混凝土结构收缩裂缝发展的试验研究

混凝土结构收缩裂缝发展的试验研究

0商品混凝土应用带来的一些问题商品混凝土也称为预混凝土，是指混凝土。在施工期间，集中送到施工现场的混合动力混凝土。它可全部采用散装水泥,节约水泥用量10%～15%,并可显著提高混凝土质量,改善施工现场的环境状况,是建筑施工工业化的重要标志。近年来,我国商品混凝土的应用发展很快,年增长率达到50%左右。但其在工程中大量推广的同时,也带来了一些问题,主要表现在商品混凝土的龄期越早,其温降及干缩变形较大,而此时的混凝土早期强度也较低,这使得混凝土结构极易在早期出现收缩裂缝。商品混凝土在早龄期抗拉强度、弹性模量等材料力学性能随龄期的变化规律,在混凝土结构的计算中是非常重要的,而目前针对此方面展开的研究工作还较少,为此,本文对商品混凝土的受拉力学性能展开了进一步的试验研究,力图为防止和控制混凝土结构早期的收缩裂缝提供重要的力学性能参数。1轴向拉伸试验方法由于混凝土材料的离散性以及试验条件的限制,轴拉试验要完全避免偏心非常困难,一旦出现偏心,则所测得的强度误差较大。尽管国内外不少学者为了做到“轴向拉伸”想了不少办法,但由于试验技术上的原因,至今尚未制定出统一标准。试验中,为保证“轴向拉伸”采用了以下的技术措施。试验中,在制定混凝土轴向拉伸试验方法时,考虑了以下原则。(1)荷载确实轴向施加。沿试件长度方向上产生一均匀拉应力段,并且断裂在均匀应力段的概率高。(2)试件形状易于制作,费用低。(3)试件与试验机装卡方式简单易行,且能重复使用。基于以上考虑,此次混凝土轴心抗拉强度试验采用100mm×100mm×375mm的试件作为试验试件,试模为100mm×100mm×515mm,如图1所示。试件采用预埋拉杆式,试件两端各设一根230mm长、直径为12mm的HRB335钢筋作为拉杆,使拉力通过预埋钢筋传递到混凝土试件中。用钻孔机对4个100mm×100mm的瓷片中心处进行一次性钻孔,然后,在试模的两端分别按照:泡沫块(2mm)—瓷片—泡沫块(5mm)—瓷片的顺序插入预埋钢筋,以保证预埋钢筋与混凝土试件的轴线同心。为了提高受拉应变量测的准确性,采用电子千分表和粘贴电阻片两种方法同时进行量测,试验的轴向拉伸构件均在应力均匀段发生断裂,如图2所示。2轴向拉伸试验对3种不同强度等级(C20,C40和C60)混凝土试件进行标准养护,按3d,7d,14d,28d和60d龄期分组,每组3根展开轴向拉伸试验(在同一个试件上同时测得了混凝土的轴心抗拉强度和受拉弹性模量)。所有商品混凝土试件均由生产质量稳定的大型商品混凝土公司提供,混凝土采用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥、中砂、石灰石粗骨料配制;添加了部分高炉炉渣和粉煤灰等掺合料,外加剂只加入减水剂(FN-200型),未添加早强剂、减缩剂或膨胀剂。2.1效率及抗冲力分析不同强度等级(C20,C40和C60)混凝土构件在不同龄期时的轴心抗拉强度试验结果分别见表1和如图3所示。由试验结果可知,开始时,轴心抗拉强度增长速度非常快,3种强度等级混凝土在3d龄期时的轴心抗拉强度基本上可达到其28d强度的70%左右,在14d龄期时的轴心抗拉强度基本上可达到其28d强度的80%～90%左右,随后,轴心抗拉强度发展速度变缓并逐渐趋于稳定。在某一给定龄期,比较3种强度等级混凝土在各龄期的轴心抗拉强度,可以得出,混凝土的强度等级越高,其对应的轴心抗拉强度值也越大。2.1.1f及其最大模型的ftt考虑到龄期对混凝土轴心抗拉强度的影响,利用上述试验数据,经回归分析,得出混凝土轴心抗拉强度随龄期增长的经验公式。当fcu≤20MPa时,ft(t)=0.12(lnt+5)ft·28d(1)当20MPa<fcu≤50MPa时,ft(t)=0.13(lnt+3.85)ft·28d(2)当fcu>50MPa时,ft(t)=0.16(lnt+3.01)ft·28d(3)式中ft(t)——龄期为t(d)时的轴心抗拉强度;ft·28d——28d龄期的轴心抗拉强度,t≤60d。