水泥基材料約束收縮試驗(yàn)方法研究.pdf

1、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有很多，大致可分為荷載裂縫、次荷載裂縫和非荷載裂縫。在非荷載裂縫中，自由狀態(tài)下的收縮對(duì)混凝土并無(wú)不良影響，但實(shí)際工程中，處于不同約束狀態(tài)下的混凝土結(jié)構(gòu)往往因收縮大而產(chǎn)生收縮裂縫，收縮裂縫會(huì)削弱混凝土的質(zhì)量，影響其耐久性，甚至影響結(jié)構(gòu)的整體性。
　　檢測(cè)水泥基材料收縮開裂性能的試驗(yàn)方法很多，其中圓環(huán)法使用最為廣泛，被各國(guó)普遍采用，此法具有原理清晰和模具簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是圓環(huán)法存在三個(gè)問題：（1）由于試件具有高度的對(duì)

2、稱性，使得收縮裂縫隨機(jī)出現(xiàn)，不便于裂縫的觀察；（2）混凝土圓環(huán)試件壁厚大多在30mm~35mm范圍內(nèi)，而粗骨料的最大粒徑為10mm~15mm，這樣的試件和骨料尺寸并不能真實(shí)的反應(yīng)混凝土的收縮開裂性能；（3）砂漿圓環(huán)試件的最大壁厚為75mm，如果混凝土試件使用75mm的壁厚，則試件幾乎是不開裂的，極大的降低了混凝土收縮開裂的時(shí)效性和敏感度。針對(duì)于以上三個(gè)問題，文中提出了外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法和雙圓偏心約束試驗(yàn)方法：通過數(shù)值分析確定了試驗(yàn)

3、模具的尺寸，通過數(shù)理方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（裂縫分布位置和開裂時(shí)間）做了統(tǒng)計(jì)分析，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法的開裂敏感度，通過Weiss理論模型估算了混凝土試件的開裂應(yīng)力。為了更直接和簡(jiǎn)單的檢測(cè)試件收縮開裂時(shí)間，提出了一套水泥基材料收縮開裂時(shí)間檢測(cè)裝置，具體闡述如下：
　?。?）凈漿和砂漿外方內(nèi)圓偏心約束收縮試驗(yàn)方法。外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法是改變圓環(huán)法外邊界的圓形為方形，同時(shí)將約束鋼環(huán)沿其中兩條對(duì)邊的中線向一邊移動(dòng)，形成偏心

4、，試件尺寸為170mm×170mm×35mm，最佳偏心距為20mm，通過對(duì)凈漿和砂漿外方內(nèi)圓偏心約束試件開裂時(shí)間和裂縫位置的數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：外方內(nèi)圓偏心約束試件的平均開裂時(shí)間明顯早于圓環(huán)試件，縮短了凈漿和砂漿的收縮試驗(yàn)周期；98％的裂縫偏移量在預(yù)期開裂截面左右15.35mm以內(nèi)，因此可以認(rèn)為外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法基本能起到限定收縮裂縫產(chǎn)生位置的作用。通過對(duì)比外方內(nèi)圓試件和圓環(huán)試件在完全密封條件下收縮裂縫的發(fā)展路徑發(fā)現(xiàn)，圓環(huán)試件從內(nèi)側(cè)先開

5、裂而外方內(nèi)圓偏心試件從外側(cè)先開裂，驗(yàn)證了文中有限元計(jì)算結(jié)果的正確性，也說明外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法提高了試件的開裂敏感度。
　?。?）混凝土外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法?；炷镣夥絻?nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法與凈漿（砂漿）外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法原理相同，區(qū)別在于其尺寸，為了更真實(shí)的反映混凝土的收縮開裂性能，粗骨料最大尺寸選用25mm，試件尺寸為600mm×600mm×75mm，最狹窄處橫截面尺寸為75mm×75mm，其中，約束鋼環(huán)外直徑為3

6、00mm，厚度為20mm，經(jīng)過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法能夠形成一個(gè)預(yù)期的開裂位置，試驗(yàn)結(jié)果表明：0.5水灰比的混凝土外方內(nèi)圓偏心約束試件不但開裂時(shí)間在兩周之內(nèi)，而且裂縫位置偏移量不大，而壁厚為75mm的圓環(huán)試件幾乎是不開裂的。通過完全密封條件下外方內(nèi)圓偏心約束試件的裂縫發(fā)展和開裂應(yīng)力估算，證明了混凝土外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法的開裂敏感度，以0.5水灰比的混凝土為例，混凝土外方內(nèi)圓偏心約束試件在完全密封條件下依然能夠開裂，而

7、且裂縫從試件外側(cè)向內(nèi)側(cè)發(fā)展，明顯的提高了混凝土收縮開裂的敏感度。通過試件開裂應(yīng)力估算可知，外方內(nèi)圓偏心約束試件最大開裂應(yīng)力大致為3.7MPa-4.2MPa。
　?。?）雙圓偏心約束試驗(yàn)方法。試件外邊界為圓形，直徑為600mm，高75mm，約束鋼環(huán)直徑為300mm，厚度為20mm，鋼環(huán)沿模型直徑向邊框的某一點(diǎn)偏移，保證鋼環(huán)外邊緣與模具邊框內(nèi)邊緣距離為75mm，雙圓偏心約束試驗(yàn)方法同樣能夠有效的限制收縮裂縫的產(chǎn)生位置，通過試件開裂時(shí)間

8、統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，雙圓偏心約束試驗(yàn)方法能夠提高混凝土收縮開裂的敏感度，但是效果不如外方內(nèi)圓偏心約束試驗(yàn)方法。
　　為了直接和簡(jiǎn)單地檢測(cè)混凝土的收縮開裂時(shí)間，受到電路回路和斷路的啟發(fā)，提出了一套新的開裂時(shí)間檢測(cè)裝置，裝置由導(dǎo)電性粘附材料、導(dǎo)線和指針型鐘表組成，把導(dǎo)電性粘附材料涂抹在預(yù)期的開裂位置一定的范圍內(nèi)，導(dǎo)電材料干燥之后，與導(dǎo)線和鐘表連接成回路，每12h觀察一次鐘表走動(dòng)情況，如果試件開裂則電路由回路變?yōu)閿嗦?，鐘表停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)鐘表指針?biāo)?/p>