自密实混凝土自由收缩试验.pdf

第 2 8卷 第 2期 2 O 】 1年 6月 建筑科学与 J o u r n a l 0 f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g V o 1 2 8 NO 2 J u n e 2 O 1 1 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 8 0 4 0 自密实混凝土 自由收缩试验 陈 峰 ， 郑 ( 1 福州大学环境与资源学院 ， 福建福州3 5 0 1 0 8 ； 2 建岚 福州 大学 土木工程学院 ， 福 建 福州 3 5 0 1 0 8 ) 摘 要 ： 进 行 了 自密 实混凝 土的 自由收缩试 验 ， 以粉 煤灰 掺 量 和混 凝 土龄 期 作 为 影 响 因素 ， 研 究其 收 缩的发展规律； 基 于试验数据 ， 通过双曲线方程拟合 了自密实混凝土 自由收缩的计算式。研究结果 表 明 ： 自密 实混 凝 土 自由收 缩随混 凝 土龄 期 的增 加 而增 大 ， 后期 自由收 缩应 变增 长较 缓 慢 ； 当粉 煤 灰质量掺量在 4 0 时， 各阶段的 自由收缩应 变都最小； 拟合的 自密实混凝土 自由收缩计算 式可 以 为 自密实混凝土结构相关设计提供参考。 关键 词 ： 自密实混 凝土 ； 自由收 缩 ； 粉 煤灰 ； 掺 量 ； 应 变 ； 龄 期 中图分类 号 ： TU5 2 8 文 献标 志码 ： A Ex p e r i me nt o n Fr e e S h r i nk a g e o f S e l f - c o mp a c t i ng Co n c r e t e CHE N Fe n g ，ZHENG J i a n l a n ( 1 S c h o o l o f En v i r o n me n t a n d Re s o u r c e s ，F u z h o u Un i v e r s i t y，Fu z h o u 3 5 0 1 0 8，F u j i a n，Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Fu z h o u Un i v e r s i t y ，F u z h o u 3 5 0 1 0 8 ，F u j i a n，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Ta ki n g i nc or p or a t i on r a t e of f l y a s h a nd a g e of c o n c r e t e a s i nf l u e n c e f a c t o r s， t h e e xp e r i me nt o n f r e e s hr i nka ge wa s c on du c t e d i n o r d e r t o s t u d y t h e l a w o f f r e e s h r i nka ge o f s e l f c o mpa c t i n g c o nc r e t e Ba s e d o n t he t e s t da t a，t he c a l c u l a t i n g f o r m u l a e o f f r e e s h r i nka ge o f s e l f c o mpa c t i n g c o nc r e t e we r e pu t f o r wa r d b y h yp e r bo l i c e qu a t i on s The r e s e a r c h r e s ul t s s ho w t ha t f r e e s hr i n ka ge o f s e l f c o mpa c t i n g c o nc r e t e g r ows wi t h a g e o f c o nc r e t e，a n d t he gr o wt h g e t s s l owl y i n t he l a t e r The f r e e s h r i nk a ge s t r a i n i n di f f e r e nt s t a g e s i s t he s ma l l e s t whi l e t he i n c or p or a t i o n r a t e o f f l y a s h i