早齡期混凝土全變形曲線的試驗(yàn)測(cè)量與分析

1、第13卷第5期20lO年10月建筑材料學(xué)報(bào)JOURNALOFBUILDINGMATERIALSVo113，No5Oct，2O10文章編號(hào)：1007—9629(2010)05—0613—07早齡期混凝土全變形曲線的試驗(yàn)測(cè)量與分析侯東偉，張君。(1清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與振動(dòng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2清華大學(xué)土木工程系，北京100084)摘要：試驗(yàn)測(cè)量了完整的早齡期混凝土變形曲線，并稱之為混凝土的全變形曲線混凝土全變形曲線表現(xiàn)為先膨脹

2、后收縮的變形特征，基于此，定義膨脹結(jié)束點(diǎn)為混凝土的凝結(jié)時(shí)間，定義混凝土凝結(jié)后的變形為有效變形同時(shí)分別考察了初測(cè)時(shí)間和環(huán)境溫度對(duì)混凝土變形測(cè)量結(jié)果的影響，結(jié)果表明：初測(cè)時(shí)間晚于凝結(jié)時(shí)間將不能準(zhǔn)確測(cè)量到混凝土的完整變形，并可能給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大偏差；環(huán)境溫度顯著影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間和有效變形的大小關(guān)鍵詞：早齡期混凝土；全變形曲線；凝結(jié)時(shí)間；有效變形中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：103969／jissn1007—96292010

3、05010ExperimentalMeasurementandAnalysisofOverallDeformationofConcreteatEarly‘AgeH0UDong—wei’ZHANGJun’。(1KeyLaboratoryofStructuralEngineeringandVibrationofChinaEducationMinistry，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2Dep

4、artmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：ThecompletedeformationcurveofconcreteatearlyagewasmeasuredexperimentallythatwascalledO—veralldeformationTheoveralldeformationcurveofconcreteatearl

5、yageischaracterizedbyplasticswellingatini—tialseveralhoursaftercastingandthenshrinkingwithagraduallyreducedrateTheendpointofswellingisdefinedassettingtimeofconcreteandtheshrinkageafterthatistheeffectivedeformationthatmay

6、inducestressesinstructuresMeanwhile，theinfluencesofstartingtimeofmeasurementandenvironmentaltemperatureonthemeas—uredresultsofoveralldeformationareanalyzedTheresultsshowthatthemeasureddeformationwil1begreatlyin—flueneedb

7、ymeasurementstartingtimeandenvironmentaltemperatureKeywords：early—ageconcrete；overalldeformationcurve；settingtime；effectivedeformation在混凝土結(jié)構(gòu)的全壽命時(shí)期內(nèi)，混凝土材料經(jīng)歷了：(1)初期的拌和、澆注、成型過(guò)程；(2)早齡期水化進(jìn)程中伴生的強(qiáng)度增長(zhǎng)、自身溫濕度變化和體積變形；(3)服役過(guò)程中的荷載作用和

8、環(huán)境作用等其中早齡期是混凝土的快速成長(zhǎng)期，這一時(shí)期內(nèi)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的演化、整體品質(zhì)的形成和力學(xué)性能的發(fā)展等都直接影響到混凝土的長(zhǎng)期耐久性能同時(shí)快速成長(zhǎng)也使得早齡期成為混凝土全壽命周期中性能穩(wěn)定性差、開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)大的階段與水化過(guò)程相伴生的較為劇烈的溫濕度變化及其引起的體積變形是混凝土在這一階段的主要特征。溫濕度變形在早齡期混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力梯度分布[1。，荷載作用則疊加在這一初始的應(yīng)力分布狀態(tài)下并形成綜合的應(yīng)力分布狀態(tài)在實(shí)際工程中，由于對(duì)早

9、齡期混凝土的溫濕度應(yīng)力了解較少，同時(shí)也忽視了早齡期混凝土力學(xué)性能的發(fā)展進(jìn)程，以致在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算收稿日期：2009—07—20；修訂13期：2009—09—28基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50978143)第一作者：侯東偉(1981一)，男，河北河間人，清華大學(xué)博士生E—mail：houdw06@mailstsinghuaeducn通信作者：張君(1962一)，男，內(nèi)蒙古通遼人，清華大學(xué)教授，博士E—mail：junz@

