高强混凝土收缩尺寸效应及预测模式修正方法.pdf
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1、2 0 1 2年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 201 2 No 2 Fe b r u a r y 高强混凝土收缩尺寸效应及预测模式修正方法 钱 春香 , 王 辉 , 何 智海 ( 东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室, 南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘 要 : 为 了将 实验 室标准条件 下测量 的数据 更好地 用于实际桥 梁建设 和维护 中, 本文研究 了环境相对 湿度 和 试件尺寸对混凝土收缩 的影响 。研 究结果表 明, 试件的尺寸不仅影响干燥收缩 的进程 , 对干燥收缩终值
2、也有很 大的 影响 , 尺 寸越 小 , 混凝土干燥收缩越 大, 混凝土的尺寸效应随 着湿度 降低 而增加 。结合 C E B F I P 1 9 7 8 , 根 据试验 结果 修正 了 C E B - F I P I 9 9 0收缩模式 , 修正后 的模 型计算结果与试验值 的比较表明 , 按 照本文的 处理 方法可 以提 高模 型 预测精度 , 为将 实验室预测结果较好地推广到 实际结构收缩 的预 测中提供 了一种修 正方法。 关 键 词 : 干燥 收 缩 ; 尺 寸 效 应 ; 预 测模 型 Ab s t r a c t :I n o r d e r t o a p p l y t h
3、e d a t a f r o m l a b o r a t o r y t o t h e s t r u c t u r e s h rin k a g e p r e d i c t i o n i n fi e l d , t h e e f f e c t s o f e n v i r o n me n t r e l a t i v 6 h u mi d i t y a n d s p e c i me n s i z e o n c o n c r e t e s h ri n k a g e a r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s
4、 h o w t h a t t h e s p e c i me n s i z e n o t o n l y a f f e c t s t h e p r o g r e s s o f s h r i n k a g e b u t a l s o t h e fi n a l s h ri n k a g e s t r a i n Dryi n g s h r i n k a g e i n c r e a s e s wi t h s ma l l e r s p e c - i me n s i z e T h e s i z e e f f e c t i s mo r e
5、 p r o mi n e n t l y wh e n t h e e n v i r o n me n t r e l a t i v e h u mi d i t y i s l o w e r C o mb i n i n g wi t l 1 C EB F I P1 9 7 8 。 t h e CE B F I P1 9 9 0 mo d e l i s i mp r o v e d b a s e d o n the e x p e rime n t r e s u l t , a n d t l l e c a l c u l a t i o n v a l u e i s c
6、o mp a r e d wi t h e x p e r i me n t v a l u e 1 h e p r e d i c t i o n a c c u r a c y i s i mp r o v e d r e ma a b l y b y t h e i mp mv e d mo d e 1 w h i c h p r o v i d e s a mo d i fi e d me t h o d f o r t h e l a b o r a t o ry p r e d i c t i o n i n t o p r a c t i c a l s t r u c t u
