自密实混凝土自生约束收缩开裂性能试验研究.pdf

第 1 3卷第 5期 2 0 1 0年 1 O月 建筑材料学报 j oURNAL OF B UI LDI NG MATERI AL S V0 1 1 3。No 5 Oc t ， 2 O 1 0 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 6 0 7 0 6 自密实混凝土 自生约束收缩开裂性能试验研 究 郑建岚 ， 王 国杰 ， 王辉明 ( 福 州大学 土木 工程学 院 ， 福 建 福州 3 5 0 0 0 2 ) 摘要 ：通过 钢环 内壁 贴应 变片的环 形约束 收缩 试验 ， 研 究 了 自密 实混凝 土 由 自生收 缩 引起 的 受力 和 开裂性能 以不 同掺 量的粉煤 灰 、 矿渣 单掺 和 复掺 为主要 因素 ， 研 究 了 自生约束 收 缩下 自密实混 凝土试件 的钢环 应 变随龄 期的发展 规律 ， 分析 了钢环 应 变、 混凝 土有 效 自生 收缩 应 变、 混凝 土 收缩 应力 、 开裂风 险 系数的相 互关 系 结 果表 明： 单 单 自生 收缩 足 以 导致 自密 实混凝 土 环 开裂 ， 粉 煤灰 等量 替代水泥 能有效 降低 由 自生约束收 缩 引起 的混凝 土 应力 ， 但 掺 量过 高 时混凝 土 的抗拉 强 度会 明显 下降 ； 矿 渣等量替代 水泥或粉 煤灰使 混凝 土的 自生 收缩应 力增 大， 抗 拉 强度 略有 增加 ； 混 凝 土 环 开裂 时试件 开裂风 险 系数 为 1 O 0 1 2 5 ， 掺 和料 对开裂 风险 系数 有影响 关键 词 ：自密 实混 凝土 ；约束收 缩 ；自生收缩 ；环 形试验 ；开裂 ；矿物掺 和料 中图分类号 ： TU5 2 8 0 l 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 5 0 0 9 Ex pe r i m e n t a l S t u d y o n Cr a c ki n g Te n d e nc y u n d e r Re s t r a i n e d Au t o g e n o u s S h r i n k a g e o f S e l f - c o m p a c t i n g Co n c r e t e ZHENG J i a n l a n， WANG Gu o j i e， WANG Hu i rui n g ( Sc h o ol o f Ci v i l Eng i ne e r i ng，Fu z h ou Uni v e r s i t y，Fu z ho u 35 0 00 2，Chi na ) Ab s t r a c t ：Au t o g e no u s s hr i n ka ge o f s e l f c omp a c t i n g c o n c r e t e(S CC) wa s s t ud i e d by r e s t r a i n e d r i n g t e s t Ta ki n g f l y a s h a n d gr a nu l a t e d bl a s t f ur n a c e s l a g( GBS) c o nt e nt a s ma i n p a r a me t e r s ，d e v e l o p me n t o f s t e e l r i ng s t r a i ns a s f un c t i o n o f c on c r e t e a g e wa s i nv e s t i ga t e d；c o r r e l a t i o ns b e t we e n s t e e l r i ng s t r a i ns ，e f f e c t i v e a u t o g e n o u s s h r i n k a g e ，t e n s i l e s t r e s s a n d c r a c k i n g r i s k c o e f f i c i e n t ( C RC)o f S C C s p e c i me n s we