密封养护混凝土内部湿度与收缩的一体化试验与模拟.pdf
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1、第 1 6卷第 2期 2 0 1 3年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F B UI LDI NG M ATERI AL S Vo 1 1 6。 No 2 Ap r , 2 0 13 文章编号 : 1 O O 7 9 6 2 9 ( 2 O l 3 ) O 2 一 O 2 O 3 一 O 8 密封养护混凝土 内部湿度与收缩 的 一 体化试验与模 拟 高 原 , 张 君 , 孙 伟。 ( 1 清华大学 土木工程系, 北京 1 0 0 0 8 4 ; 2 清华大学 土木工程安全与耐久教育部 重点 实验 室 ,北京 1 0 0 0 8 4 ;3 东南 大学 材 料科 学与 工程 学 院 ,江
2、苏 南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘要:对 3种强度等级 的混凝土进行 了密封养护下内部相对湿度和 自由变形的试验测定, 获得 了 从 混凝 土浇 注开始 到 7 7 d龄 期 混凝 土 内部 湿度 和 自由变形 的发展 数据 , 同 时对 混凝 土 因水 泥水 化 引发的 自干燥和 自收缩问题进行 了模拟 结果表 明: 混凝土 内部相对湿度和收缩具有较好的 同步 性 ; 混凝 土 内部 湿度 变化 可 以看作 是其 自收 缩 变化 的 驱 动 力 ; 水 灰 比越 小 , 自干 燥 引起 的 混凝 土 内 部相 对 湿度 下降幅度 越 大 , 密封条 件 下 混凝 土 的收 缩 也越 大
3、 ; 以水 泥水 化 度 和 混凝 土 内部 湿 度 为 内因的 自干燥 与 自收缩模 型较好 地模 拟 了密封 条件 下混 凝 土 内部 湿度 变化 与相 应 的 自收 缩发 展 试验 结果 与模型 预测值 吻 合 良好 , 模 型 可用 于不 同养护 环境 下混凝 土 自干燥 与 自收缩 的分析 预 测 关 键词 :混凝 土 ;密封 养护 ;相 对 湿度 ;自干燥 ;自收 缩 中图分 类号 : T U5 2 8 0 1 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 3 0 2 0 0 4 Te s t s a
4、 nd Si m u l a t i o ns o f I n t e r i o r Hu mi d i t y a nd S hr i n k a g e o f Co n c r e t e u nd e r S e a l e d Co nd i t i o n GAO Yu a n , ZHANG J u n , SUN We i 。 ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l En 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 ij i n g 1 0 0 0 8 4 ,C h i n
5、a ;2 Ke y La b o r a t o r y o f S t r u c t u r a l S a l t y a n d D u r a b i l i t y o f C h i n a E d u c a t i o n Mi n i s t r y , Ts i n g h u a Un i v e r s i t y , B e i i n g 1 0 0 0 8 4 , C h i n a ; 3 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g,S o u t h e
6、a s t Un i v e r s i t y,Na n j i n g 2 1 1 1 8 9,Ch i n a ) Abs t r a c t :Th e de f o r ma t i o n a n d i n t e r i o r humi d i t y o f t he c o nc r e t e s p e c i m e n un de r s e a l e d c o ndi t i o n we r e c o n t i nuo us l y me a s ur e d f o r a t l e as t 7 7 d a nd t he s i m u l a