s 4 0 Y 00 Th e c a l c u l a t i n g f o r mu l a e o f f r e e s h r i n k a g e o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e c a n b e t a ke n a s r e f e r e nc e t o d e s i gn o f s e l f c o m p a c t i ng c o nc r e t e s t r u c t u r e Ke y wo r d s ：s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ；f r e e s h r i n k a g e ；f l y a s h；i n c o r p o r a t i o n r a t e ；s t r a i n ；a g e 引 口 随着混凝土技术不断发展， 人们对混凝土的要 求越来越高， 希望其在保持优 良力学性 能的前提下 能具有 良好的工作性。自密实混凝土由于较低的水 胶 比以及掺入了外加剂和矿物掺合料使其具有很好 的施 工和填 充 性能 ， 从 而在工 程 中得 到越 来越 广 泛 的应用 。但 随着 水 胶 比的 降 低 ， 矿 物 细 掺合 料 以 及 胶凝 材 料总 量 的增加 ， 也 引发 了一 系列 收缩 问题 ， 影响到了自密实混凝土 的耐久性。这就说明， 关于 自密 实混 凝土 收缩性 能 的研究 是 十分必 要 的 ； 并且 ， 若在加固工程中采用 自密实t 昆 凝 土作为修补材料， 其与老混凝土紧密粘结的情况下， 较大 的收缩必然 会导致约束收缩应力产生l_ 3 ， 有可能引起修补层开 裂L 5 。 。而混凝土约束收缩的研究则必须建立在 自 由收 缩 的基 础 上 ， 因此 本 文 中笔 者 以粉 煤 灰 自密 实 混凝土为材料 ， 进行了不 同配合 比的 自由收缩试验 研 究 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 4 0 5 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 8 0 5 6 ) ； 福建省 自然科学基金项 目( 2 0 1 0 J 0 5 1 1 0 ) 作者 简介 ： 陈峰( 1 9 8 0) ， 男 ， 福建福州人 ， 讲 师， 工学博 士， E ma i l ： k n i c k s 2 0 0 0 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈 峰 ， 等 ： 自密实混凝土 自由收缩试验 2 9 1 自由收缩试验 1 1 自密 实混 凝土配 制 本文 中是以粉煤灰的掺量为主要参数 ， 根据自 密实混凝土设计与施工指南 ( C C ES 0 2 2 O O 4 ) 的 要求 ， 配制了 5组 自密实混凝土 。混凝土 的原材料 为 4 2 5普通硅酸盐水泥 、 福建厦门嵩屿电厂 I级粉 煤灰 、 闽江中砂( 细度模数为 2 6 ) 、 石灰岩碎石 ( 粒 径为 5 1 6 mi l 1 ) 以及萘系 高效减水 剂。控制胶凝 材料总用量为 5 5 0 k gm一， 且石子 、 砂率、 用水量 固定不变 ， 只改变粉煤灰的掺量 。粉煤灰质量掺量 分别为胶凝材料 总用量 的 2 O 、 3 O 、 4 O 、 5 O 、 6 0 ， 所 制作 的试 件 分 别用 S C C 1 、 S C C 2 、 S C C 3 、 S C C 4 、 S C C 5 来 表示 。 J 2试验 装置 自密实混凝土 自由收缩试验是参考 普通混凝 土 长期性 能 和耐 久 性 能试 验 方 法 ( GB J 8 2 8 5 ) 中 的收缩试验进行 的。 自由收缩试验装置 由钢架、 两 端粘有有机玻璃垫片的混凝土试件和 2个千分表组 成。试验采用钢板组合试模 ， 并采用磁性表座将千 分表固定在钢架的钢板上。为了更准确地测量收缩 值 ， 在混凝土两端 中点处用 5 0 2胶各粘 1块尺寸为 1 0 mm1 0 mi l l x 5 mm 的有 机玻 璃 垫片 ； 为 了减少 摩擦 ， 在钢架和混凝土之间垫 1 块有机玻璃板， 再在 有机玻璃板上铺 1 层塑料薄膜 。 1 3 试 验过 程 根据 自由收缩试验的每组配合 比各制作 了 3个 试件 ， 试件尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 mm5 1 5 mm。