在进行回归计算时,式(1)～(3)的相关系数分别为0.862,0.823和0.978。45个试件的试验结果与按式(1)～(3)计算结果比值的平均值μ=1.0137,变异系数δ=0.0688,计算值与试验值符合很好。2.1.2不同等级混凝土的诽血强度与自变量比关系在工程中,常采用劈裂法来间接测定混凝土的抗拉强度,因此,探明劈裂抗拉强度与轴心抗拉强度之间的关系及其随龄期的变化,有着重要的工程意义。试验结果表明,当养护龄期较短时,混凝土的劈裂强度ftp小于轴心抗拉强度,ftp/ft<1;随着养护龄期的增大,ftp/ft的比值逐渐增大,当养护龄期超过某一值时,ftp/ft>1。且随着混凝土强度等级的提高,比值ftp/ft早期增长较快而后期增长速率变缓。由试验结果回归分析,可以得到反映不同等级混凝土的劈裂强度与轴心抗拉强度之比随龄期变化的计算公式为:式中ftp·td,ft·td分别表示龄期t(d)的劈裂强度和轴心抗拉强度(MPa)。45个试件的试验结果与按(4)式计算结果比值的平均值μ=0.9968,变异系数δ=0.083,计算值与试验值符合良好,如图4所示。2.2混凝土拉弹性模量测定的混凝土静力受拉弹性模量是取应力约为轴心抗拉强度50%时应力应变关系曲线上的割线斜率,测量标距L为100mm。测试了3种不同强度等级混凝土构件(C20,C40和C60)在不同龄期(3d,7d,14d,28d和60d)的受拉弹性模量。混凝土弹性模量反映瞬时荷载作用下的应力应变性质,它与结构的最终应力状态有直接关系。试验中,是在加荷速度以不产生徐变为限的外荷载短促作用下得到的瞬时变形模量。表2中列出了不同龄期混凝土的弹性模量试验结果,图5中给出了C40混凝土在28d龄期时的受拉弹性模量实测曲线。2.2.1商品混凝土受拉弹性模量和受体弹性模量的确定GB50010-2002《混凝土结构设计规范》中给出了混凝土受压弹性模量的计算公式见式(5),式中fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值。由于混凝土受拉弹性模量的试验资料较少,一般认为混凝土的受拉弹性模量和受压弹性模量基本相等。Ec=1052.2+34.7fcu,kEc=1052.2+34.7fcu,k(5)将试验中得到的商品混凝土28d的受拉弹性模量Et·28d与按式(5)计算取fcu,k=fcu·28d得到的受压弹性模量Ec相比较,详见表3。从表中可以看出,商品混凝土28d受拉弹性模量Et·28d与受压弹性模量Ec的比值接近于1,因此,建议取混凝土28d龄期受拉弹性模量等于其受压弹性模量,即Et·28d≈Ec。2.2.2混凝土抗压强度考虑到龄期对混凝土受拉弹性模量有较大的影响,利用本试验数据并参考其他试验数据,回归出混凝土受拉弹性模量随龄期增长的经验公式。Ec=1052.2+34.7fcu⋅28d(7)Ec=1052.2+34.7fcu⋅28d(7)式中Et(t)是龄期t(d)的受拉弹性模量;Et·28d为28d龄期的受拉弹性模量;fcu·28d为标准条件下养护28d混凝土的立方体抗压强度。45个构件的试验值与计算值之比的平均值μ=0.999,标准方差为σ=0.064,变异系数为δ=0.064,计算值与试验值符合良好,如图6所示。3凝土构件结构模型(1)利用自行研制的试验装置成功地进行了混凝土轴向拉伸试验,试验的轴向拉伸构件均在应力均匀段发生断裂,测试精度较高,建议推广使用。(2)对3种不同强度等级(C20,C40和C60)的45个混凝土构件(100mm×100mm×375mm),分别进行了5个龄期(3d,7d,14d,28d和60d)的轴心抗拉强度和受拉弹性模量试验研究,得出了轴心抗拉强度随龄期增长的经验公式,并分别给出了60d龄期内各个龄