早龄期混凝土全变形曲线的试验测量与分析.pdf

第 1 3卷 第 5期 2 0 l O年 1 0月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS Vo 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 1 3 — 0 7 早龄期混凝土全变形 曲线的试 验测量与分析 侯 东伟 ， 张 君 。 ( 1 ． 清华 大学 结构 工程与振 动教育 部重点 实验室 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ； 2 ． 清华大学 土木 工程系 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 试验 测量 了完整的早龄 期混凝 土 变形 曲线 ， 并称之 为混凝 土的全 变形 曲线． 混凝 土全 变形 曲 线表现 为先膨胀后 收缩 的 变形特征 ， 基 于此 ， 定 义膨胀 结束 点 为混凝 土 的凝 结 时 间， 定义 混凝 土凝 结后 的变形 为有效 变形 ． 同时分 别 考察 了初 测 时 间和 环 境 温度 对 混凝 土 变形 测量 结 果 的影 响 ， 结 果表 明 ： 初测 时间晚 于凝 结 时间将 不 能准确 测量 到 混凝 土 的 完整 变形 ， 并 可 能给 试验 结 果 带来较 大偏 差 ； 环境 温度显 著影响混凝 土的凝 结 时间和 有 效变形 的大小． 关键词 ： 早龄 期混凝 土 ；全 变形 曲线 ；凝结 时间 ；有效 变形 中图分 类号 ： TU5 2 8 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 1 0 Ex p e r i m e n t a l M e a s u r e m e n t a n d An a l y s i s o f Ov e r a l l De f o r m a t i o n o f Co nc r e t e a t Ea r l y ‘ Ag e H0U Do n g — we i ’ ZHANG Ju n ’ 。 ( 1． Ke y La b o r a t o r y of St r u c t ur a l En gi n e e r i n g a nd Vi br a t i o n o f Chi na Edu c a t i o n M i n i s t r y，Ts i n ghu a Un i ve r s i t y， Be i j i n g 1 0 0 0 8 4 ，Ch i n a ；2 ． De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ，Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 4，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e c o mp l e t e d e f o r ma t i o n c u r v e o f c o n c r e t e a t e a r l y - a g e wa s me a s ur e d e x p e r i me n t a l l y t h a t wa s c a l l e d O — v e r a l l d e f o r ma t i o n ． Th e o v e r a l l d e f o r ma t i o n c u r v e o f c o n c r e t e a t e a r l y - a g e i s c h a r a c t e r i z e d b y pl a s t i c s we l l i n g a t i n i — t i a l s e v e r a l h o u r s a f t e r c a s t i n g a n d t h e n s h r i nk i n g wi t h a gr a d u a l l y r e d u c e d r a t e ． Th e e n d p o i nt o f s we l l