7、 t i o n o f c on c r e t e s e l f d e s i c c a t i o n a nd a ut og e n ou s s h r i nk- a ge c a us e d b y c e me n t h y dr a t i on wa s d on e The e xp e r i me nt a l r e s ul t s s h o w t h a t t h e d e ve l op m e nt o f s h r i nk a ge a n d t he i n t e r i or humi d i t y a r e of h
8、i gh s y nc hr on i c i t y Th e i nt e r i o r hu m i di t y ma y s e r ve a s t he dr i vi ng f o r c e p a r a m e t e r f o r c o nc r e t e de f o r m a t i o nThe 1 o we r t he wa t e r t o c e m e nt r a t i o i s,t he 1 a r ge r t h e v a r i a t i o n of r e l a t i v e humi d i t y c a u s
9、 e d by s e l f - d e s i c c a t i on a nd c on c r e t e s hr i nk a g e a r e The c a l c u l a t i o n mo d e l s of c on - c r e t e s e l f - d e s i c c a t i on a n d au t o g e no us s h r i nk a ge ba s e d o n t h e c e m e nt h yd r a t i o n d e g r e e a nd i nt e r i o r h umi d i t y
10、 c a n we l l s i mul a t e t he de ve l o pme n t o f c onc r e t e i nt e r i or humi d i t y a nd a u t o ge n ou s s hr i nk a g e Th e r e s u l t s of t h e mo de l pr e d i c t i o n a r e i n a gr e e m e nt wi t h t h e t e s t d a t a a nd t he c a l c ul a t i o n mod e l s c a n be u s e
11、 d f or t he p r e d i c t i on o f c on c r e t e s e l f d e s i c c a t i on a nd a u t o ge no us s hr i n ka g e u nd e r d i f f e r e n t c u r i n g c on di t i o ns Ke y wo r ds :c o nc r e t e ;s e a l e d c ur i n g;r e l a t i v e hu mi di t y;s e l f d e s i c c a t i on;a u t o ge n ou
12、 s s hr i nk a ge 收稿 日期 ; 2 0 1 1 - 1 1 - 0 4 修订 日期 : 2 0 1 2 0 3 3 1 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 9 7 8 1 4 3 , 5 1 1 7 8 2 4 8 ) 国家重点基础 研究发展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 0 ) 高等 学校博 士学科 点专项科研基金资助项 目( z O 1 o 0 0 0 2 1 1 0 0 1 6 ) ; 清华大学黄廷芳信和教育基金资助项 目 第一作 者: 高原( 1 9 8 6 一) , 男 , 贵州遵义人 , 清华大