10、tsinghuaeducn學(xué)兔兔www.xuetutu.com第5期侯東偉，等：早齡期混凝土全變形曲線的試驗(yàn)測(cè)量與分析13混凝土攪拌與試件澆注過(guò)程混凝土攪拌時(shí)，首先將粗細(xì)骨料混合，然后加入膠凝材料(水泥和粉煤灰或硅灰)，再加入溶有減水劑的水，攪拌3min澆注前，在試模內(nèi)側(cè)貼一層塑料布，用以密封成型試模，使其與外界沒(méi)有濕度交換；然后在試模兩端壁中心孔處用細(xì)螺栓和螺母固定銅質(zhì)測(cè)頭混凝土澆注完成后在振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)至表面出漿并抹平，然后在試件表面覆

11、一層塑料薄膜，以防止混凝土表面的水分散失混凝土試件澆注完成約3h后，擰下固定在銅質(zhì)測(cè)頭上的細(xì)螺栓，拔出試模側(cè)壁的有機(jī)玻璃薄片，再將細(xì)螺栓固定好，這樣在混凝土四周與試模之間就形成了約2mm的空隙，試件處于四周無(wú)約束狀態(tài)最后將位移傳感器(即LVDT)安裝在試件長(zhǎng)度方向兩側(cè)，使其測(cè)頭頂在從試模導(dǎo)出的細(xì)螺栓頭上試驗(yàn)裝置安裝完畢后，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，傳感器采集的變形數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器傳(a)C30送到計(jì)算機(jī)并記錄、保存，數(shù)據(jù)采集頻率為每10min

12、一次2試驗(yàn)結(jié)果及分析21早齡期混凝土全變形曲線特征及形成機(jī)理試驗(yàn)測(cè)得的C30，C8o混凝土自由變形曲線如圖2所示由圖2可見(jiàn)：早齡期混凝土表現(xiàn)為先膨脹后收縮的變形特征Kamen_6在超高性能纖維混凝土中以及Sule等7制在普通混凝土中也同樣發(fā)現(xiàn)早齡期混凝土有此變形特征C30，C8O混凝土的膨脹變形值分別為7O10和25010膨脹變形結(jié)束后收縮變形開(kāi)始，C30混凝土的收縮開(kāi)始時(shí)間在加水11h后，C80混凝土則在85h后C30，C80混凝土2

13、8d齡期的收縮值分別為38710和57010(見(jiàn)圖3)(b)C80圖2C30，C80混凝土的自由變形曲線Fig2DevelopmentofoveralldeformationwithtimeforC30andC8oconcreteandambienttemperature混凝土上述變形特征的形成機(jī)理可分析如下：剛剛澆注完成的混凝土處于塑性流動(dòng)狀態(tài)，在自由變形條件下，在與水化反應(yīng)伴生的化學(xué)收縮、濕度收縮以及溫度變形等綜合效應(yīng)下，不論混凝土

14、的絕對(duì)體積產(chǎn)生膨脹還是收縮，其宏觀表現(xiàn)為混凝土自重作用下的塑性沉降和側(cè)向膨脹如果混凝土處于模板約束狀態(tài)，則側(cè)向膨脹產(chǎn)生模板側(cè)壓力隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化產(chǎn)物在局部的相互聯(lián)結(jié)逐漸限制了混凝土顆粒的流動(dòng)性，混凝土向固態(tài)轉(zhuǎn)變當(dāng)生成的固相網(wǎng)絡(luò)對(duì)顆粒流動(dòng)性的限制作用所產(chǎn)生的混凝土整體強(qiáng)度足以支撐混凝土自身質(zhì)量時(shí)，標(biāo)志著混凝土完成了由塑性流動(dòng)狀態(tài)向固體狀態(tài)的轉(zhuǎn)變這時(shí)混凝土開(kāi)始具有了固體特征，能夠保持形狀不變，并具有一定的抵抗固相結(jié)構(gòu)破壞的能力即硬度

15、這一時(shí)刻即為基于微觀機(jī)理的混凝土凝結(jié)時(shí)間按此定義，混凝土的凝結(jié)時(shí)間對(duì)應(yīng)于混凝土早期自由變形的膨脹結(jié)束點(diǎn)，可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定混凝土自由變形隨時(shí)間的變化規(guī)律來(lái)確定_9]同時(shí)，混凝土的凝結(jié)時(shí)問(wèn)也可采用Amziane介紹的方法_1，通過(guò)測(cè)量混凝土的模板側(cè)壓力來(lái)確定，凝結(jié)時(shí)問(wèn)對(duì)應(yīng)于側(cè)壓力為零的時(shí)刻只要混凝土表現(xiàn)為膨脹變形，它便會(huì)對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力，當(dāng)混凝土膨脹變形結(jié)束、收縮變形開(kāi)始時(shí)，其產(chǎn)生的模板側(cè)壓力則為零，因此通過(guò)測(cè)量混凝土側(cè)壓力與測(cè)量混凝土的自