混凝土早期应变、应力的研究及工程对策.pdf

第 3 8卷 第 2期 2 0 1 1年 2月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h ni qu e De v e l o pme n t Vo 1 38。 No 2 Fe b 2 O1 1 混凝 土 早期 应 变 、 应 力 的研 究及 工 程 对 策 古 晓君 周其华 高佳 丁圣果 ( 1 贵 州大 学土木 建工程 学院 ， 贵 阳 5 5 0 0 0 3 ； 2 贵 州凯和 建设 工程有 限公 司 ， 贵 阳 5 5 0 0 0 5 ) ： l= 摘要 混凝 土凝结过程产生的水化热引起较 大幅度变 温是导致 混凝土 初期 收缩应 变和初应 力 的主要 因素。此外 ， 浇筑时天气 状况对混凝土的应变 、 应变场也有不 可忽视 的影 响。根据 自已的实验分 析并参 照他 人的研究 成 果 和工程实践 ， 提 出一些有 价值 的工程参考 。 关键词 水 化热 ； 温度场 ； 温度应力 ； 混凝 土早期应变 中图分类号 T U 5 2 8 1 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 2 一 q o l 1 0 3 影响混凝 土 固结 龄期 收缩 应 变 的 因素较 多 ， 尤 其 在早 期 ， 应变值 占整个役期应变值 的比率 极大 ， 且早 龄期应力 、 应 变难 于用应变 仪测 定。参照 的他 人研 究成 果 “ 并 结合 我 们 的实验分析 ， 认为混凝土早期应变 及早期强 度 的主 要影 响 因素 有 以下 方 面 。 1 混 凝 土 凝 结 过 程 产 生 的 水 化 热 是 引 起 较 大 幅 值 变 温 的 主 要 因 素 之 一 试件 浇筑后 ， 因水化热升温 约 92 0 ， 3 6 d后恢复时 温 ， 在 2 O 室温下。浇筑时峰值升温度可达 1 02 O 。图 1 为我们在两组试 件测 定 的混凝 土初 凝期 变 温 曲线。从 图 中 可 以发 现 以下 特 点 ： 1 ) 配合 比( 表 1 ) 对 水化 热 的极 值影 响大 ， 水 泥用 量多 ， 初凝期所产生 的水化热大 ， 混凝土变温幅度大 。 2 ) 不 同配合比的混凝土 ， 由水化 热引起 的混 凝土 变温与 龄期的曲线形状基本相 同， 在试件浇筑后的 71 1 h试件升温 将达到最大值 ， 随后逐渐降至室温 。 表 1混 凝 土 配 合 比 水泥 粉煤灰 水 石子 砂 减水剂 密度 试 件 号 k g k g k g k g k g k g ( k g m ) 试件一 4 2 0 0 l 6 8 1 O 9 3 6 6 9 4 2 3 5 O 试 件 二 3 6 5 8 5 l 4 0 1 0 9 3 6 6 9 4 2 3 5 O 2初凝期变温引起混凝土 内应 变、 应力十分显著 按 混 凝 土 线 胀 系 数 O t =1 01 61 0 ( 1 )， 混 凝 土 弹模 E= 2 3 8 MP a ， =E d 。 计算 ， 每 降温一度产 生拉应 力 2 7 MP a ， 据文 献 6 的估计 ， 若不 考虑混凝土徐变 引起 的 应力松驰 ， 混凝土降温 6 7 相 当于混凝土 内承受拉应 国家 自然科学基金项 目： 混凝 土肋形 屋盖温差应 力场及绿色 屋盖 应用研究 ( 项 目编号 ： 5 0 8 6 8 0 0 2 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 01 11 5 作者简介 ： 古 晓君( 1 9 8 1 - ) ， 男， 四川成 都人 ， 现 为贵州 大学 土木建 筑 工 程学院 0 8级结构工程专业研究生 。 0 1 O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 l 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 龄期m 图 1 混凝土初凝期变温 曲线 力 ， 在边界约束 条件 下早 期 混凝 土 降到 室温 时 ， 混凝 土试 件 内拉应力 已超 时混 凝 土的抗 拉强 度。 即使 在试 件边 界不 受约束 的情 况 ， 由于混凝 土 内部约 束 的影 响 ， 温度 降至 时温 的过 程 也 会 在 内 部 产 生 微 裂 缝 。 早 期 收 缩 应 变 迅 速 增 加 的这一特性 ， 已为众多研究者通 过不 同的试 验结果及 数值分 析结果所证 实 一 8 1 。