r e s t u d i e d Th e r e s ul t s s ho w t h a t t he a ut o g e n o us s h r i nk a g e a l o n e c a n c a us e c r a c ki ng of c on c r e t e s pe c i me n s Fl y a s h i s he l p f u l t o d e c r e a s e t he t e ns i l e s t r e s s i nd u c e d by a u t o ge no us s h r i n ka g e，bu t hi gh c o nt e n t of f l y a s h ma y c a u s e r e du c t i on of t e ns i l e s t r e n gt hTh e s t r e s s a nd t h e t e ns i l e s t r e n gt h o f t he c o nc r e t e a r e i nc r e a s e d b y t he a dd i t i o n o f GBSRi n g s p e c i me ns c r a c ki n g r i s k c o e f f i c i e n t i s i n t he r a ng e of 1 0 0 1 2 5 a nd c r a c ki n g r i s k c o e f f i c i e nt c ha n g e s wi t h c o nc r e t e a ge s a n d mi n e r a l a d mi xt u r e s Ke y wo r d s ：s e l f - c o mpa c t i ng c on c r e t e ( S CC)；r e s t r a i ne d s h r i nk a g e；a u t o g e n o us s hr i nk a g e；r i ng t e s t ；c r a c k i ng；mi ne r a 1 a dmi x t u r e 自密实混 凝土 以其 良好 的工作性在 工程结 构 中 的应用越来越 广口 ， 其体 积稳定性 成为 工程 界关 注 的重点 自密实 混凝 土 的配 合 比具 有 胶结 料 用量 高 、 水胶 比较 低 、 使用 大量 矿物 掺 和料 等特 点 ， 在此 类 配合 比中 ， 自生 收缩 在 总 体 收缩 中 占 了相 当大 的 比重 此 外 ， 由于混凝 土本 身 的密 实性 ， 失 水干 燥 导 致 的干燥 收缩 只发 生在 混凝 土 表 面 ， 而 自生收 缩却 均 匀地发 生在混 凝 土 内任何 部 位 ， 因此 混 凝土 自生 收 缩对开 裂的影 响不容忽 视 长期 以来 ， 有 关混 凝 土 自生 收缩 的研 究 几乎 都 针 对 自由状态下 的 自生 收缩 进 行 ， 然 而 对 于 自生 收 缩 的测试 ， 无 论是体 积法还 是线性法 ， 都存在测 试 的 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 6 2 5 ；修订 日期 ： 2 0 0 9 一 l 1 0 9 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 8 7 8 0 5 6 ) 第一作者： 郑建岚( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 福建平潭人 ， 福州大学教授 ， 工学博士， 博士生导师 从事结构工程研究 E ma i l ： j i a n l a n f z u e d u C I1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 8 建筑材料学报 第 l 3卷 时 间起 点难 以确定 、 操 作过程 复杂 、 测试 误差 大等 问 题 ， 测 试 结 果 有 很 大 的 离 散 性 ， 数 据 的 重 现 性 不 好 4 ， 使 得从预 测混 凝 土 的 自生 