混 凝土达到 1 d龄期后 ， 拆除试模 ， 取出 自密实混凝土 自由收缩试件 。用直尺量取 试件两端 面的中心位 置， 并作好标记 ， 再在混凝土试件两端作有标记处用 5 0 2胶各粘 l块有机 玻璃垫片 ( 要 确保在 同一直线 上 ) ； 将 自密实 混凝 土试 件 移 至 温 度 为 ( 2 0 3 ) 、 相对 湿度 为 ( 6 0 5 ) 的 测试 环境 中 。在 试 件 两 端 架设千分表， 测量 2 8 d内的 自由收缩应变 。自密实 混 凝 土 自由收缩试 验如 图 1 所 示 。 2试验结果分析 2 1 自 由收 缩应 变 各 自密实混凝土试件 3 、 5 、 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 d龄期 的 自由收缩 应 变如表 1所示 。 从表 1中可 以看 出 ： ( 1 ) 不同粉煤灰掺量 的 自密实混凝土 自由收缩 应变都随混凝土龄期的增加而增大 ， 但 自由收缩应 图 1 自密实混凝土 自由收缩试验 Fi g 1 Exp e r i me nt o n Fr e e Shr i n ka g e o f Se l f - c o mp a c t i n g Co n c r e t e 表 1 自密 实混 凝土 自由收缩应变 Ta b 1 Fr e e S hr i nka g e St r a i n s of S e l f - c o mpa c t i n g Co nc r e t e 不 同龄期( d ) 下 自密实混凝 土 自由收缩应变 1 0 试件编号 3 5 7 1 4 2 1 2 8 S CCl 1 9 2 0 4 2 6 6 7 9 3 2 8 9 3 4 51 2 6 5 1 4 3 6 5 5 4 1 2 S CC2 1 6 9 9 0 2 5 2 0 3 2 99 3 7 4 2 7 1 6 4 8 8 2 9 5 2 1 2 9 S CC3 l 59 2 2 21 6 5 0 2 7 6 3 8 3 6 1 8 2 4 4 1 4 6 4 7 8 3 5 S CC4 1 7 1 7 O 2 3 2 7 2 2 9 1 9 4 3 8 3 3 8 4 7 5 3 2 4 9 9 5 9 S CC5 1 9 2 3 8 2 5 0 6 3 2 9 8 2 O 4 0 4 9 9 4 8 0 7 2 5 2 1 5 2 变增长越来 越缓慢。粉煤灰质量掺量为 2 O 的 自 密实混凝土试件 S C C 1的 3 、 5 、 7 、 1 4 、 2 1 d龄期的 自 由收缩应变分别 为 2 8 d自由收缩应变的 3 4 6 6 、 4 8 1 5 、 5 9 3 6 、 8 1 4 4 、 9 2 8 2 ； 试 件 S C C 2 、 S C C 3 、 S C C 4 、 S C C 5在 7 d的 自由 收缩 应 变 分 别 为 2 8 d自 由收 缩 应 变 的 5 6 1 7 、 5 7 7 8 、 5 8 4 3 、 5 7 1 8 ， 可见， 各 自密实混凝土试件早期 自由收缩 发展都很快 ， 7 d的 自由收缩应变已到达 2 8 d自由 收缩应 变 的近 6 O 。 ( 2 ) 嵩屿 工级粉煤灰掺量不同， 自密实混凝土各 阶段的 自由收缩应变也不同， 不同掺量粉煤灰的 自 密实混凝土试件各阶段 自由收缩应变从大到小依次 为 S C C 1 、 S C C 5 、 S C C 2 、 S C C 4 、 S C C 3 。其 中， S C C 3 的自由收缩应变最小 ， S C C 1 、 S C C 2 、 S C C 4 、 S C C 5在 2 8 d龄期 时的 自由收缩应变分别 比 S C C 3增 大了 75 7 7 X 1 0一 、 42 9 4 1 O 、 21 24 1 O 一 、 4 31 7 l O 一 。可见 ， 当粉 煤灰 质 量掺 量 小 于 4 0 时 ， 随着 粉煤灰 掺量 的增 加 ， 各 阶段 的 自由 收缩 应 变 不 断减 小 ； 当粉煤灰质量掺量大 于 4 0 时 ， 随着粉煤 灰掺 量 的增加 ， 各阶段的自由收缩应变不断增大 ； 当粉煤 灰质量掺量在 4 0 时， 各 阶段 的 自由收缩应变都最 小 。因此为控制 自密实混凝土 自由收缩 ， 嵩屿 I级 粉煤灰最优掺量宜在 4 O 左右。 ( 3 ) 粉煤灰致密 的玻璃态结构 和坚 固的保 护膜 决定了其具有较低 的火 山灰活性 ， 早期 水化缓慢 。 