因各试 验者 所用 试件 尺 寸及 混凝 土材 料的差异 ， 应 变达峰值 的时间各 不相 同 ， 初凝 期发 生变温 收 缩应变 的时段 t =( 5 9 0 ) h ， 应 变峰 值也 存在较 在差 异 s= ( 1 0 01 8 0)1 0 ， 从 多 组 试 验 曲 线 均 可 发 现 ， 这 样 的 应 变 值 已使 混凝土 内应 力超过 当时 的极 限抗 拉力 。图 2为文 献 4 应用光纤 光栅 传感 器 测得 的试 件上 不 同部 位早 期应 变 值 ， 图中各条 曲线 均表现出初凝期应变 的大 幅变化 。 3 浇筑天候对混 凝土应变应力场存在不可忽视影 响 天候 的影响主要表现为气 温及湿度 的聚变。文献 6 应 用基于 MP I 的局域网并行计算 技术的三维 细观数 值模型 ， 采 用路面裂纹的形成过程 对屋 面板 上有一定 借鉴作用。图 3 为板面降温 3 4 时龟裂裂缝生 面及发展的全过程 。图 4 、 图 5 为 1 0 0 m m厚板在 初始板 内温度 1 0 0 o C， 左右表 面温度 O 时 的温度场 ， 图为同一 模型在左右板面全约束状态 的应力场 ， 可 见对于屋面板 ， 在极 端温差环境 中初凝期形成表 面裂纹 ， 在初 凝期因温度梯度形成 的拉应力幅值可达数 1 0 M P a 。 ” 如 勰 p、 理 第 2期 古晓君 ， 等 ： 混凝土早期应 变、 应 力的研 究及 工程 对策 第 3 8卷 O - 2 00 - 4 00 姆 一 -6 00 - 8 00 I 一2 。 。 堇 鋈 制。 -80 0 时 间 ， s 0 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 l 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 5 0 0 0 0 ( a ) 时间 ， s 0 50 00 0 1 0 00 00 l 5 0 00 0 2 00 00 0 25 0 00 0 O - 2 00 - 4 00 -6 00 -8 00 餐_ 1 (】0 (】 一 】 2 00 1 4 0 0 - 1 6 0 0 。 1 。 一 2 。 。 呈一 4 0 0 -6。 。 一 8。 。 时间 s 0 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 5 0 0 0 0 ( b ) 时间 ， s 0 50 00 0 1 0 00 00 1 5 00 00 2 00 000 25 00 00 图 2试 件 不 同 部 位 早 期 应 变 值 l l 。 l | ： | _ ： 图 3 混凝 土表面裂缝形 成过 程的数值分析结果 1 0 0 8 O 6 O 、 赠 4 O 2 0 0 0 0 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 1 m 图 4 1 0 0 mm 厚 板 内 的 温差 分 布 浇筑 时 的环 境温度 过高对混凝 土 固结 的另一 不利影 响 是砼强度随温升下降是典型的 ， 混凝 土的这一性质 已是不争 的事 实 】 。在 初凝 期 的 2 4 h内 ， 混 凝 土 强 度 只 能 达 到 其 最 终强度的 3 0 5 0 ， 即使在 边界无 强约束 的情部 分下 ， 混 凝土的早龄期收缩 也会 在内部产 生微裂 核。 因此 初凝 期是 防 止 混 凝 土 内 部 微 裂 核 的 关 键 期 。 1 2 5 0 4 0 3 0 善 2o 1 0 0 0 0 0 2 O 0 4 0 0 6 0 0 8 0 1 L m 网 5 1 0 0 mm厚板 内的温差 引起 的拉应力分布 因 混凝 土 体 内 湿 度 差 异 及 水 化 热 引 起 的 水 分 流 失 ， 是 造 成湿度应变的主要因素之一 ， 当环境 湿度低于混凝 土表面湿 度 时 ， 混 凝 土 则 向 环 境 散 发 水 分 ， 产 生 收 缩 拉 应 力 。在 初 凝 龄 期 ， 混 凝 土 内湿 度 变 化 最 大 。混 凝 土 内 湿 度 也 因测 点 所 处 深 度 变 化 ， 不 同 深 度 上 湿 度 的 差 异 是 显 著 的 ， 图 6为 文 献 6 应用湿度 一 应 力偶联模 型在 多核 P C机 上应 用并行 技术 计算得 于燥 环境 中 l 0 0 0 mil l 厚混凝土 试件上计算 得湿 度变 化 曲线 ， 从可见在 初凝 期 4 d内， 混凝 土 内湿 度流 失 3 0 5 0 。