收缩 到 估计 混 凝 土 的早龄 期开裂 成为一个 艰 巨的任务 实 际上 ， 混 凝 土只有 在受约 束 的情 况下 才 可 能 因收 缩产 生 内力 ， 并进 而发生开 裂 为 了研 究 自生 收缩 对 混 凝土 抗 裂 性能 的影响 ， 有 必 要在 约 束 条件 下研 究 混 凝土 的 自 生收缩 本 文采用 圆环约束 试验方 法研究 自密实 混凝 土 由 自生 收缩 引起 的混 凝土 应 力 ， 有效 地 进行 了混 凝 土试件 的密封 ， 从一 个 新 的角 度 来探 讨 自密实 混凝 土的 自生收缩 问题 ， 以粉 煤灰 、 矿渣 的不 同掺量 为 主 要参数 ， 研究 了 自密实 混 凝 土在 自生 约 束 收缩 下 其 应力 随龄 期 发 展 的 规 律 ， 得 到 了 较 为 稳 定 的 测 试 结果 1 概 述 1 1 混凝土原材 料 、 配 合 比及 基本 力学 性能 原材 料 ： 炼 石 4 2 5普 通 硅 酸盐 水 泥 ( C) ； 厦 门 嵩能 电厂 I级粉煤 灰 ( F A) ， 其 比表面积 4 1 0 m k g ， 需水量 比 9 5 9 6 ( 质量分数 ) ； 福建 中联建材微粉有 限公 司的粒 化高炉矿渣 微 粉 ( GB S ) ， 其 比表 面积 4 1 4 m ，7 ， 2 8 d的活性指 数分别 为 7 6 ， 1 1 7 ； 细度模 数 为 2 7的河砂 ( S ) ， 5 1 0 ， 1 O 1 5 mm 碎 石 ( G) 按 质 量各半 混合 ； 萘 系复合 高性 能减 水剂 ( S P ) ； 自来 水 ( W) 配 合 比包 括 单 掺 粉 煤 灰 ( 见 表 1中 的 F A 系 列) 、 粉煤 灰 和 矿 渣 复 掺 ( 见 表 1中 的 F G 系 列 ) 两 组 单掺 粉煤灰 系 列 以不 同 掺量 粉 煤灰 等 量替 代 水 泥 ， 胶结 料总量 为 5 5 0 k g m。 ； 复 掺除 1个配 合 比 中 的胶结 料总量 为 5 5 0 k g m。 ， 用 于 同 单掺 系列 对 比 外 ， 其余胶 结料 用量均 为 5 0 0 k g m。 ， 用 于考察 粉 煤 灰 和矿 渣以不 同 比例组 合等质 量替代 水泥 的影响 进行 了不 同龄期 的 自密实混 凝 土基本力 学性 能 试 验 ， 包 括 混凝 土 立方 体抗 压 强度 、 劈 拉 强度 、 弹 性 模 量 ， 试 件 尺 寸 与 试 验 方 法 均 依 据 GB T 5 O ( 8 1 2 0 0 2 普 通混凝 土力学性 能试 验方法 标准 混凝 土 的配 合 比、 工作性 ( 依 据 C C E S O 2 2 O O 4 自密 实 混凝 土设 计 与 施工 指 南 附 录 A 测试 ) 、 立 方 体抗压 强度 、 劈拉强度 、 弹性模 量见 表 1 表 1 自密实混凝土配合比、 工作性及基本 力学性能 T a b l e 1 M i x p r o p o r t i o n。wo r k a b i l i t y 。b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f S CC 1 2自生约束 收缩试验 方案 约束收缩 试 验根 据 AS T M C _ 1 5 8 1 一O 4 “ S t a n d a r d t e s t me t h o d f o r d e t e r mi n i n g a g e a t c r a c ki n g a n d i n d u c e d t e n s i l e s t r e s s c h a r a c t e r i s t i c s o f mo r t a r a n d c o n c r e t e u n d e r r e s t r a i n e d s h r i n k a g e ” ， 采用 内贴 应 变 片 的钢环 进 行 约 束收缩试验 ( 见 图 1 ) ， 在钢 环 内壁设 4个测 点 ， 自混 凝土人模开始 ， 通过静态应变仪每隔 3 0 mi n采集 1 次数据 ， 取 4个测点 的平均值作为最终钢环环向应 变 测试环境 为 ： 室 内温度 ( 2 