掺入粉煤灰相当于在早期用水量不变的情况下 ， 降 低水泥用量 ， 导致早期胶凝体系中水化产物减少， 降 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 O 建筑科 学与工程 学报 2 0 1 1年 低了化学收缩 。粉煤灰中未水化颗粒填充在水泥水 化产 物 的孔 隙 中 ， 将 原 来 的大 孔 分 割 成 许 多 细 小且 互不连通 的小孔 ， 大大改善了水泥浆体 的孔隙率和 孔结构 ， 使水泥浆体密 实， 减少 了水分蒸发 的可能 性 ， 降低 了干燥收缩 ； 未水化的粉煤灰还很好地发挥 了微集料效应 ， 起到抑制基体收缩的作用。此外 ， 随 着粉煤灰的水化， 钙矾石的数量也会增多 ， 在一定程 度上补偿混凝土 的收缩。当粉煤灰掺入过多 时， 由 于粉煤灰 的水化度低 ， 未水化的粉煤灰颗粒多 ， 粉煤 灰与水化物之间只形成弱连接 ， 将减小其对基体收 缩的抑制作用， 从而使得混凝土收缩反而增加 ， 并且 粉煤灰掺入过多也可能会影响混凝土拌和物的匀质 性和稳定性 ， 使得混凝土收缩增加 。 2 2收 缩应 变与 龄期 的关 系 混 凝 土 收 缩应 变 与 龄 期关 系 的 函数表 达 式 ， 常 用 的有 双 曲线 函数 式、 指 数 函 数式 和对 数 函数 式 。对于高强混凝土收缩应变 ， 采用指数函数形 式所得 的相关系数 比较高， 其形式如下 h ( )一 ( 1 ae ) ( I ) 式 中： s 小 ( ) 为混凝土收缩应变值 ， 、 为实验室标准 条件 下 的混凝 土 收 缩 终 值 ； a 、 b为试 验 常数 ； t为 收 缩 时间 。 中国建筑科学研究院“ 混凝土收缩与徐变的试 验研究” 专题组建议采用双曲线的形式， 即 E s h ( ) 一 1 0 ( 2 ) _ _ 图 2为 自密实混凝土各试件的 自由收缩应变与 龄期 的关 系 ， 其 中 ， R 为 相 关 系 数 。 由 图 2可 见 ， 自 密实 混凝 土 的 自由 收缩 应 变 受 龄 期 的影 响较 大 ， 随 着龄期的增加而逐渐提高。其基本上呈双曲线关系 趋势 。参考中国建筑科学研究院建议 的计算公式 ， 根据试验结果 ， 经数理统计非线性 回归， 可得各配合 比 自密实 混凝 土 的试验 常数 “ 、 b 。 由此 可 见 ， 自密 实 混凝 土 自由收缩 采 用 双 曲线 函数进行拟合时 ， 对应的相关 系数都很接近于 1 ， 吻 合程 度较 好 ； 然而 ， 粉 煤 灰 掺 量 不 同 ， 试 验 常数 也不 同， 粉煤灰质量掺量从 2 O 增加到 4 0 ， 试验 常数 a从 l 1 6 9 增 加 到 1 5 0 7 ， 试 验 常数 b 从 1 4增 加 到 1 5 6 ； 但粉煤灰质量掺量从 4 0 增 加到 6 0 ， 试验 常数 a却 从 l 5 0 7减 小 到 l 3 1 1 ， 试 验 常 数 b也 从 1 5 6 减 小 到 1 4 6 。因此 ， 随着 粉 煤 灰 掺 量增 加 ，试 验常数 a 、 b都是先增加 ， 后减小 ， 粉煤灰质量掺量在 4 O 时 ， 试 验 常数 a 、 b达 到最 大 。 3 结语 ( 1 ) 本文中通过 自制试验装置对 自密实混凝土 一 衩 翟 婚 母 皿 2 愀 蟹 丑 皿 7 2 取 嫖 母 皿 一 敢 毯 婚 丑 皿 衩 越 好 罄 皿 图 2 各试件 自由收缩应变与龄期 的关 系 Fi g 2 Re l a t i o n s Be t we e n Fr e e Sh r i nk a g e S t r a i ns a nd Ag e s o f Di f f e r e nt S pe c i me ns 的 自由收缩 进行 了试 验研 究 ， 考 察 了 5种 不 同粉 煤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈 峰 ， 等 ： 自密 实混 凝 土 自由收缩 试验 3 1 灰掺量对混凝土收缩 的影响。试验结果表 明： 不同 粉煤灰掺量的 自密实混凝土 自由收缩都随混凝土龄 期的增加而增大， 但后期 自由收缩应变增长较缓慢 ； 当粉煤灰质量掺量在 4 o 时 ， 各阶段 的 自由收缩应 变都最小 ， 可见 ， 这个掺量对于控制收缩较为有利 。 ( 2 ) 通过对微观结构的研究 ， 分析了粉煤灰的掺 入对混凝土收缩 的影响， 并采用双曲线 函数来拟合 收缩与时间变化的关系 ， 可为实际工 程提供参考。 不过受试验条件限制 ， 本文试验量有限， 还需更多试 验来 进一 步研 究其 收 缩 性 能 ， 目前 研究 主要 是 为 了 揭示其发展规律。