i n g i s d e f i n e d a s s e t t i n g t i me o f c o n c r e t e a n d t h e s h r i nk a g e a f t e r t h a t i s t h e e f f e c t i v e de f o r ma t i o n t h a t ma y i n d u c e s t r e s s e s i n s t r u c t u r e s ． M e a n wh i l e ， t h e i n f l ue n c e s o f s t a r t i n g t i me o f me a s u r e me n t a n d e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e o n t h e me a s — u r e d r e s u l t s o f o v e r a l l d e f o r ma t i o n a r e a n a l y z e d ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e me a s u r e d d e f o r ma t i o n wi l 1 b e g r e a t l y i n — f l u e n e e d b y me a s ur e me n t s t a r t i n g t i me a n d e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e ． Ke y wo r d s ：e a r l y — a ge c o nc r e t e ；o v e r a l l d e f o r m a t i o n c u r v e；s e t t i n g t i me；e f f e c t i v e d e f o r ma t i on 在混凝 土结 构 的全 寿命 时 期 内 ， 混 凝 土 材料 经 历 了 ： ( 1 ) 初期 的拌 和 、 浇注 、 成 型过程 ； ( 2 ) 早 龄期 水 化进程中伴生的强度增长、 自身温湿度变化 和体积 变形 ； ( 3 ) 服 役过 程 中的 荷 载作 用 和环 境作 用 等． 其 中早 龄期是 混凝 土 的快 速成 长期 ， 这一 时期 内混凝 土微观结构 的演 化 、 整体 品质 的形 成 和力 学性 能 的 发展 等都直 接影 响到 混 凝土 的 长期 耐 久性 能． 同时 快 速成长也 使得早龄 期成为 混凝土全 寿命周 期 中性 能稳 定性 差 、 开裂 风险大 的阶段． 与水 化过程 相伴 生 的较为剧烈 的温湿度 变化及 其引起 的体积变 形是 混 凝 土在这一 阶段 的 主要 特 征。 温 湿 度变 形 在早 龄期 混 凝土结 构 中产 生应 力梯 度分 布[ 1 。 ， 荷载 作用 则 叠 加在 这一初 始 的应力 分布状 态下并形 成综合 的应力 分 布状态 ． 在实 际工 程 中 ， 由于对早龄 期混凝 土 的温 湿 度应力 了解较 少 ， 同 时也 忽视 了早龄 期 混凝 土 力 学 性能 的发展进程 ， 以致在混 凝土结 构 的设 计 、 计 算 收稿 日期 ： 2 0 0 9 — 0 7 — 2 0 ；修订 13期 ： 2 0 0 9 — 0 9 — 2 8 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 9 7 8 1 4 3 ) 第一作 者： 侯东伟( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 河北河间人 ， 清华大学博士生． E — ma i l ： h o u d w0 6 @ma i l s ． t s i n g h u a ． e d u ． c n 通信作者： 张君( 1 9 6 2 一) ， 男， 内蒙古通辽人 ， 清华大学教授 ， 博士． E — ma i l ： j u n z @t s i n g h u a ． e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 3 卷 方法 中缺少 了对 其 早 龄期 特 征 的考 虑 ， 致使 很 多构 筑物在 投入使 用不 久 就产 生 了 未能 预 见 的开 裂． 