3 2 ) 图 1 AS TM C 一 1 5 8 1 一 O 4环 形 试件 Fi g 1 Sc h e ma t i c o f ASTM C- 1 5 81 一 O 4 r i n g t e s t s p e c ime n( s i z e ： mm) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 郑建岚 ， 等 ： 自密实混凝土 自生约束收缩开裂性能试验研究 6 0 9 为 了准确 测 定 自生 约束 收缩 下 的 钢环 应变 ， 必 须 确保混凝 土与 外界 湿 度 的隔离 本 试 验首 先 采用 养护 l d后拆 除 外模 ， 然 后 用塑料 薄 膜 进行 密 封 的 方 案 ， 对 F A2配合 比进 行 测 试 ， 结 果见 图 2 由 图 2 可见 ， 在拆模前 后 ( 1 d附近 ) 钢 环应变 有突然增 大 的 现 象 ， 且到后期 曲线有 上扬趋 势 ， 并不 收敛 一 6 O 一 5 0 釜一 4 0 一3 0 要 一 2 0 1 0 F A2 1 r e mo v e d f r o m mo l d a n d s e a l e d wi t h p l a s t i cfil m F A2 - 2 r e m o v e d f r o m mo l d a n d s e a le d wi t h p l a s t i c fi l m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O Cu r i n g a g e d 图 2 塑 料薄 膜 密封 时 ， 同一配 合 比两 个试 件测 试 结果 比较 Fi g 2 St e e l r i ng s t r a i ns of t wo d i f f e r e nt s p e c i me n s f r om t h e s a me mi x t u r e ( s e a l e d wi t h pl a s t i c f i l m) 考虑 到拆 模 过 程 中必 然 导 致 混 凝 土 的水 分 散 失 ， 试验 中观察 发现混 凝土朝 内钢环 收缩 ， 收缩 时 与 外模 自然脱 开 ， 并 未 因 与外 模 间可 能 的黏 结对 钢 环 应变产生 明显影响 ， 因此考虑采 用带模 密封方 案 ， 即 混凝 土浇筑后 待环 顶 面用 毛 刷刷 不 出划 痕 时 ( 相 当 于初凝 ) ， 用 热熔 石蜡 对 混凝 土 环顶 面 、 底 面 以及 外 模 的接缝 处进行 密封 测 试 中若 因混凝 土 向 内收 缩 变形 ， 导 致 石蜡 与混 凝土 脱 黏 ， 可 反复 涂腊 密 封 用 该 方案对 F A2配合 比的两个试 件进 行 密封 ， 其测 试 结果见 图 3 ， 可见 其结果 非常 一致 ( 但 开 裂龄期 有 较 大不 同， 认 为是 混凝 土 的离 散性 所致 ) ； 在 测试 龄 期 范围 内 ， 钢 环应 变没 有 突变 ， 随着 龄期 的增长 ， 曲线 有逐渐收敛 的趋 势 另外 将 带模 密封 测 得 的钢 环 应 变跟拆 除外模 后 ( 顶 面腊 封 ) 沿环 周 面 干燥 试件 ( 即 在干燥 收缩 和 自生 收缩 共 同作 用下 ) 的测 试结 果 对 比， 发现前者 的变化远 比后 者缓 慢 ， 开 裂龄 期也滞 后 3 0 d 或更长 ， 可 见该 密封效 果非 常 明显 带模 密封 试 图 3 带模密封时同一配合 比两个圆环的测试 结 果 、 沿环 周 面干燥 时 测试 结果 比较 Fi g 3 S t e e l r i n g s t r a i n s o f t WO d i f f e r e n t s p e c i me n s ( wi t h ou t r e mo vi n g ou t e r mol d)a n d dr yi n g f r o m t he ou t e r c i r c umf e r e nc e 件开裂后 ， 拆 除外模 时发 现 内部 混凝土 呈湿青 色 ， 与 干燥 试件 的千灰 色形 成 鲜 明对 比 这都 说 明带 模密 封方 法能保证 混 凝 土 的密封 ， 测 试结 果 确 为 自生收 缩在 约束状态 下导致 的钢环应 变 1 3 圆环试 验 中应 力应变 关系解析 由于 简单 、 经济且 能提供 可靠 的约束 ， 混凝 土 圆 环约 束收缩试 验 方法 得 到 了广 泛使 用 和不 断 发展 钢环 内壁贴应 变片 的圆环试验 除 了能测 试混凝 土 的 开 裂时 间以外 ， 更 能 提供 混 凝土 应力 随时 间发 展 的 量 化信息 ， 有 利于揭示 混凝 土开裂 的机理 Ho s s a i n等一 。 