本文中仅采用了嵩屿 I级粉煤灰 为原材料 ， 其他品牌或不同等级粉煤灰 的试验并未 进行， 其是否具 有相 同的结 论还 有待 进一 步深入 研 究 。 参 考文 献 ： Re f e r e nc e s ： 1 罗素蓉 ， 郑建岚 自密实混凝 土在加 固工 程 中的应用 研究E J 3 建筑材料学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 3 ) ： 3 3 0 3 3 6 2 3 4 5 I UO S u r o n g， ZHENG J i a n l a n S t u d y o n t h e Ap p l i c a t i o n o f Se l f c o mpa c t i n g Con c r e t e i n St r e ng t h e ni ng E n g i n e e r i n g J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 6 ， 9 ( 3)： 3 3 0 3 36 S U N HS U K C， CH AI H W A S i mp l e M i x De s i g n Me t h o d f o r S e l f c o mp a c t i n g C o n c r e t e J C e me n t a n d Co nc r e t e Re s e a r c h， 2 0 01， 31 (1 2)： 17 99 1 8O7 M A Ba o gu o，W EN Xi a o d ong，W ANG M i n g y ua n， e t a 1 Dr yi n g Sh r i nka g e o f Ce m e nt ba s e d M a t e r i a l s Un de r Cond i t i o ns of Con s t a nt Te mp e r a t ur e a nd Va r y i n g Hu mi d i t y J J o u r n a l o f C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g & Te c h n o l o g y， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 3 ) ： 4 2 8 4 3 1 P H I I P P E T， AHM ED I ， KHAI I I H ， e t a 1 Cr a c k i n g Te n d e n c y o f S e l f c o mp a c t i n g Co n c r e t e S u b j e c t e d t o Re s t r a i n e d S h r i n k a g e ： Ex p e r i me n t a l S t u d y a n d M o d e l i n g J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 20 06， 1 8( 1)： 46 54 彭振斌 ， 陈迎明 ， 刘安邦 混凝土收缩机理及其诊 治原 理E J 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 3 0 3 1 ， 5 5 PENG Zh e n bi n。CHEN Yi ng mi ng，LI U An b a ng The M e c h an i c a l of Conc r e t e Comp a c t i on a nd I t s Pr i n c i p l e E J 2 C o n c r e t e ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 3 0 3 1 ， 5 5 6 7 8 9 1 0 2 1 1 陈峰 ， 郑 建岚 自密实混凝土 与老混凝 土的粘结一 滑 移性能- J 长安大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 6 ) ： 5 6 6 0， 8 5 CHEN F e n g ，ZHENG J i a n l a n B o n d s l i p Re l a r i o n s hi p Be t we e n Se l f c o m p a c t i ng Conc r e t e a nd Ol d Con c r e t e J J o u r n a l o f C h a n g a n Un i v e r s i t y ： N a t u r a l S e i e n c e Ed i t i on， 201 0， 3 0( 6)： 5 6 6 0， 8 5 吴智敏 ， 张小 云， 张云国 自密实轻 骨料混凝 土配合 比 设计及基本力学性能试验 J 建筑科 学与工程学 报 ， 2 0 08， 2 5( 4)： 8 3 87 W U Zhi mi n， ZHANG Xi a o y un。 