根 据美 国国家公路 合作研究 计划 1 9 9 5 年 的检查 结果 ， 有 1 0 万 座混凝 土 桥 面板 是在 混 凝 土浇 注后 一 个 月 内就 出现 了间隔 1 ～3 m 的贯穿性 裂缝 ， 修 补费用 高 达 1 0 亿 美元 ] ． 至于地铁 混凝土 结构早期 开 裂导致 的渗漏 、 排水和运 营成本 上升 ， 建 筑物地 下室 由于 裂 缝而漏水 、 住宅 楼 板产 生 贯穿 裂 缝 的事 例 更 比 比皆 是 ] ． 因此研 究早龄期 混凝 土 由于温湿度 变 化引起 的 自由变形 ， 对 于 早龄 期 混凝 土 结构 的应 力梯 度计 算 、 开 裂预 测 、 预 防和 控制 具有 重要 意 义 ， 同 时也 可 为普遍 缺失 的针 对混凝 土早龄期 的结 构设计 提供 理 论依 据． 新拌 混凝 土是一种 介 于流体 与含 湿粒 子堆 聚物 之间的材料， 具有流变性质， 可用流变学相关模型予 以描述． 随着水泥 水化 和 固相生 成物 的相 互黏 结 ， 混 凝土 的固相特征 逐渐 发展． 混凝 土丧 失流 动性 、 完 成 固化 的时 间称为混凝土 的凝结 ， 此后 混凝土 的各项力 学性能开始发展． 在这 一过 程 中， 混凝 土的 自由变形 体现 出先膨胀后收缩的特征． 笔者把 混凝土从凝 结前 一 定时间开始到 2 8 d龄期 的 自由变形称 为早龄 期混 ( 干缩试验 ) 或从 初凝 之后 开始 ( 自收缩 试验 ) 测量 的 混凝土收缩变形． 混凝土的全变形曲线提供了更加完 整 的关 于混凝土早期成长过程 的信息． 例如基 于早期 变形 特征 可以更 加科学 、 合理地确定 混凝土 的凝结时 间 ； 根据 混凝 土 自由变形 的发展过 程可 以明确 区分有 害变形 和无害变形以确定有效 变形的开始 时间等． 本 文通过试 验测量 了早龄 期混凝 土 自由变形 的发 展特 征 ， 并结 合其形 成机理阐释 了混凝 土凝结 时间和有效 变形 的确 定方法 ， 分析了初测时 间和环境温度 对收缩 变 形测定 结果的影响． 1 试 验 概 况 1 ． 1 试 验原材 料和 配合 比 试 验 采 用 金 隅 牌 P 03 2 ． 5和 P04 2 ． 5水 泥 ， 密度 3 ． 1 g ／ c m。 ， 分别用于普 通混凝 土( C 3 0 ) 和高 强混凝 土( C 8 0 ) ； 石子 为破碎石 灰石 ， 粒径 5 ～2 5 mm； 砂 子为 天然砂 ， 细度 模 数 2 ． 6 4 ； 粉煤 灰 为 内蒙 元 宝 山发 电厂提供 的 工级 低 钙灰 ； 硅 灰 为 贵州 红 枫铁 合 金 厂生产 ， 比表 面积 2 0 0 x 1 0 。 c m ／ g ． 采用 减水剂 将 混 凝 土 坍 落 度 控 制 在 1 2 0 ～ 1 4 0 I n m， 减 水 剂 为 F D N— A高效 减水 剂 和 S P A 萘 系普 通 减 水 剂 ． 混 凝 凝土的全变形， 以区别于以往研究 中从 3 d龄期开始 土配合比及其 2 8 d平均抗压强度见表 1 ． 表 1混 凝 土配 合 比及 其 2 8 d抗 压 强 度 T a b l e 1 Co n c r e t e mi x p r o p o r t i o n a n d 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 1 ． 2混凝土 自由变 形测量装 置 试验 采用 i 0 0 mm1 0 0 I T I IT I 4 0 0 mi T t 的有 机 玻璃 ( P MMA) 试模 ， 试 模 内侧 壁 预置 可拔 出的有 机 玻璃薄 片 ， 厚 约 2 I T l m， 底 面铺一 层 1 r n m 厚 的聚 四 氟 乙烯 ( P TF E) 片 以减 小 试 件 底 面 的 摩 擦 阻 力． } 昆 凝土浇 注完成 一段 时间 后 ， 拔 出试 件 四周 的有 机 玻 璃薄片 ， 使试件 处于无 约束 的 自由变 形状态 ． 混凝 土 变形测量 装置示 意 图如 图 1 ( a ) 所 示． 