7、r e s h r i n k a g e p r e d i c t i o n Ke y wo r d s : Dr y i n g s h ri n k a g e ; S i z e e f f e c t ; P r e d i c t i o n mo d e 1 中图分 类号 : TU 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 O 0 4 6 3 7 ( 2 O 1 2) 0 2 - 0 1 - 0 5 0前言 混凝土作为粘弹性材料 ,收缩徐变不可避免。 混凝土的收缩 , 尤其是 长期干燥收缩往往会造成结 构开裂。实践表明, 即使混凝土早期养护非常到位 , 有些混凝土
8、结构在后期也会开裂 , 干燥收缩是后期 开裂 的主要原因之一。虽然微细裂缝 可能对混凝土 力学性能影响不大 ,然而却破坏 了结构的整体性 , 更为严重 的是其 为侵蚀性物 质和水分 的入 侵提供 了便捷途径 , 会加速结构劣化进程 , 影响结 构的耐 久性【 1 。此外 , 在大跨径的连续刚构桥梁 中, 长期 的 收缩变形会造成预应力损失和内力重分布 , 增加跨 中挠度 , 甚 至影响结构 的正常使用回 。因此 , 对于大 跨径的预应力桥梁 , 研究混凝土长期收缩性能对于 设计 、 施工和后期维护非常重要 。 目前 , 有关预测混凝土收缩徐变的数学模型很 多【 3 , 如欧洲混凝土协会和 国际
9、预应力协会提出的 C E B F I P 1 9 7 8 ( MC 7 8 ) 和 C E B - F I P 1 9 9 0 ( MC 9 0 ) 模式 , 基 金 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 项 目 ( 2 O O 9 C B 6 2 3 2 0 0 ) 、 江苏省重点工程苏通 长江大桥项 目。 美 国混凝土协会提出的 A C I 2 0 9模式 ,美 国西北大 学的 Z P B a z a n t 教授于 1 9 7 8年提出的 B 2模型以及 于 1 9 9 2年提 出的 B 3模型, G a r d n e r 和 L o e k ma n提 出的 G
10、 L 2 0 0 0模式等。模式反映的是所统计混凝土 的共性 , 由于混凝土原材料性质和施工条件具有很 明显 的特性 , 模式 未必能反映出来 , 相 同的混凝土 结构使用不 同的预测模式得 出的结果往往相差很 大 。此外 , 现有 的一些收缩徐变预测模式大都是根 据普通强度混凝土试验资料统计得出的 , 其对于高 强混凝土 的适 用性值得研究。因此 , 有必要针对具 体工程所用 的混凝 土开展收缩徐 变试验研究 , A C I 和 R I L E Mt 也把这种通过对材料的短期试验确定预 测模式 中的材料参数作为提高模式长期预测精度 最 为可靠 和有 效 的方法 进行 推荐 。 实验室测量的是
11、小试件 收缩值 , 试件尺寸与实 际结构差异较大 , 为 了将 实验室结果更好的应用到 工程中, 本文研究了两种不 同环境湿度下收缩 的尺 寸效应 , 根据试验结果对 C E B F I P 1 9 9 0收缩模式进 行修正 , 并比较修正后的模 型计算值与试验值 的相 一1一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 0期 符性。 1 试验 原材 料 、 配合 比和试验 方 法 原材料 :水泥采用 P 1 I 5 2 5级硅酸盐水泥 ; 粉 煤灰为镇江产 I 级低钙粉煤灰 ; 细骨料为赣江河砂 , 细度模数 2
12、6 8 ;粗骨料为 5 - 2 0 ram连续级配石灰岩 石子 ; J M P C A聚羧酸高效减水剂 ; 自来水 。 本研究所用 的配合 比与江苏省苏通长江 大桥 连续 刚构实桥相 同, 具体配合 比如表 1 所示 。试件 成 型后于 2 0 c C 下水养护至不同龄期 , 移至恒温恒湿 室 , 待饱 和面干后 , 采用立式 千分表测量 混凝 土试 件 的干燥 收缩 变形 。 表 1 混凝土配合 比 k s m 2试 验结 果与 讨论 2 1 试件尺寸对混凝土干燥收缩 的影响 湿度梯度是干燥收缩的驱动力 , 试件 的尺寸影 响干燥收缩过程 中水分迁移平均距离 的大小 , 混凝 土干燥收缩的尺
13、寸效应非常明显。本研究中 , 三种 不同尺寸的混凝土试件 ( 尺寸分别为 7 0 m m 7 O mm 23 0 mm 、 l O O mm xl O O mm 4 00 mm 、 1 5 0 mm x1 5 0 mm 4 5 0 mm) ,标养 7 d后移入恒温恒湿室 温度 ( 2 0 2 ) , 相对湿度 RH = 6 0 开始干燥 , 测试结果如图 1 所示 。测试结果表明 , 试件的尺寸越小 , 早期 的收缩 越大 。干燥 时间 3 d时 ,截面边 长( a )为 7 0 ram、 l O O mm 和 1 5 0 m m 的干 燥 收 缩 值 依 次 为 1 2 4 e 、 5 3