13、学博士生 E - ma i l : y - g a o 0 4 ma i l s t s i n g h u a e d u e 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 , 博士生导师 , 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 2 0 4 建筑材料学报 第 1 6卷 混凝 土 中水 分 的 变化 主要 由两个 原 因造 成 : 一 是 混凝 土与环 境 的水 分 交 换 , 二是 水 泥 水 化 对水 分 的消耗 1 前者可
14、以由边界条件和混凝土 自身传湿 系数 进行数值 计 算 预 测 , 而 后 者 与混 凝 土 的水 灰 比 和水 泥水化 度有 关 不 同配 比的混凝 土 , 两 种 因素 对 其 内部湿度 变化 的影 响程 度 不 同 对 于 高水 灰 比混 凝 土 , 由于 其密 实 性 相 对较 差 , 湿 度 扩散 系数 大 , 其 内部 湿度 受环 境 湿 度 条件 影 响较 为 明显 , 自干燥 作 用相对较弱; 低水灰 比混凝土则相反 , 其 白干燥作用 十分 明显 , 对其 湿 度变化 的影响起 主 导作用 , 而 由于 其 自身 的致密 性 , 湿度 扩散 作用 较 小 2 _ 4 j 近年
15、 来 , 随 着高强 混凝 土 的广 泛 应 用 , 水 泥 基 材料 的 自干 燥 现 象引起 了越来越多的关注 4 混凝土的 白干燥作用 导致其内部相对 湿度 降低 , 必然会引起其收缩 的发 展 , 并且在约束条件下有可能使材料产生微裂纹 , 影 响结构的使用寿命 混凝土内部相对湿度可以看作 是 其收 缩变 形 的 内在 驱 动 力r 5 引, 因而 研 究 由混凝 土 白干 燥引 发 的湿度变 化及 相应 变形 发展规 律 具 有 十分重要的理论与实践意义 建立预测 由混凝土 自 干燥 引发 的湿度 变 化 模 型 和 变 形模 型 , 可 以控 制 和 改 良混凝 土结 构 的 收缩
16、 与 开 裂目前 相关 研 究 相 对 较少 , 对 自收缩 的驱 动力 问题研 究不 足 针对 以上 问 题 , 本文 首先建 立 了混 凝 土 内部 湿 度 与 变 形 的 一体 化测 定方 法 , 并 从混 凝 土浇 注开始 , 连续 测定 了 3个 强度等级混凝土 ( C 3 0 , C 5 0和 C 8 0 ) 在 密封养护 下 7 7 d龄期内的内部相对湿度和 自由变形 , 对其发展 规 律进 行 了分析 阐述 ; 同时 借助 已建 立 的分析 模 型 , 对 长龄 期 混 凝 土 自收 缩 与 内 部 湿 度 进 行 了 预 测 分 析 , 并 与试 验结果 进行 了对 比 ,
17、以期对 混凝 土 收缩 致 裂 问题 的深入理 解有 所 帮助 1 试验方案 I I 原材 料 和配 合 比 试 验采 用 金 隅 牌 P 04 2 5水 泥 ; 粗 骨 料 为 破 碎 石灰 石 , 粒 径 5 2 0 mm; 细 骨 料 为 天 然砂 , 细 度 模 数 2 6 4 ; 粉 煤 灰 为 内蒙 古 元 宝 山发 电 厂 生 产 的 I级低钙灰 ; 硅灰 由贵州红枫铁合金 厂生产 , 比表 面 积 为 2 0 0 0 0 m k g ; 减 水 剂 为 聚羧 酸减 水 剂 ; 水 为 自来 水 依 2 8 d抗 压 强 度 设 计 了 3 0 , 5 0 , 8 0 MP a
18、的 3个 强 度等 级 混 凝 土 , 即 C 3 0 , C 5 0和 C 8 0 , 其 配 合 比和 实 测 的 2 8 d抗 压 强 度 , c 瑚 如表 1所 示 试 验 时通 过调 节 减 水 剂 用 量 将 混 凝 土 的坍 落 度 控 制 在 8 O 1 0 0 mm 表 1 混凝土配合 比 Ta b l e I M i x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e Co d e mw mL F l y S i l i a , c d MP a ce me n t S a n d ,S t o n e as f u l L m LU e
19、 3 4 1 5 0 8 8 4 3 I 2试验 方法 采用 内尺寸为 3 5 0 mmX1 0 0 mmX1 0 0 mm 的 有 机玻 璃模 具 , 在 试 模 两 端 放 置厚 2 mm 的 有 机 玻 璃 片 , 侧面各 放 置一 块 3 5 0 mm X 1 0 0 mm X 2 0 mm 的 有机 玻 璃 板 , 使 试 件 实 际 尺 寸 为 3 5 0 mm X i 0 0 mmX 6 0 mm, 以减 小试 件 厚 度 , 尽 可 能 消 除 湿 度 梯度 的影 响 , 同时厚 度又不 失代 表性 ( 试件 最 小尺 寸3 倍骨 料最大粒径 ) 采用 电容式 温湿 度传感 器