ZHANG Yu n gu o Mi x Pr op or t i on De s i gn a nd Ba s i c M e c ha ni c a l Pr o pe r t y Exp e r i me n t o f Se l f - c o m p a c t i ng Li ght we i ght Con c r e t e E J 3 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 00 8， 25 ( 4)： 8 3 8 7 于峰 ， 牛荻涛 ， 贺拴海 纤维复合材料约束 混凝土柱 的统一强 度 模 型 J 长 安 大 学 学 报 ： 自然 科 学 版 ， 2 01 0， 3 0( 2)： 7 0 7 4 YU Fe ng，NI U Di t a o，HE Shu an - ha i Uni f i e d Co rn pr e s s i v e S t r e ng t h Mod e l of FRP c on f i n e d Conc r e t e C o l u mn J J o u r n a l o f C h a n g a n Un i v e r s i t y ： N a t u r a l Sc i e nc e Ed i t i o n， 201 0， 3 0( 2)： 70 74 黄海东 ， 向 中富 ， 郑 皆连 混凝土结构早期非均匀 收缩 试验 J 中国公路 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 3 ) ： 6 4 6 9 HUAN( Ha i d o n g ， XI ANG Z h o n g f u ， ZHENG J i e l i a n Te s t o f No n u n i f o r m S h r i n k a g e i n C o n c r e t e S t r u c t u r e a t E a r l y A g e s J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a ns po r t ， 201 0， 2 3( 3)： 6 4 - 69 薛伟辰 ， 胡于明 ， 王 巍 预应力混凝土梁徐变性 能试 验 J 中国公路学报 ， 2 0 0 8 ， 2 1 ( 4 ) ： 6 卜6 6 XUE W e i t he n，HU Yu mi ng，W ANG W e i Exp e r i me nt on Cr e ep Be ha v i o r s of Pr e s t r e s s e d Con c r e t e B e a ms J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d T r a n s p o r t ， 2 00 8 21( 4)： 6l 一 6 6 梅明荣 ， 葛世 平 ， 陈 军 ， 等 混凝 土结构 收缩 应力 问 题研究E J 2 河海大学学报 ： 自然 科学版 ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 1 ) ： 73 7 8 MEI Mi n g r o n g， GE S h i p i n g ， CHEN J u n， e t a 1 S t u d y o n Dr y i n g S h r i n k a g e a n d Cr e e p o f Co n c r e t e St r u c t u r e s J J o u r n a l o f Ho h a i Un i v e r s i t y ： Na t u r a l S c i e n c e s ， 2 00 2 3 0( 1)： 7 3 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m