混凝 土 的变 形 采用 线 性 变 形 差 动 传 感 器 ( L VD T) 测 量 ， 量 程 为 2 mi l l ， 精度 为1 m． 为 了保 证 传感 器 准 确 测 得混 凝 土 的真 实变形 ， 测 量 时在 混 凝 土试 件 两个 长 端 中心 处 预埋铜 质测 头 ， 其 形 状 如 图 1 ( b ) 所 示． 在 铜质 测 头 的一侧端 面钻制 直径 2 mm， 深 约 5 r n m的螺纹孔 ， 与 M3 5 0的细 螺栓 配 合 使用 ， 并 在有 机 玻 璃试 模 端板 中心处 预 留孔 ， 试验 时把 细 螺栓 引 出模 具 外 与 位 移传感 器接 触测 量． co n ne c t wi t h d a t a c o l l e c t o t Th i n p l a t e t o be p u l l e d PT FE pl a t e ( a ) C o n c r e t e d e f o r ma t i o n me a s u reme m s e t u p ( b ) E n l a r g e d c o p p e r me a s u r i n g p r o b e 图 1 混 凝 土 自由变 形 测 量 装置 示 意 图 及铜 质 测 头 放 大 图 F i g ． 1 S c h e ma t i c o f d e v i c e f o r me a s u r e me n t o f c o n c r e t e d e f o r ma t i o n a n d e n l a r g e d c o p p e r me a s u r i n g p r o b e ( s i z e ： mm) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 侯东伟 ， 等 ： 早龄期混凝土全变形曲线 的试验测量与分析 1 ． 3 混凝土搅拌 与试件 浇注过程 混凝 土搅拌 时 ， 首先将 粗细骨料 混合 ， 然 后加 入 胶凝材料 ( 水泥 和粉 煤 灰或 硅灰 ) ， 再加 入 溶 有减 水 剂的水 ， 搅 拌 3 mi n ． 浇注前 ， 在试 模 内侧 贴一层 塑料 布 ， 用 以密封成 型试 模 ， 使 其 与外 界没 有 湿度 交 换 ； 然后在试模 两端壁 中心孔处 用细螺 栓和螺母 固定 铜 质测头． 混 凝土 浇注 完 成后 在振 动 台振动 至 表 面 出 浆并抹平 ， 然后在试 件表 面覆一层 塑料薄膜 ， 以防止 混凝土表 面 的水 分散失． 混凝土试 件浇注完 成约 3 h 后 ， 拧下 固定在铜 质测头上 的细螺栓 ， 拔 出试 模侧 壁 的有机玻 璃薄 片 ， 再将 细螺 栓 固定好 ， 这样 在混 凝土 四周 与试模之 间就 形 成 了 约 2 mm 的空 隙 ， 试件 处 于 四周 无约束状 态． 最后 将位 移 传感 器 ( 即 L VDT ) 安装在试件长度方 向两侧 ， 使其测头顶在从试模导 出的细螺栓头 上． 试验装 置安装 完毕后 ， 打开数 据采 集系统 ， 传感器 采集 的变形 数 据 通过 数据 采 集器 传 ( a ) C 3 0 送 到计算 机并记 录 、 保存 ， 数据采 集频率 为每 1 0 mi n 一 次． 2试 验 结 果及 分 析 2 ． 1 早龄期 混凝土全 变形 曲线 特征及 形成机理 试验 测 得 的 C 3 0 ， C 8 o混 凝 土 自由变 形 曲线 如 图 2 所示 ． 由图 2可见 ： 早 龄期混凝 土表现 为先 膨胀 后收缩 的变形 特 征． Ka me n _ 6 在 超 高性 能 纤 维混 凝 土 中以及 S u l e 等 7 制在普通 混 凝土 中也 同样 发 现早 龄期 混凝 土有 此 变形 特征 ． C 3 0 ， C 8 O混 凝 土 的膨 胀 变形值 分别 为 7 O 1 0 和 2 5 01 0 ． 膨 胀 变形 结 束后 收缩变形 开 始 ， C 3 0混凝 土 的收缩 开 始 时 间在 加水 1 1 h后 ， C8 0混凝 土则在 8 ． 5 h后． C3 0 ， C8 0混 凝土 2 8 d龄期 的收缩 值分 别 为 3 8 7 1 0 和 5 7 0 1 0 ( 见图 3 ) ． ( b ) C 8 0 图 2 C 3 0 ， C 8 0 混凝土的 自由变形曲线 Fi g． 