国内外混凝土的收缩性能试验研究方法

关键词: 化学收缩, 干燥收缩, 自收缩, 温度收缩 中图分类号: T U 528. 01
文献标识码: A
引言
近年来混凝土技术 有了突飞猛进的发展 , 然而混 凝土的收缩 裂缝仍然是一个普遍 性的难 题。如何 精确 测得 收缩及 如何 测得 收缩机理成为解决收 缩引起 裂缝 的关键 所在。 混凝土 的收 缩是 指混凝土中所含水分的变化、化学反 应及温度变 化等因素 引起的 体积缩小, 均称为 混凝土 的收 缩[ 1] 。混 凝土 的收缩 主要 包括: 化 学收 缩、干 燥收 缩、自收 缩、温度 收缩、碳化 收缩 及塑 性收 缩 等。 每种收缩都是由不 同原 因引 起的, 也各 有不 同的特 点, 每种 收缩 的试验研究方法也各 有不同。 国内外 的水 泥和 混凝土 学者 都非 常重视混凝土收缩性 能的研 究。现就 各收 缩形 式的不 同试 验研 究方法综述如下。
1. 3 自收缩的试验研究方法
所谓自收缩是指混凝 土在没有向外界脱 水的条件下, 因内部 毛细孔内自己水量不足, 相对湿度自 发的减少引 起干燥而 产生的 混凝土收缩变形, 称 之为自 收缩。 混凝土 自收 缩值一 般在 ( 40~ 100) 10- 6 mm 范 围 以内。 如 果以 混 凝土 线 膨 胀系 数 为 10 10- 6 mm/ ! 计, 相当于温度降低 4 ! ~ 10 ! 所引起的温度变形 , 这充分说明混凝 土的 自收 缩 对抗 裂问 题 有着 不容 忽 视的 影响 。 混凝土自收缩的原因主要有两个, 即 低水灰比或 低水胶比 和掺较 大量的活性细矿物掺合料而引起的[ 2] 。
12 h 以内, 即在终凝前比较 明显, 其成 因主 要是因 为混 凝土 在新 拌状态下, 拌合 物中颗粒间充满着水 , 如养护 不足, 表面 失水速率
超过内部水向表 面迁移 的速 率时, 则会 造成 毛细孔 中产 生负压 , 使浆体产生塑性收缩。
在被测对象的 一端 贴一 金属片, 金 属片与 测头 形成 电容 器。 其电容与两极的间距及两极间的填充物质 特性有关, 在实 验室条 件下, 空气温度和湿度 可以 保持 不变, 电容 可以 认为只 与两 极的 间距有关。电容传感器输出电压的变化与 电容器两极 ( 测 头与被 测物体) 位移变化成正比。测量传感 器的输出电 压可以方 便地得 到测头与被测物体之 间的距 离。可以 用相 应的 计算机 软件 对测 量结果进行数据采集和数据处理。具体的测量模具如图 2 所示。
了此种方法。这是一种非接触式的位移 测量装置, 用于测 量混凝 土自收缩的工作原理如图 1 所示。
收缩随相对湿度的增加而减少; 当相对湿 度小于 55 % 时, 碳化收 缩随相对湿度的减小而下降; 当相对湿度 低于 25 % 时, 碳 化收缩 几乎停止。
1. 6 塑性收缩的试验测量方法
塑性收缩发生在硬化前的塑 性阶 段, 一般为 拌和 后约 3 h~
好标点后就可以 用手持式应 变仪测基准 长度, 然 后按干缩 龄期进 行测量干缩变形。此套装置由同济大学研制, 其精度为 0. 001 mm。
1. 2. 2 标架千分表法
我国铁道部、建工 部 门采 用标 架 千分 表 法测 混凝 土 干缩 变 形, 其试件尺寸为 100 mm 100 mm 300 mm 的棱柱体, 在试件 两相对侧面预埋 螺母, 试件 成型 后 2 d 拆模, 立 即放 入干 缩试 验 室, 安装千分表架和千分表, 标距为 200 mm。然 后测量试 件标准 值, 再按干缩龄期 量测 干缩变 形。一个 干缩 试件用 2 支 千分表 , 试件干缩变 形 为 两 个测 值 的 平 均值。 这 种量 测 方 法 的精 度 为
混凝土的塑性收缩最早 的测 量方 法是机 械仪 表( 千分 表) 法 测量[ 4] 。即在圆筒模内侧涂上一层薄的润 滑油, 再装入塑 料圆筒 ( 无底) , 将新拌和的混 凝土 拌合物 装入 筒内, 振捣 后安 装千 分表 测具。根据千分 表读 数的变 化计 算沉 陷变形。同 时还 可以 在混
凝土中插上温度计或用热电偶测量混凝土的温度变化。 目前塑性收缩的指 标通 常用平 板法 测量。平 板法 分别是 由
小的差 异。本装 置由一个钢制圆环和聚 氯乙烯外模 组成, 两个环 被固定在木制底板上, 混凝土在 两环中成型 为环状试件。 拆模时 间可根据研究的需要确 定, 拆除外 模后, 试 件顶部用硅橡胶密封 , 以防止试件水分散 失。因此 只允 许试 件外表 面收 缩。而且 收缩 沿厚度是均匀的 , 当试 件受 内钢环 约束 产生 压力时, 内 外表 面应 力差只有 10 % , 径向应 力为最 大环向 应力的 20 % , 因 此可 忽略
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不均匀收缩 的影响。试件养 护条 件的温 度应 控制在 20 ! , 相对 和 C. S. H 凝胶等起反应, 称 为碳化。碳 化伴随 着体积 的收缩, 称
