混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫發(fā)展的試驗(yàn)研究

混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫發(fā)展的試驗(yàn)研究

0商品混凝土應(yīng)用帶來的一些問題商品混凝土也稱為預(yù)混凝土，是指混凝土。在施工期間，集中送到施工現(xiàn)場(chǎng)的混合動(dòng)力混凝土。它可全部采用散裝水泥,節(jié)約水泥用量10%～15%,并可顯著提高混凝土質(zhì)量,改善施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境狀況,是建筑施工工業(yè)化的重要標(biāo)志。近年來,我國商品混凝土的應(yīng)用發(fā)展很快,年增長率達(dá)到50%左右。但其在工程中大量推廣的同時(shí),也帶來了一些問題,主要表現(xiàn)在商品混凝土的齡期越早,其溫降及干縮變形較大,而此時(shí)的混凝土早期強(qiáng)度也較低,這使得混凝土結(jié)構(gòu)極易在早期出現(xiàn)收縮裂縫。商品混凝土在早齡期抗拉強(qiáng)度、彈性模量等材料力學(xué)性能隨齡期的變化規(guī)律,在混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算中是非常重要的,而目前針對(duì)此方面展開的研究工作還較少,為此,本文對(duì)商品混凝土的受拉力學(xué)性能展開了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究,力圖為防止和控制混凝土結(jié)構(gòu)早期的收縮裂縫提供重要的力學(xué)性能參數(shù)。1軸向拉伸試驗(yàn)方法由于混凝土材料的離散性以及試驗(yàn)條件的限制,軸拉試驗(yàn)要完全避免偏心非常困難,一旦出現(xiàn)偏心,則所測(cè)得的強(qiáng)度誤差較大。盡管國內(nèi)外不少學(xué)者為了做到“軸向拉伸”想了不少辦法,但由于試驗(yàn)技術(shù)上的原因,至今尚未制定出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)中,為保證“軸向拉伸”采用了以下的技術(shù)措施。試驗(yàn)中,在制定混凝土軸向拉伸試驗(yàn)方法時(shí),考慮了以下原則。(1)荷載確實(shí)軸向施加。沿試件長度方向上產(chǎn)生一均勻拉應(yīng)力段,并且斷裂在均勻應(yīng)力段的概率高。(2)試件形狀易于制作,費(fèi)用低。(3)試件與試驗(yàn)機(jī)裝卡方式簡單易行,且能重復(fù)使用?；谝陨峡紤],此次混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用100mm×100mm×375mm的試件作為試驗(yàn)試件,試模為100mm×100mm×515mm,如圖1所示。試件采用預(yù)埋拉桿式,試件兩端各設(shè)一根230mm長、直徑為12mm的HRB335鋼筋作為拉桿,使拉力通過預(yù)埋鋼筋傳遞到混凝土試件中。用鉆孔機(jī)對(duì)4個(gè)100mm×100mm的瓷片中心處進(jìn)行一次性鉆孔,然后,在試模的兩端分別按照:泡沫塊(2mm)—瓷片—泡沫塊(5mm)—瓷片的順序插入預(yù)埋鋼筋,以保證預(yù)埋鋼筋與混凝土試件的軸線同心。為了提高受拉應(yīng)變量測(cè)的準(zhǔn)確性,采用電子千分表和粘貼電阻片兩種方法同時(shí)進(jìn)行量測(cè),試驗(yàn)的軸向拉伸構(gòu)件均在應(yīng)力均勻段發(fā)生斷裂,如圖2所示。2軸向拉伸試驗(yàn)對(duì)3種不同強(qiáng)度等級(jí)(C20,C40和C60)混凝土試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),按3d,7d,14d,28d和60d齡期分組,每組3根展開軸向拉伸試驗(yàn)(在同一個(gè)試件上同時(shí)測(cè)得了混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度和受拉彈性模量)。所有商品混凝土試件均由生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的大型商品混凝土公司提供,混凝土采用32.5級(jí)或42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、中砂、石灰石粗骨料配制;添加了部分高爐爐渣和粉煤灰等摻合料,外加劑只加入減水劑(FN-200型),未添加早強(qiáng)劑、減縮劑或膨脹劑。2.1效率及抗沖力分析不同強(qiáng)度等級(jí)(C20,C40和C60)混凝土構(gòu)件在不同齡期時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見表1和如圖3所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知,開始時(shí),軸心抗拉強(qiáng)度增長速度非?？?3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土在3d齡期時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度基本上可達(dá)到其28d強(qiáng)度的70%左右,在14d齡期時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度基本上可達(dá)到其28d強(qiáng)度的80%～90%左右,隨后,軸心抗拉強(qiáng)度發(fā)展速度變緩并逐漸趨于穩(wěn)定。在某一給定齡期,比較3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土在各齡期的軸心抗拉強(qiáng)度,可以得出,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高,其對(duì)應(yīng)的軸心抗拉強(qiáng)度值也越大。2.1.1f及其最大模型的ftt考慮到齡期對(duì)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的影響,利用上述試驗(yàn)數(shù)據(jù),經(jīng)回歸分析,得出混凝土軸心抗拉強(qiáng)度隨齡期增長的經(jīng)驗(yàn)公式。