2 De v e l op me nt o f ov e r a l l d e f or ma t i o n wi t h t i me f o r C3 0 a nd C8 o c o nc r e t e a nd a mb i e nt t e mpe r a t ur e 混凝土 上述 变形 特 征 的形 成机 理 可分 析 如下 ： 刚刚浇注完 成 的混凝 土 处 于塑性 流动 状态 ， 在 自由 变形 条件下 ， 在与水化 反应伴 生的化学 收缩 、 湿度 收 缩 以及温度 变形 等综 合 效应 下 ， 不论 混 凝 土 的绝 对 体积产生膨胀还是收缩 ， 其宏观表现为混凝 土 自重 作用 下 的塑 性沉 降 和侧 向膨 胀． 如果 混 凝 土处 于模 板 约束状态 ， 则侧 向膨胀产生 模板侧 压力． 随着水 化 反应 的进行 ， 水 化产 物 在局 部 的相 互联 结 逐 渐 限制 了混 凝土颗 粒的流动 性 ， 混凝 土 向固态转变． 当生 成 的固相 网络 对颗粒 流动性 的限制作用 所产生 的混 凝 土整体强 度足 以支 撑混 凝 土 自身 质量 时 ， 标 志着 混 凝 土完成 了 由塑性 流动 状 态 向 固体状 态 的转 变 ． 这 时混凝 土开 始具有 了 固体特 征 ， 能够 保持 形状 不变 ， 并具有一定 的抵抗 固相结构破 坏 的能力 即硬度． 这一 时刻 即为基 于微 观 机理 的混凝 土 凝结 时 间． 按此 定 义 ， 混凝土 的凝结 时间对应于混凝 土早期 自由变形 的 膨胀结束点 ， 可通过试验测定混 凝土 自由变形 随时间 的变 化规律 来 确定_ 9 ] ． 同时 ， 混凝 土的 凝结 时问也 可 采 用 Am z i a n e 介 绍 的方 法_ 1 ， 通 过 测量 混凝 土 的模 板侧 压力来 确 定 ， 凝 结 时 问对应 于 侧压 力 为零 的时 刻． 只要混凝 土表现 为膨胀 变 形 ， 它便 会对模 板 产生 侧 向压力 ， 当混凝 土膨胀变形结 束 、 收缩变形 开始时 ， 其产 生的模 板侧压 力则为零 ， 因此通过测量混凝 土侧 压力 与测量 混凝土 的 自由变形所 确定 的凝 结时 间在 混凝 土的凝 结硬化 机制上 是一致 的． 对 于新浇混 凝 土的 膨胀 变形 ， 需 要 注意 以下几 点 ： 首先 ， 试验测 量的新 浇混凝土 的膨胀变形 值 与影 响混凝 土凝 结速率 的各 因素密切相关 ， 由于 水灰 比、 浇注温度 、 外加 剂等 因素 引起 的混 凝 土凝 结 硬化 速 率不 同 ， 所测 得 的混凝 土 膨胀 变 形值 也 不 同 ； 其 次 ， 试 验测得 的混凝 土膨胀变形 值与试 验 的初测 时 间密 切相关 ， 但 对膨胀 结束 时刻没有影 响 ， 只要 变形测 定 0一 o 崔 I I ∽ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 3 卷 时刻早 于膨胀 结束 时 刻 ， 就 可确 定混 凝 土 的凝 结 时 间 ； 第 三 ， 试验 测得 的膨 胀变形 值与混凝 土浇 注时 的 流动性 能密切相 关 ， 当浇注混凝 土流动 度较 大时 ， 测 量 的膨胀 变形 也 较大 ， 反 之较 小． 基于 以上 原 因 ， 关 注膨胀 变形 的大小 意 义不 大 ， 真 正需 要 关 注 的是 膨 胀变形 结束 的时间 ， 即混凝土凝 结时 间． 混凝 土膨胀 变形 结束后 ， 收 缩变形 开 始． 由于此 时混凝土 开始 具有 一 定强 度 ， 各项 力 学 性 能逐 渐 增 长 ， 因此如果 混凝土 处 于约束 状态 ， 则其 后 的收缩 变 形开始在结构 中产生应力． 依据能否 在结构 中产 生应 力 ， 可以把早 龄期混凝 土的变形划分 为有害变形 和无 害变形． 混凝 土凝结 之后 的 变形可 称之 为有 害 变形 ， 相应 地凝 结 前 的变 形 为无 害 变 形． 这 一 认识 在 K a — me n [ 6 进行的早龄期混凝土温度应力测试 中得到 了间 接验证 ， 他们 发现早 龄期 混凝土 由于变形产生 的应 力 只产 生在混凝 土凝 结 之后 ； 凝 结前 ， 虽然 有一 定程 度 的膨胀 ， 但是试验测得 的全 约束 混凝土试 件 内的应 力 几乎 为零． 