。 推导 了 圆环 约束 下 ， 混凝 土 真实 残余应 力和理 论弹性应 力 的表 达式 实 际上 ， 在 不考 虑 混凝土徐 变或将 混凝土 的收缩定 义为有效 收缩 的 情 况下 ， 两 者是相 等的 由此建立起 钢环 内壁 应变 与 混凝 土 收缩 、 弹性模 量的表 达式如下 ： P ( f ) Es c4 R= 一 - ( 1 ) 2 , c L l R 2 S 丁L 2 R 式 中 ： e ( z ) 为 随时 间 变化 的钢 环 内 壁应 变 ； E 为 钢 材的 的弹性 模 量 ； e 为 混 凝 土有 效 收 缩 应 变 ， 表 示 经徐变 作用后 ， 实 际作 用 在 混凝 土 上 的有效 收 缩 应 变 ； E 为混凝 土 的弹性 模量 ； C ， C ： ， C 昧为与 环 的尺寸 以及 钢材 、 混 凝土 的泊 松 比有 关的常 数 ， 见 式 ( 2) ( 4) r一 ( 1+ s ) 尺 + ( 1 一 s ) R 、2 ) s r ( R 一 R2 ) C 2 R ( 1 一 v ) R己 + ( 1+ v c ) R ( R 一 R0 S2 ) c 一 ( 3 ) ( 4 ) 式 中： R 尺。 分别 为钢 环的 内径 和外径 ； R ， R 分 别 为混凝 土环 的 内径 和 外径 ， R 一R ； ， 分 别 为钢材 和混凝土 的泊松 比 对 于 自生约 束 收缩 而 言 ， 由于混 凝 土 与外 界 没 有湿度交 换 ， 因此 可 以假定 混 凝土 内部湿 度 分布 均 匀 ， 不存 在湿度 梯 度 这 种情 况 下 ， 混 凝 土截 面 的应 力 0 0 ( r ) 与钢环 应变 的关系 和理 论推 导结果 相符 合 ， 见式 ( 5 ) ， 最 大应 力 发生 在 混凝 土 内环 壁 处 ， 见 式( 6 ) E 7 ： ( H等) 一 s l ( ) Es C4 R( R2 + R x ， ) ， Om a 一 二= 钢 材的弹性 模量和 环的尺寸 均为常数 ， 由式 ( 5 ) 可见 ， 以钢环和混 凝土环 的变形协 调为前 提 ， 测试 所 得 的钢 环 内壁应 变直接 反映 了混 凝土 内部应力 的大 小 ， 即无需 随混 凝土龄期 变化 的其他参数 ， 直接 由钢 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 1 O 建筑材料学报 第 l 3 卷 环 内壁应变就 可 以换 算 成混 凝 土 的拉 应 力 ， 这为 量 化混凝 土 自生 约束 收缩 对结构 开裂 的影响提 供 了极 大 方便 2试 验结 果 及分 析 2 1 试验 结果 单 掺粉煤灰 、 粉 煤灰 和 矿 渣 复掺 的 自密实 混凝 土在 自生约束收缩下 ， 钢环内壁应变随时间的发展 曲线见图 4 ， 5 F A和 F G两组配合 比自混凝土人模 起 3 d龄期 内的钢 环 内壁 应变发 展见 图 6 ( 旨在呈 现 所有配 合 比的钢 环应 变 都 要 经过 1 5 h以上 的蛰 伏 期 才开 始增长 的试验 现象 ) 由实测 的钢 环应 变 s 。 ( ) ， 各 龄 期 的 混凝 土 弹 性 模 量 E c ( 中 间 龄 期 用 内 插 ， 不 考虑 6 0 d后 弹性 模 量 的变 化 ) ， 根 据式 ( 1 ) 对 自密实 混凝 土在 自由状 态 下 的有 效 自生 收 缩 应 变 进 行反 推 ， 得 到单 掺 粉煤 灰 、 复 掺粉 煤 灰 和矿 渣 两 组 自密实混 凝 土 的有 效 自由 自生收 缩应 变 ， 如 图 7 ， 8 所示 由文献 8 给出的混凝土 自由自生收缩 曲 线见图 9 各龄期实测钢环应变、 反推得到的混凝土 有 效 自由 自生 收缩应 变等见 表 2 图 4 单掺粉煤灰各组的钢环内壁应变 图 5 复掺粉煤灰与矿渣各组的钢环应变 Fi g 4 I nne r wa l l s t r a i ns o f s t e e l Fi g 5 I nne r wa l I s t r a i ns o f s t e el r i ng s r i n g s f o r S CC mi x t ur e s wi - f or S CC mi x t ur e s wi t h d i f f e r e nt t h d i f f e r e nt FA c o nt e n t s f l y a s h a n d GBS c on t e nt s 图 7 单掺粉煤灰时反推得到的各有 图 8 效 自由自生收缩应变 Fi g 7 Ca l c ul a t e d e f f e c t i v e f r e e a ut o ge n o us Fi g 8 s hr i n ka g e s t r a i ns f o r S CC mi x t ur e s wi t h di f f e r e n t FA c on t e nt s 图 6 前 3 d龄期 内钢环应变的发展 Fi g 6 De ve l o pme nt o f i nn e r wa l l s t r a i ns o f s t e e l r i n g s wi t h i n 3 d a g - e s f o r a l l SCC mi xt u r e s 复掺粉煤灰和矿渣时反推得到的各 有效 自由 自生收缩应变 Ef f e c t i v e f r e e a u t og e n ou s s hr i n ka g e s t r a i ns f o r S CC mi x t ur e s wi t h d i f f - e r e nt FA a nd GBS c o nt e n t s 图 9 文献 8 中的 自由 自生收缩 应变 Fi g 9 Fr e e a ut o ge nou s s hr i nk a ge s t r a i n s f r o m R e f 8 3 表 2各龄 期 的钢 环 应 变 、 反推 的 混 凝 土有 效 自 由 自生收 缩 应 变 、 混 凝土 环 内壁 应 力 、 混凝 土 环 开 裂 风 险 系数 T a b l e 2 S t e e l r i n g s t r a i n s -c a l c u l a t e d e f f e c t i v e a u t o g e n o u s s h r i n k a g e s t r a i n s ， i n n e r w a l l s t r e s s e s a n d c r a c k i n g r i s k c o e f f i c i e n t s ( C R C) o f c o n c r e t e s p e c i me n s i n d i f f e r e n t a g e s 0 0_【 I I 一 时 扛 对 芑 J 【 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 郑建岚 ， 等 ： 自密实混凝土 自生约束收缩开裂性 能试验研究 6 1 1 2 2 自密 实混凝土 自生约束 收缩 曲线 的特点 由图 4 6可见 ， 在 自生 约束 收缩 作 用下 ， 钢环 内壁应变曲线随龄期的发展大致分为 3 个阶段 ： ( 1 ) 蛰伏 阶段 ： 混凝 土浇筑入模 至应变 值开 始稳 定上 升前 由图 6可 见 ， 混 凝 土浇 筑入 模后 ， 在 1 5 h 以前 ( 针对本文 配 合 比 ， 时 间 随配 合 比不 同 而不 同) 钢环应 变均无 明显 增 长 ， 该 阶段对 应 于 混凝 土水 化 的蛰伏期 ， 由于其 尚处 于 塑性 状态 ， 弹性模 量 极 低 ， 收缩不 能引起 混凝 土 内部 应力 的增 长 ， 因此 钢环 内 壁应 变不显著 ( 2 ) 上升 阶段 ： 