图 7的计算云 图较 形象表 现表 面湿度 及 此引起 的 应力集 中现 象。西 部地 区常 现 日间湿度 相差 显著 的极 端 于燥下 境 ， 根据我们 的工程 经验 ， 在 于燥 白昼浇 筑的屋 面混 凝 土在 养 护 不 妥 时易 出现 裂缝 。 4 总 结 综 合 不 同研 究 者 对 初 凝 期 混 凝 土 应 变 的研 究 成 果 ， 并 结 合工程经验 ， 我们认 为为减小混凝土早龄期 自收缩 的工程对 策 包 括 ： ( 下 转 第 2 5页 ) 第 3 8卷 曾胜华 ： 某场地 杂填 土地 基的加 固处理 第 2期 图 8载 荷 试 验 试验结果表明 ， 经强 夯置换 +换 填技 术处 治后 ， 杂 填土 地 基 地 基 承 载 力 完 全 满 足 处 理 要 求 。 施工完毕一月后 ， 建设单 位委托检测单 位采用标 准贯人 试 验 对 场 地 土 体 的 承 载 力 进 行 测 试 ， 结 果 见 表 3 。 同 时 ， 为 确 定 场地地基承载力 ， 在场地处 理后 的杂填土 地基上 随机选取 5个点进行 了浅层平 板 载荷试 验 ， 载荷试 验结 果见 表 4 。经 对比发现 ， 加 同处 治 后场 地 土层 的 承载 力有 了较 明显 的改 善 ， 达到 了预期 的加 固效果 。 表 3标准贯入试验检测 结果 强夯置换 +换填 场 地 表 强 夯 置 换 +换 填 面 ， 标高 强夯置换 +换填 约 6 0 n l 强 夯 置 换 地 基 处 理 方 法 l 7 4 3 1 3 6 0 1 O O 2 l 1 6 9 8 8 5 2 4O 2 4O 2 40 18 0 2 4 0 参考文献 1 贺建清 地基处 理 M 北京 ： 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 2 叶书麟 ， 叶观宝 地基 处理 M 北京 ： 中国建筑 工业出版社， 2 0 0 4 3 中华人 民 共 和 国行业 标 准 建 筑地 基 处 理 技 术规 范 ( J G J 7 9 2 0 0 2 ) S 北 京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 2 ( 上接 第 1 2页) l 。 9 一 。一 7 O 6 O 5 0 2O 4 0 6 0 8O l 0 O 深度 m m 图 6 混凝土初凝期湿度随深度变化 的数值分 析结 果 a 初凝表面温度云图( 灰度一湿度高) b 初凝期表面主应力云图 图 7计 算 云 图 1 ) 屋 面板 浇筑后应加强双面养护 ， 尤其是 对不易 养护 的 板底 ， 必要 时用 T字撑 加麻 布对 下缘 养护 ， 以造就尽 可 能降 低的混凝土与外部环境 的湿度梯 度和温度 梯度 ， 尽可 能避免 在昼夜温差大 、 湿度 变化大的天候施工 。 2 ) 采用水化热 低的水泥产品 ， 采用加引气 剂粉煤灰 等掺 合料等措施减少混凝土 中的水泥用量 。 3 ) 夏季混凝土施 T 时尽量 按排 在夜 间， 气 温过较 高时 ， 用 水冲洗骨料 ， 以降低混凝 土入模温度 。 4 ) 振捣应 适度 ， 既要 防止 欠 振 捣产 生 蜂麻 面 或 密实 度 低 ， 也要 防 止 过 振 捣 产 生 的 离析 参 考 文 献 1 张涛 ， 覃维祖 混凝土早期徐变对开裂敏感性 的影响 J 工业 建筑 ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 8 ) ： 8 9 9 2 2 李家和 ， 王川 基 于光纤 B r a g g光 栅 的混凝 土早期 固化及 应变 过程研究 J 工能材料 ， 2 0 0 4增刊 3 吉顺文 ， 朱岳 明 混凝土致裂应力 与内外约 束和徐变 的关系 J 天 津 大 学学 报 ， 2 0 0 9， 4 2 ( 5 ) ： 3 9 43 9 9 4 高小健 ， 巴恒静 周边约束状态下板 式混凝 土早期 开裂及 收缩应 变的分布 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 3 ) ： 3 3 4 3 3 9 5 侯景鹏 钢筋混凝 土早龄期 约束 收缩性能研究 D 同济大学( 博 士论 文 ) ， 2 0 0 6 6 唐世斌 混凝 土温湿 型裂缝 开裂过 程细 观数值模 型研究 D 大 连理工大学 ， 2 0 0 9 2 5