因此 ， 膨胀 变 形结 束 点 为 混凝 土 “ 有 效 变 形 ” 的开始时刻 ， 从此之后 ， 混凝 土 的变形 才会在结 构 中产 生应力 ． 这进一 步说 明 ， 试 验测得 的膨胀 变形 值 意义不 大 ， 因为 膨胀 变形 大小 并不 确定 ， 且不 会产 生 明显 的结构应力． 依据变形特 征定义 的混 凝土凝结 时 间具有 明显 的工程 意义 ， 准确测定混凝 土的凝结 时间 才能 准确确定混凝 土有效 变形 的大小 ， 而依据有效 变 形才能计算混凝土结构 中早期 收缩产生 的应力状 态． 将混凝土变形 的起 始时刻 移至混凝 土膨 胀结束 、 收 缩 开始 的时刻 ， 可 以得 到混凝 土的有效 自由变形随时 间 的变化 规律 ( 见 图 3 ) ． 显 然 ， 与 已有 研 究 结果 l l 一 样 ， 高强混凝土 的收缩应变 比同龄期 的普 通混凝土 大 很多 ， 这个结果可用来解释为什 么高强混凝 土 比普通 混凝土具有更高 的开裂风 险． 图 3 C3 0， C8 0混 凝 土 的有 效 变形 曲线 Fi g． 3 De v e l op me n t of e f f e c t i v e de f or ma t i on wi t h t i me f o r C3 0 a nd C8 0 2 ． 2初测 时间的确定 目前 通行 的混凝 土变形测 量方法 主要包 括初 凝 后 开始 的 自收缩 测 量 和 3 d龄期 开 始 的 干缩 测量 ． 在本试验 中， 混 凝 土 的 自由变形 在 混凝 土 初凝 前 开 始 测量 ， 其 初测 时间 ( 即安装传感 器并 开始采 集变 形 数 据的 时间) 需要 适 当选 择 ， 既不能过早 导致 混凝 土 坍 落填充 预 留缝 隙 ， 也 不 能 晚 于混凝 土 的凝结 时 间 导 致测量 不到完 整 的变形 曲线． 本文 根 据试 验 经 验 选 择在 浇注后 约 3 h开始 采 集 数 据． 选 用其 他 配 合 比和不 同浇注条 件的混凝 土做试 验时需 要根 据具 体 情况 对初测 时 间进 行合 理估计． 2 ． 3凝 结时 间的确定 按照本 方法测 得 的随时 间发 展 的 自由变形 曲线 可 称之 为早龄期 混 凝 土 的全 变形 曲线． 依 据全 变 形 曲线 可 以确定混 凝土 的凝结时 间l 9 和混 凝土 的有 效 变形 ， 即膨胀 变形 结束点 为混凝 土凝结 时 间 ， 凝 结 时 间之后 的变形为有 效变 形． 如前 所述 ， 该 有效 变形 可 以作 为早 龄期混 凝 土结 构 应 力计 算 的 变形 依 据． 由 早龄期 混凝 土全变 形 曲线 确定 的凝结 时间与 常规 贯 入 阻力试验 测得 的凝结 时 间 对 比如 图 4所 示． 由图 4可见 ： 首先 与 已有结 论相 同， C 3 O混凝 土 比 C 8 o混 凝 土凝结得 晚 ； 其次 ， 对于 C 3 0} 昆凝 土 ， 变形 试 验 测 得 的混凝 土凝 结 时间与贯 人阻力 法测得 的初凝 时 间 十分 接 近 ( 7 0 3 r n i n与 6 8 5 rai n ) ； 而 对 于 C 8 0混 凝 土 ， 变形试验 比贯入 阻 力试 验 测 得 的初 凝 时 间提 前 约 2 h ( 4 3 0 rai n与 5 6 0 rai n ) ． 产生 这 一 差异 的原 因 分析如 下 ： ( 1 ) 两种试 验方 法对混凝 土凝 结时 间 的测 量原理 不 同． 变形 试 验 方法 是 依 据混 凝 土 的 固化 特 征来 表征混凝 土 的凝 结 状 态 ， 而贯 入 阻 力 法是 根 据 混凝 土 的硬 化程 度 来表 征 混 凝 土 的凝结 状 态 ， 因 此 二者会 产生 差 异． ( 2 ) 在 C 3 0和 C 8 0混 凝 土 凝结 过 程 中 ， 混凝土 固化与 硬化特 征的发 展过程 不 同． 由于 C 3 0混凝土 水 灰 比( m ／ ) 较 大 ， 水 泥 颗 粒 间 水 膜 较厚 ， 达到 固相 网络 的完 整联结 、 实现 固化需要 生 成 较多 的 固相产 物 ， 所 以此 时 混 凝 土局 部 已表 现 为 一 定 的硬度特 征 ， 即 贯入 阻力 较 大 ． 