當(dāng)fcu≤20MPa時(shí),ft(t)=0.12(lnt+5)ft·28d(1)當(dāng)20MPa<fcu≤50MPa時(shí),ft(t)=0.13(lnt+3.85)ft·28d(2)當(dāng)fcu>50MPa時(shí),ft(t)=0.16(lnt+3.01)ft·28d(3)式中ft(t)——齡期為t(d)時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度;ft·28d——28d齡期的軸心抗拉強(qiáng)度,t≤60d。在進(jìn)行回歸計(jì)算時(shí),式(1)～(3)的相關(guān)系數(shù)分別為0.862,0.823和0.978。45個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果與按式(1)～(3)計(jì)算結(jié)果比值的平均值μ=1.0137,變異系數(shù)δ=0.0688,計(jì)算值與試驗(yàn)值符合很好。2.1.2不同等級(jí)混凝土的誹血強(qiáng)度與自變量比關(guān)系在工程中,常采用劈裂法來間接測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度,因此,探明劈裂抗拉強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系及其隨齡期的變化,有著重要的工程意義。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期較短時(shí),混凝土的劈裂強(qiáng)度ftp小于軸心抗拉強(qiáng)度,ftp/ft<1;隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大,ftp/ft的比值逐漸增大,當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期超過某一值時(shí),ftp/ft>1。且隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高,比值ftp/ft早期增長較快而后期增長速率變緩。由試驗(yàn)結(jié)果回歸分析,可以得到反映不同等級(jí)混凝土的劈裂強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度之比隨齡期變化的計(jì)算公式為:式中ftp·td,ft·td分別表示齡期t(d)的劈裂強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度(MPa)。45個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果與按(4)式計(jì)算結(jié)果比值的平均值μ=0.9968,變異系數(shù)δ=0.083,計(jì)算值與試驗(yàn)值符合良好,如圖4所示。2.2混凝土拉彈性模量測(cè)定的混凝土靜力受拉彈性模量是取應(yīng)力約為軸心抗拉強(qiáng)度50%時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上的割線斜率,測(cè)量標(biāo)距L為100mm。測(cè)試了3種不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土構(gòu)件(C20,C40和C60)在不同齡期(3d,7d,14d,28d和60d)的受拉彈性模量。混凝土彈性模量反映瞬時(shí)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì),它與結(jié)構(gòu)的最終應(yīng)力狀態(tài)有直接關(guān)系。試驗(yàn)中,是在加荷速度以不產(chǎn)生徐變?yōu)橄薜耐夂奢d短促作用下得到的瞬時(shí)變形模量。表2中列出了不同齡期混凝土的彈性模量試驗(yàn)結(jié)果,圖5中給出了C40混凝土在28d齡期時(shí)的受拉彈性模量實(shí)測(cè)曲線。2.2.1商品混凝土受拉彈性模量和受體彈性模量的確定GB50010-2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出了混凝土受壓彈性模量的計(jì)算公式見式(5),式中fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。由于混凝土受拉彈性模量的試驗(yàn)資料較少,一般認(rèn)為混凝土的受拉彈性模量和受壓彈性模量基本相等。Ec=1052.2+34.7fcu,kEc=1052.2+34.7fcu,k(5)將試驗(yàn)中得到的商品混凝土28d的受拉彈性模量Et·28d與按式(5)計(jì)算取fcu,k=fcu·28d得到的受壓彈性模量Ec相比較,詳見表3。從表中可以看出,商品混凝土28d受拉彈性模量Et·28d與受壓彈性模量Ec的比值接近于1,因此,建議取混凝土28d齡期受拉彈性模量等于其受壓彈性模量,即Et·28d≈Ec。2.2.2混凝土抗壓強(qiáng)度考慮到齡期對(duì)混凝土受拉彈性模量有較大的影響,利用本試驗(yàn)數(shù)據(jù)并參考其他試驗(yàn)數(shù)據(jù),回歸出混凝土受拉彈性模量隨齡期增長的經(jīng)驗(yàn)公式。Ec=1052.2+34.7fcu?28d(7)Ec=1052.2+34.7fcu?28d(7)式中Et(t)是齡期t(d)的受拉彈性模量;Et·28d為28d齡期的受拉彈性模量;fcu·28d為標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。45個(gè)構(gòu)件的試驗(yàn)值與計(jì)算值之比的平均值μ=0.999,標(biāo)準(zhǔn)方差為σ=0.064,變異系數(shù)為δ=0.064,計(jì)算值與試驗(yàn)值符合良好,如圖6所示。3凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)模型(1)利用自行研制的試驗(yàn)裝置成功地進(jìn)行了混凝土軸向拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)的軸向拉伸構(gòu)件均在應(yīng)力均勻段發(fā)生斷裂,測(cè)試精度較高,建議推廣使用。(2)對(duì)3種不同強(qiáng)度等級(jí)(C20,C40和C60)的45個(gè)混凝土構(gòu)件(100mm×100mm×375mm),分別進(jìn)行了5個(gè)齡期(3d,7d,14d,28d和60d)的軸心抗拉強(qiáng)度和受拉彈性模量試驗(yàn)研究,得出了軸心抗拉強(qiáng)度隨齡期增長的經(jīng)驗(yàn)公式,并分別給出了60d齡期內(nèi)各個(gè)齡