湿度为 50 % 。裂缝宽度用专门设计的显微 镜显测。所得 结果即 为碳化收缩, 是不 可 逆的。影 响 混凝 土碳 化 收缩 的 两个 因素 为
重庆建筑大学的严吴南教授等沿用了 英国 Gessner 的 方法研 究了不同品种水 泥及 不同 硅 灰取 代量 的 水泥 净 浆的 化学 减 缩。 具体方法为: 将 100 g 水泥 和 33 g 水混 合均 匀, 装入长 颈瓶 中摇 匀, 赶走全部气泡后立 刻加盖 密封 ( 目的是 防止 水分蒸 发) , 把此 瓶置于恒温恒湿的观察室中, 记录长 颈瓶中的液 面高度作 为原始 体积, 以后按不同水化龄期读取 液面高度。计算 各龄期的 体积减 小值, 用来表征该水泥的化学收缩。
作误差也会导致错误 的研究 结论。但 相信 随着混 凝土 科学 研究
的不断深入, 评价混凝土收缩性能的 各种试验方 法会得到 不断的 改进和发展, 会越来越接近工程实际状况[ 3] 。 参考文献: [ 1] 黄国兴, 惠 荣炎. 混凝 土的 收缩 [ M ] . 北京: 中 国铁 道出 版社 ,
1. 2 干燥收缩的试验研究方法
干燥收缩指的是混 凝土停止养护后, 在不饱和的 空气中失去 内部毛细孔 水, 凝胶孔 水及 吸附 水而发 生的 不可逆 收缩, 它 不同 于干湿交替引起的 可逆 收缩, 随 着相对 湿度 的降低, 水 泥浆 体的 干缩增大, 且 不同 层 次的 水对 干 缩的 影响 大 小也 不同。 根据 计 算, 完全干燥的纯水泥浆体收缩量为 1 10- 2。
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文章编号: 1009 6825( 2006) 02 0157 02
国内外混凝土的收缩性能试验研究方法
谭晓倩 陈 伟 王凌跃
摘 要: 着重对国内外获得普遍认同的混凝土各 种收缩性变形的机理及试验研究方法进行了总结和综述, 对解决混凝土 的收缩裂缝具有重要的意义。
0. 001 mm。但在实际 量测 中由 于人 为 的误 差, 通常 达不 到实 际 的精度。我国标准 GBJ 80 85 普通混凝土长期性能和耐久性试验 方法中 对混凝土干燥收缩的试验方法如下: 混凝 土干燥收 缩试件 的模具尺寸为 100 mm 100 mm 515 mm。成 型时两 端预 埋测 头, 每组成型 3 条试件, 成 型 1 d 后拆模, 然后 放入标 准养护 室中 养护。养护 2 d 后取了测定基准长度, 并放入温度为 20 2 ! , 湿 度为 60 5 % 的养护室 中养 护, 按规定 龄期 测混凝 土的 收缩率 。 通常用 180 d 的收缩率评价混凝 土的收 缩, 但 在实际 的研究 中可 根据具体情况增加或减少这个最终评价收缩的龄期。
在测量混凝土变 形时, 试模 右端 固定, 左端 为自 由端。 测微 仪的测头置于左端模的外侧, 测 头与大左端 模形成电 容器。混凝 土试件在变形直接表现为电容器两极间距 的变化, 此变化 又通过 电容器的输出电压来反映。由于试验在 试模中进行, 所以 混凝土 试件一旦成型结束, 变形的测量 即可开始。克服 了在传统 测量方 法中, 变形测量只能在混凝土拆模 1 土的总收缩引起的开裂和裂缝宽度。
CO2 的浓度和周围环境的湿度。CO2 作 为一个反 应物, 浓度 越高
1. 3. 2 电容式测微仪法
反应越迅 速, 因而碳 化收缩也 越大。而 湿度则不 然, 当相对 湿度
由哈尔滨工业 大学 马新 伟、钮 长仁、伊 彦科三 位学 者研 究出 为 55 % 时, 碳化收缩 达最大 值。当相 对湿度 大于 55 % 时, 碳化
实地反映了混凝土的收缩变形。
试验结果具有很大的 影响。收 缩测试 方法 存在的 缺陷 及人 为操
1. 4 温度收缩的试验研究方法
温度收缩又称冷缩, 主要是混 凝土内部温度由于 水泥水化而 升高, 最后又冷却到环 境温度 时产生 的收缩[ 2, 3] 。其大 小与 混凝 土的热膨胀系数、混 凝土 内 部最 高的 温 度和 降温 速 率等 因素 有 关。当温度下降( 0 ! 以上时) , 混凝土会产生温度收缩变 形, 当混
1 试验设计
1. 1 混凝土化学收缩的研究方法
化学收缩即水化收 缩。所有 的胶 凝材 料水化 以后 都存 在这 种减缩作用, 这是由水化反应前 后的平均密 度不同造 成的。水泥 水化反应的主要产物是水化硅酸钙凝胶, 其体积 小于水泥 与水的 体积之和, 即固相体积增加, 但水泥、水体系的 绝对体积 减小。大 部分硅酸盐水泥浆完全水化后, 理论上的体积 减缩 7 % ~ 9 % 。
1. 3. 1 圆环法
自收缩的研究方法 主要 为圆环 法。圆环 法最 早是 由美国 麻 省理工 学院的 Roy Cay lsom 于 1942 年提出的, 当地用来研 究水泥 净浆和砂浆的抗裂性, 后来 K arl w iegrink 和 M cdonald 在研究混凝 土的收缩抗裂性时也 借用了 这套 装置。区 别仅在 于装 置尺 寸大