14、1 8和 4 l ;干燥 时间 2 8 d时的干燥收缩值依 次为 3 0 8 e 、 2 3 5 e和 1 8 5 e 。 尺寸不同的试件在早 期 的干燥速率相差很大 , 后期干燥收缩 的发展速度 相差不大 , 尺寸小的试件相对较早达到稳定值 。这 是 由于试件尺寸越小 , 体表 比越小 , 比表面积越大 , 单位体积的试件暴露在干燥环境中的面积越大 , 干 燥 收缩发展 得越 快 ,完全干燥 水分扩散 的路径越 短 , 所以达到稳定所需时间也越短。从 图 l可以看 出 , 不 同尺寸 的试件在 干燥 6 0 d之后 , 收缩发展 比 较缓慢 , 趋于不 同的干缩值 , 尺寸越小 的试件名 义
15、 收缩终值越大。 在环境 9 0 相对湿度下 , 不同尺寸混凝土的干 燥收缩随时间的发展关系如 图 2所示 。干燥收缩尺 寸效应与在低湿 度下的相似 , 试件 尺寸越小 , 收缩 一 2 一 值越 大。但环境相对湿度较高时 , 不同尺寸试件收 缩值 的差异要小的多 。 2 理 嫖 H - 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 O 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 干燥时间, d 图 1 试件尺寸对干燥收缩应变 的影 n ( R H = 6 0 ) U 5 U l O U l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 干燥时 间, d 图 2 试件尺
16、寸对干燥收缩应变 的影 n I ( R H = 9 0 ) 如果不考虑微裂缝 和水 化对混凝土 干燥 收缩 的影响 , 理论上分析 , 在相同的环境湿度 下 , 当混凝 土与环境之 间达到湿度平衡 时 , 试件的尺寸对干燥 收缩的终值应该没有影响 , 试件的尺寸或者说表体 比仅仅影响干燥收缩的进程 , 尺寸小 的试件早期干 燥速率 快 , 后期 干燥速率 小 , 但最终不 同尺寸试 件 趋于同一干燥 收缩值 , C E B F I P 1 9 9 0干燥 收缩计算 模式也是基于这个假设建立的。事实上 , 由于骨料 和水化产物 中结晶连生体对 C S H凝胶 收缩 的限 制作 用 , 水泥凝 胶
17、的收缩变形是非 自由的, 在结构 内部产生 内应力 , 导致干缩微裂缝的产生 , 对混凝 土的干燥收缩进程产生影响 , 而这些过程都受到试 件尺寸 的影响。在非饱和空气中 , 混凝 土表层毛细 孔中水分开始蒸发 ,内部水分不 断向表层迁移 , 表 层 的湿度较快地趋于平衡湿度 , 在干燥初期 , 表层 混凝土水分蒸发 的速度远大 于内部水分 向外扩散 O O 0 O 0 O O ) 如 :。 m 。 加 o 0 l 一 、 好 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钱春香 , 王辉 , 何智海 高强混凝土收缩尺寸效应及预测模式修正方法 的速度 , 因此 , 在水分迁移
18、的方 向上形成了湿度梯 度 , 在干燥过程 中会出现正在收缩 的外部包 围着仍 然潮湿 的核心 的情况 , 因此 , 在外边缘将产生拉应 力 , 除非拉应力被拉伸徐变所松弛 , 否则很可能产 生微裂缝 , 微裂缝会起 到降低干燥 收缩 的作用8 卅, 随着试件尺 寸的增加 , 表面微裂缝增多 , 干燥收缩 也相对较小 。高环境湿度下混凝土内部湿度梯度不 是很大 ,所 以此 时混凝土试 件的尺寸效 应相对较 小 。 2 2 环境相对湿度对混凝土干燥收缩的影响 对 比图 1 和图 2可以看出 , 环境的相对湿度对 混凝土的干燥收缩应变有很大影响 , 环境相对湿度 越 低 ,混 凝 土 干 燥 收
19、缩 越 大 ,对 于 截 面 边 长 为 1 0 0 ram 的混凝土试件 ,当环境湿度为 9 0 和 6 O 时 , 9 0 d的干燥收缩分别为 1 1 8 8和 2 8 1 p e 。 环境湿 度对尺寸小 的构件干燥影 响要 比对 尺寸 大的试件 大 。不 同尺寸混凝土试件相对湿度影 响程 度有区 别 , 是 由于表面微裂缝对干燥收缩的影响不 同 3 CE B F I P1 9 9 0收 缩模式 的 修正 3 1 C E B F I P 1 9 9 0收缩模式及 与本试验结果的 比 较 C E B F I P于 1 9 9 0年公布 了 C E B F I P 1 9 9 0收缩 徐变预测
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- 关 键 词:
- 高强 混凝土 收缩 尺寸 效应 预测 模式 修正 方法
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