20、 , 其 相 对 湿 度 ( RH) 测 量 范 围 0 1 0 0 , 误 差 2 , 温度测定 范围一i 0 6 0 , 误差 士0 5 变 形 采用线性变形差动传感器测定 , 量程 O 2 mm, 精度 1 ff m 湿度 和变 形 的数 值均 通过计 算机 采集并 存 储 , 采集频率为 1 次 mi n 试验在 2 0 2 2, 相对湿 度 为 ( 4 0 5 ) 的环境 中进行 混 凝土 浇 注 前 , 首 先在 试 模 底 面 放置 1 mm 厚 的聚 四氟 乙烯薄 板 , 以尽 量 消 除 混凝 土 底 面 与 模具 的磨阻力, 然后在试模内铺一层塑料膜, 安放好铜质 收缩头
21、混凝土浇注完成后 , 插人放置传感器的塑料 管 , 该 塑 料管外 径 2 0 mm, 管底 封 闭 , 在 距 管底 2 mm 处沿 外环 线方 向有两段 宽 为 3 mm 的不 连通 的环 状 带 为 了防止水 泥浆 通过 环状 带进 入塑料 管 , 试 验前 先 在塑 料管 内部 插 入 与其 内径 相 当的 铝棒 成 型 时 试件在振动台上振动至表面出浆并抹面, 然后将塑 料管竖直插入试件 中心 , 使得管端不连通环状带位 于试件 高度 中心 位 置 最 后 使 用 双 层 塑料 膜 对 试 件 进行密 封 在振 动 过 程 中确 保 铜 质 收缩 测 头 位 于 试 件断 面 中心
22、, 以保 证 变形 测 定 值 为 试 件 长度 方 向轴 线变 形 振 捣完 成后 , 将试 模静 置于 表面水 平 的测 试 平台上 混凝土试件浇注完成约 3 h后 , 拔出塑料管 中的铝棒 , 并用海绵吸出残留在塑料管底端的浆体 , 将传感器放入塑料管中, 并密封塑料管 口 安放好温 湿度传感器之后 , 再拔 出试件两端 的有机玻璃薄片 和两侧 面 的砂 浆板 , 使试 件处 于相 对 自由的状 态 然 后 安装位 移传 感 器 , 使 其 测 头顶 在从 试 模 导 出 的细 螺 栓头 上 测 量 装置 如 图 1所示 采用 该 装 置 , 可 以 实现混凝 土 变形 与 内部湿度 的
23、同步测 定 O 5 O 5 6 8 0 O 0 5 9 4 1 O 1 O 5 O 5 8 8 7 6 5 6 5 O 8 8 5 ; 0 5 O 4 4 5 2 3 4 2 3 O 6 4 3 O 0 O 0 O 0 3 5 8 C C C 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 6 建筑材料学报 第 1 6 卷 短 与混凝 土水 灰 比呈 正 相 关 关 系 , 即水 灰 ( 胶 ) 比越 大 , 饱 和期越 长 9 本试 验表 明 3种 强度 等级 混 凝 土 湿 度饱 和期 的 长短 顺 序
24、 为 C 3 0 C 5 0 C 8 0 在 湿 度 饱 和期内, 混凝土内部无毛细张力 , 其收缩是水泥水 化产 生 的化 学减 缩 的宏 观 表 现 混 凝 土凝 结 初 期 的 水 泥水化反 应快 , 导 致其 化学 减缩发 展快 , 且 此时 混 凝土 自身刚度较低 , 化学减缩能够较大程度地转变 为混凝 土宏 观 的 自收 缩 , 因此 混凝 土 的 自收 缩表 现 出较为明显的增长 随着水化速率的减慢 以及混凝 土刚 度 的增 大 , 混 凝 土 的收缩速 率也 逐渐 变慢 在 湿 度饱和期结束时, C 3 0 , C 5 0和 C 8 0混凝土的 自收缩 分别 为 4 2 1 0
25、 一 , 1 6 0 1 0 和 3 4 2 1 0 ( 2 ) 湿 度 下 降期 : 随着水 化 的进行 , 混凝 土 内部液 态水 逐 渐减 少 , 当液态水被水化 物逐渐隔离 , 其连续性被破坏 后 , 孔 隙 内蒸 汽压 开始 低于饱 和 蒸汽压 , 因此相 对 湿 度开始下降 由于密封条件下混凝土与周围环境无 水分 交换 , 故 湿 度 下 降 仅 由水 泥 水 化 引 起 到 7 7 d 龄期 时 , C 3 0 , C 5 0和 C 8 0混 凝 土 的 内部 相 对湿 度 分 别 降至 8 5 7 , 8 2 0 和 7 6 0 , 可 见 混 凝 土强 度 等级越高 , 水
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- 密封 养护 混凝土 内部 湿度 收缩 一体化 试验 模拟
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