而 在 C 8 0混 凝 土 中， 水 泥颗粒 间水膜较 薄 ， 一 方面 导致混 凝土组 成 颗 粒 的可 流动性 较 低 ， 另一 方 面 水化 生 成 的 固相 产 物 更容易 联结成 完 整 网络 从 而 限制 混凝 土 的流 动性 ， 此时 的 固 相生 成 物 相 对 于 C 3 0混 凝 土 而 言 显得 薄 弱 ， 因此其硬 度较低 ， 表现 为贯入 阻力较 小． 可 见 ， 在混 凝土凝 结过程 中， 高水灰 比混凝 土 的 固化与 硬化过 程 相 当 ， 而 低 水灰 比混 凝 土则 先 达 到 固化 ， 然后在 固化基础 上发展 硬化 特征． 当分别 用 固 化与硬 化特征 来 表征 混凝 土 的凝 结状 态 时 ， 所 定 义 的凝结 时 间会 产 生 差 异． 其 基 本 规 律 是 ： 在 C 3 0混 凝土 中变形试 验测得 的凝结 时 间与贯入 阻力法 测得 0_【0 日 I s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 侯东伟 ， 等 ： 早龄期 混凝土全变形曲线 的试验测量与分析 訾 ’ 0 Ti me ／ mi n ( a ) C 3 0 ( b ) C8 0 图 4 两种试验方法测定的 C 3 o ， C 8 0混凝土凝结时间对比关系 Fi g． 4 Comp a r i s on o f s e t t i ng t i me me a s ur e d by ne w me t h o d wi t h c o nv e nt i o na l p e ne t r a t i on r e s i s t a nc e me t h od f o r C3 0 a nd C8 o 的初凝 时间相 当 ； 水灰 比降低时 ， 前 者早于后 者． 2 ． 4 变 形测量影 响 因素分 析 2 ． 4 ． 1 初 测时 间 从混凝 土的变 形 机理 可 知 ， 试 验 初测 时 间对 变 4 5 0 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 罢 2 0 0 1 5 0 1 O 0 5 0 形 曲线 的测量 结果 有 显著 影 响 ， 当初 测 时间 晚 于混 凝土凝结 时 间时 ， 测 得 的变形 值 比实 际 的有 效变 形 偏小． 分 别 以混 凝土凝 结 时刻 ， 1 ， 3 d龄期 作 为 变形 起 始点 的混凝土变 形 曲线 如 图 5 所 示． 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 O 2 4 6 g l 0 1 2 1 4 l 6 l 8 2 0 2 2 2 4 26 2 8 Ti me ／ d Ti me ／ d ( a ) C 3 0 【 b ) C 8 0 图 5 初测 时间 对 C 3 0 ， C8 0混 凝 土 自由变 形测 定 结 果 的影 响 由图 5可见 ， 初 凝前 开 始测 量 并将 膨 胀结 束 点 作 为收缩计 算起始 时间 时 ， C 3 0 ， C 8 0混凝 土 2 8 d有 效变形分别 为 3 8 7 1 0 和 5 7 0 1 0 ； 若 1 d拆 模 后 开始测 量 ， 测 得 其 2 8 d收 缩 变 形 减 小 到 2 4 2 1 O 和 2 3 2 1 0 ； 若 养 护 3 d后开 始测 量 ， 则 测 得 其 2 8 d收缩变形 只有 1 6 2 l 0 和 1 5 7 l 0 一 ． 混凝 土干缩试验 一 般从 3 d后 开始 测 量 试 件初 长 ， 2 8 d 时测得 的 C 3 O混凝土 的干缩 变形 比 C 8 0混凝 土 大 ， 通 常解释为 C 3 0混凝 土水 分含 量 大 ， 所 以 水分 散 失 量 大 ， 导 致干 缩变 形大 ． 由图 5所 示结 果可 知 ， 混凝 土试件在表 面密封 状态下测 量的收缩 变形 ， 若从 1 d 或 3 d后开始 测量 ， 也 会得 到 C 3 0混 凝 土 比 C 8 O混 凝 土收缩变 形大 的结 论 ， 可见 将 这 一差 异 完全 归 因 于水分散失 量的解 释并 不 充分． 而实 际 上 C 8 O混凝 土的有效 变形远 大于 C 3 o混凝 土 ， 干缩 试 验 中测 得 的 C 3 o ， C 8 0混凝 土 的变 形 差 异 只能 解 释 为 C 8 o混 凝 土后期 变形增 长率 低 于 C3 0混 凝 土 ， 其 主要 原 因 之一是 C 8 0混凝土 弹性模量较 大． 