钢环应 变 自某 时刻起 随着龄 期增 加稳定 而缓慢 地上 升 ， 但应 变 增长 率 却 随龄 期 的增 长呈缓 慢下降 趋 势 ， 且 钢 环应 变 发展 得 越早 、 越 快 ， 其应变增 长率衰减 得也越早 ， 越 明显 从 图 4 ， 5可 以 看 出 ， 上 升阶段 持 续期 间很 长 ， 直 至 5 O 9 0 d曲线 仍呈 上升趋势 说 明 自生 收缩 对混 凝 土 的影 响 为期 久远 ， 并 不 仅局 限于浇 筑 后 的前几 天 或 2 8 d之 前 因此 ， 在实践 中有必 要 考 虑 自生 收缩 对工 程 结构 的 长期影 响 ( 3 ) 开裂或 下 降 阶段 ： 到某 一 龄期 混凝 土开 裂 ， 应力 释放 ， 钢环 应变下 降 混凝 土产生微 裂缝或 局部 开裂时， 钢环应变呈阶梯状下降， 如图 5中 F G6曲 线所示 ； 产生 1 条 主裂缝 时 ， 钢环 应 变骤 降 ， 如图 4 ， 5其余 曲线所 示 若混凝 土 一直 不开 裂 ， 则钢 环 应变 曲线逐 渐 趋 于平 直 或 在 徐 变 作 用 下 缓 慢 下 降 如 F A3到达 1 8 1 d龄 期 时 仍 未 开 裂 ， 其 钢 环 应 变 在 1 2 9 d龄 期 时 跌 至 一4 7 1 O 一 ， 此 后 一 直 呈 直 线 状态 将 图 7 ， 8与文献 8 给 出的 自由 自生 收 缩 曲线 ( 图 9 ) 对 比 ( 本 文单 掺 粉煤 灰 系 列 所用 材 料 与其 一 致 ， 水胶 比相 近 、 混凝 土强 度 范 围也有 可 比之处 ) 后 发现 ： 图 9中的 自由 自生收缩前期 发展很 快 ， 后 期增 长缓 慢 ，1 d时试件 的 自生 收缩 应 变约 是其 1 4 d自 生收 缩应变 的 5 O 左右 ； 3 d龄期 时约 为 6 5 而 本文 自生约束收缩前期增长远较 文献E 8 的自由收 缩缓 慢得 多 ， 根据 表 2中反推 得 到 的各 龄期 混 凝 土 有效 自生收缩 应变值 ， 1 d时 ， 混凝 土 的有 效 自生 收 缩应 变几乎为 零 ； 3 d时的有效 自生收缩 应变 占 1 4 d 的 1 4 4 I ； 7 d时 占 1 4 d的 4 9 7 O ； 2 8 d 时较 1 4 d增长 了 3 4 1 0 0 ； 2 8 d后仍 有 明 显 的 增长 趋势 反推 得 到 的有 效 自生 收缩 应 变在 早 龄期 明显小于文献 8 的原 因一是 由于早龄期混凝土弹 性模 量很低 ， 在 塑 性 阶段 即使 有很 大 的 自由收 缩也 不会 引起钢环 的应 变 ， 反 推仅 从 混凝 土 硬化 后 自由 收缩 开始并引 起 钢环 应 变时 起算 ； 二 是 本文 带 模密 封 的方案最大 程 度地 避 免 了混凝 土 水分 的散失 ， 而 拆除内模进行测试的文献 8 则可能因水分散失而 导致其 1 d前后的测试值偏大 2 3 矿物掺 和料对 自生约束 收缩应变 的影响 由表 2可见， 单掺粉煤灰的试件其钢环应变和 由此 产生 的内力 均 比不 掺粉 煤灰 的混凝 土 低 ， 且 随 着粉 煤灰替代 量 的增 大 而降 低 复 掺粉 煤灰 和 矿渣 的 自密实混凝 土随 着矿 渣 掺量 ( 质 量 分数 ， 下 同) 的 增加 和粉煤灰 掺量 的下 降 ， 由 自生 约束 收缩 引起 的 钢环 应变显著 增大 用 1 O 的粉煤灰 和 4 0 的矿渣 替代水 泥后 ， 其 自生约 束 收缩 导致 的钢 环应 变值 大 于无 掺和料 的混凝 土 由于前 述 粉煤 灰 等量 替 代水 泥可 以减小 自生 收缩 ， 由此可 知 用磨 细 矿渣 等 量替 代水 泥后 ， 混凝 土 自生 约 束 收缩导 致 的钢 环 应变 值 有较 大程度 的上升 2 4 自生 约束收缩 下混凝 土的开裂风 险分析 表 2还列 出 了混凝 土试件 的开裂龄期 及开 裂时 的钢环 应变 由于 没有 测 试 开裂 时刻 的混凝 土 劈拉 强度 ， 而开 裂龄 期 大 多为 6 0 d左 右 ， 故 以开 裂 时钢 环应 变转 换 来 的混 凝 土最 大 应力 除 以 6 0 d龄期 的 劈拉 强度来求 得 近似 的 开裂 时 刻风 险 系数 由钢环 内壁 