ， 初凝阶段和终凝之前的收缩与后期收 缩比较 ， 并非剧烈 ， 而是在整个强度上升初期以较均匀的速度 收缩， 这与人们的直观判断是不附的。 ( 3 ) 通 常认 为混凝 土的表面失水是造成早期裂纹 的主要 因 素， 因此， 表面收缩应大于内部收缩 ， 然而实验室条件下的数据 却显示内外收缩是一致的， 收缩的主因应是混凝土水化过程中 的体积缩小。 ( 4 ) 高强混凝土收缩小于低强混凝土， 这也与工程中钢筋 混凝土的实际情况形成明显差别， 由此可推测高强钢筋混凝土 的开裂应与钢筋分布有关 。 从 C 2 0混凝土 7 d的收缩应变数 值可以料想 ， 高达 2 0 0 8的应变 ， 如果混凝 土的收缩受到钢筋 约束， 混凝土中将产生较大的拉应力 ， 此时的混凝土强度是难 降低， 但在 1 5 ％范围内， 混凝土抗压强度降低的程度较小， 该试 验条件下碳酸盐掺合料最佳掺量宜在 1 5 ％以内。 参考文献 ： [ 1 】ME HT A P K ． A d v a n c e me n t s i n c o n c r e t e t e c h n o l o g y [ J ] ． C o n c r e t e I n t e ma - t i o n a l ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 ． [ 2 ]吴中伟 ， 廉 慧珍 ． 高 性能 混凝土 [ M】 ． 北 京 ： 中 国铁道 出版 社 ， 1 9 9 9： 3 7 6 - 3 78 ． [ 3 ]3 崔洪涛． 超磨细石灰石粉掺合料混凝土性能的研究[ D 】． 重庆： 重庆大学． 『 4 l 陈剑雄， 李鸿芳， 陈寒斌．石灰石粉超高强高性能混凝土性能研究f J 1 ． 施工技术， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 4 ) ： 2 7 ． 【 5 】李晶． 石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究【 D 1 _ 大连： 大连理 工大学， 2 0 0 7 ． [ 6 ] 何智海， 刘运华， 刘江红． 石灰石粉对水泥基材料性能的影D NJ ] ． 粉煤 灰 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 6 — 2 8 ． 作者简介 联 系地址 联系电话 李化建( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 博士， 副研究员。 北京市海淀区大柳树路 2 号 中国铁道科学研究院铁建所 ( 1 0 0 0 8 1 ) 01 0— 5 1 8 7 4l 8 3 【 3 ] 何廷树． 混凝土外加剂[ M ] ．西安： 陕西科学技术出版社， 2 0 0 4 ： 1 7 7 — 1 7 9 ． 【 4 J K Y 3 B MH H E ．R ． 结冰对掺防冻剂混凝土强度的影响[ J 1 _ 史同德 ， 译． 低温建筑技术 ， 1 9 8 0 ( 1 ) ： 6 1 — 6 4 ． [ 5 】 刘光启， 马连湘， 刘杰． f 匕 学化工物性数据手册[ M ] ． 北京： 化学工业出 版社， 2 0 0 2 ： 5 4 2 — 6 4 1 ． 【 6 】 唐明， 邱睛， 王博． 现代混凝土外加剂及掺合料【 M J ． 沈阳： 东北大学出 版社 ， 1 9 9 9 ： 7 7 — 8 4 ． 作者简介 联 系地址 联 系电话 宋东升 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 硕士 ， 主要从 事预拌混凝 土 的研究 及应用 。 沈阳市 D 平区三好街8 7 号五里河城 S O H O 楼 2 2 层( 1 1 0 0 0 2 ) 0 2 4 — 23 7 8 5 6 8 2 以抵抗的， 产生裂纹释放应力是符合物理本质的[ 5 1 。 总之， 准确掌握混凝土的收缩规律以及量值， 在实际工程 中抓 住主要矛盾 ， 根据实 际情 况采取合理措 施 ， 混凝土 的早 期 裂纹控制才能真正得以实现。 参考文献 ： 【 1 ]黄土元．混凝土早期裂纹成因及防治【 J j -混凝土， 2 0 0 0 ( 7 ) ： 3 — 5 ． [ 2 】马丽媛． 高强混凝土收缩开裂研究【 D 】 ． 北京 ： 中国建筑材料科学研究 院 ， 2 0 0 1 ． 【 3 ]康贵春． 预拌混凝土水平结构施工早期裂纹控制初探[ J 1 ．工程质量， 2 0 0 2： 4 9 — 51 ． 【 4 ]罗奖园 冈 筋混凝土结构的裂纹控制思想与结构设计新方法[ M ] ．2 0 0 2 ． [ 5 】陈金湖， 李金炎．码头现浇混凝土面层裂纹控制方法与实践【 J J ． 水道 港口， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 3 7 8 — 3 8 0 ． 作者简介 联 系地址 联系电话 蔡传国( 1 9 5 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 硕士， 主要从事施工及试 验研究。 南京光华 1" - 3 9b 海福巷 1 号 应用力学教研室( 2 1 0 0 0 7 ) 1 3 9 1 39 5 02 9 8 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m