2 ． 4 ． 2环境 温度 环境 温度显 著影 响 着水 泥 的水 化进 程 ， 因此 也 显 著影 响着 早龄 期 混凝 土 变形 随 时 间 的发展 过 程． 当混凝 土试件 所处 环 境温 度 不 同时 ， 所测 得 的 同龄 期 的变形 也会 有较 大 差异 ． 对 试验 测 得 的混 凝 土 自 由变形 ， 采用等 效龄期 法l 2 ” 可分别 转 化为 0 ， 2 O ， 3 O℃( 分别 近似 对 应 冬 季 、 春秋 季 和夏 季 的 日平均 气 温) 养护 温度下 的 自由变 形． “ 等效龄期 ” 概 念的基 本思想是将 不 同养护温 度 T ( ℃) 下 水泥水化 的时间 等价为同一参考温度 T ( ℃) 下的水化时间 t ． 其计 算 表达式 为 ： i 、 t 一 I e 责 L 黄 d t ( 1 ) 0 式中 ： ￡ 为等 效龄 期 ， h ； R为气 体 常量 ， 取 8 ． 3 1 4 4 J ／ O O O O O O 印 ∞ ∞ 如 加 m 。 0一 砖 ) I 篁 I J L I ∽ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 1 8 建筑材料学报 第 1 3 卷 ( mo l℃ )； U ， 和 U ⋯分 别 为温 度 T 和 参 考 温 度 T 时的水泥水 化反应表 观 活化 能 ， J ／ too 1 ． 根据 文献 [ 1 4 ] 建议 ： U。一( 42 83 0 4 3T) 一 ‘ ” ( 2 ) 这 样 ， 通过 式 ( 1 ) 就 可 计 算 在 温度 T 环 境 下水 Ti me／ d ( a ) C3 0 化 t 小 时相 当于参 考 温度 下 的水 化 时 间 t ⋯ 在 假 定 混凝 土 自由变形 发展过 程与水 泥水化历 程基 本 同步 的情 况下 ， 可通 过 等 效 龄 期 转换 来 近似 估 算 0 ， 2 0 ， 3 O℃养护 温 度 下 混 凝 土 的 自 由变 形 ， 结 果 如 图 6 所示 ． Ti me ／ d ( b ) C8 0 图 6 环 境 温度 对 C3 o， C 8 0混凝 土 变 形测 定 结 果 的 影 响 Fi g ． 6 Co mpa r i s o n of e xp e r i me nt a l o ve r a l l d e f o r ma t i on s a t d i f f e r e nt c ur i ng t e mpe r a t ur e s f o r C30 a n d C8 0 c on c r e t e 需要 说 明的是 ： 早 龄期 混 凝 土 自由变形 包 括 湿 度 变形 与温度 变形． 混 凝 土 内部湿 度 变 化 主要 由水 化 耗水 和水 分迁 移 引起 ， 温度 变化 主要 是水 化 放热 和热量扩散 综合 作 用 的结 果． 其 中水 化 耗水 引 起 的 湿度 变化 和水化放 热引起 的温度 变化 与水泥水 化历 程 同步 ， 而水 分 迁移 引 起 的湿 度变 化 和 热量 散 失 引 起 的温度 变化 与 水 泥水 化 历 程 不 一定 同 步【 2 ’ ] ． 因 此混 凝土 的 自由总 变形 与水 泥水 化历程并 不严 格 同 步． 但在本试 验 中 ， 试 件处 于绝湿 状态 ， 且 尺寸 较小 ， 因此 可认 为水分 扩 散对 湿 度影 响不 大 ， 这部 分 湿度 变形在总湿 度变 形 中可 以忽 略． 温 度 变形 取 决 于 温 度 变化幅度 ， 温度 收缩主要 产生在 温峰下 降 阶段． 养 护温 度对温 度变形 的影 响在于 ： 当养护 温度较 低 时 ， 温峰 出现时 间延后 ， 温峰下 降段所 经历 时间较 短 ， 同 时温 降幅度 及其引起 的温度 收缩值 比养 护温度 较 高 时偏 小． 但在 本试验 条件下 ， 温度 变形在早 龄期 混凝 土 自由变形 中所 占 比例较 小| 9 ． 因此 从整 体 考察 ， 可近 似认为试 验测得 的混凝 土 自由变形 发展过 程 与 水泥 水化历 程基 本 同步 ， 可 通 过等 效 龄期 转 换 来 近 似考 察不 同养 护 温