应变 ， 根 据式 ( 6 ) 换 算成 混 凝土 环 的最 大应 力 ， 并与 实测 的混凝 土抗力 ( 劈拉 强度) 对 比得 出各 龄期 混凝 土的开裂 风险系 数 开裂风险 系数能综 合反映 掺和料对混 凝土 抗力 和作 用两方 面的影 响 粉煤灰 等量替代水 泥 ， 一 方 面 使混 凝土 的劈 拉 强度 降 低 ， 另一 方 面也使 混 凝 土 的 自生收缩和弹性模量下降， 表现为混凝土的自生约 束收缩 应力降 低 综合 两者 的作用 ， 粉煤灰 对 自密实 混凝 土 自生 收缩 开裂 的 影 响表现 为 ： 随着 粉 煤 灰替 代量 的增大 ， 混凝 土 在 自生 收缩 下 的开 裂 风险 系数 有 降低 的趋势 ， 但过 高 的粉煤 灰 掺量 导致 2 8 d龄期 以后 混凝土 的开裂 风 险 系数上 升 ( 见表 2中 的 F A 4 系列 ) 由于 粉煤灰对 混凝土开 裂的作 用和抗力 两个 方 面的影 响是 相 反 的 ， 因此单 掺 粉煤 灰 时混 凝 土 的 开裂 顺序并 不 随着 粉煤 灰 掺量 的增 减 而单 向变化 ， 而是 有 一 个 最 优 掺 量 ， 本 组 配 合 比 的 最 优 掺 量 为 3 6 复掺粉煤 灰 和矿 渣 时 ， 随着粉 煤 灰掺 量 的 降低 和矿 渣掺量 的上升 ， 混 凝土 的劈拉强度逐 渐增 大 ， 而 自生收缩和弹性模量也逐渐提高， 但 由于收缩应力 的增长幅度超过 了劈拉强度， 致使其在 自生收缩下 的开裂风险系数仍然是上升的 随着粉煤灰掺量增 加 、 矿渣 掺量 减 少 ， 混 凝土 开 裂龄 期依 次延 长 ， 分别 为 5 0 0， 7 0 6， 7 1 3 ， 1 l 8 0 d 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 l 2 建筑材料学报 第 1 3卷 3 结论 1 可以采用 带模 密 封 的方 案 ， 通过 圆环 试 验对 自生约束 收缩下 的混凝 土开裂性 能进行评 价 2 在 约束条件 下 ， 自生 收缩 对 混凝 土 开 裂 的影 响缓慢 而持久 ， 单单 自生 收缩足 以导致混 凝土 开裂 本文 由 自生 约束 收缩导致 混凝土 环开裂 的龄期 发生 在 6 0 d左 右 3 粉煤 灰等量 替代水 泥能显 著降低 自密 实混凝 土的 自生 收缩 ， 但 过 大 的粉 煤 灰 掺量 使混 凝 土 的抗 拉 强度降低 因此在 一定掺 量范 围内 ， 粉煤 灰等 量替 代 水泥 降低 了混凝 土在 自生 收缩 下 的开 裂 风 险 系 数 ， 但过大 的粉煤 灰 掺 量将 导 致 混凝 土 开裂 风 险 系 数增 大 粉煤 灰和矿 渣复掺 时 ， 随着 粉煤灰 掺量 的下 降和矿渣掺 量 的增 加 ， 自密 实 混凝 土 开 裂风 险 系数 有 增大 的趋 势 本 文 自密实 混凝 土配 合 比开 裂 时 的 风 险系数为 1 0 0 1 2 5 参 考文献 ： 1 2 3 4 5 3 6 3 7 罗素蓉 ， 郑建岚 自密实混凝土在 加固工程 中的应用研 究 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， 9 ( 6 ) ： 3 3 0 3 3 6 L UO Su r o n g， ZHENG J i a n l a n S t u d y o n t h e a p p l ic a t i o n o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e i n s t r e n g t h e n i n g e n g i n e e r i n g J J o u r n a l o f Bu i l d ing M a t e r i a l s ， 2 0 0 6， 9 ( 6 ) ： 3 3 0 3 3 6 ( i n Ch i n e s e ) 罗小勇 ， 余志武 ， 聂建 国， 等自密 实混凝 土结 构 的应 用研 究 J 铁道学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 O ) ： 7 5 8 0 LUO Xi a o