钢筋对混凝土收缩变形分布的影响.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3年第 6期( 总第 1 8 0期 ) 钢 筋对 混凝 土收缩变形分 布 的影 响 李如群 ， 沙敏 ( 中国船舶重工集团公 司第 7 0 3研究所 。 哈尔滨1 5 0 0 3 6) 【 摘要】 采用固定多组位移传感器方法， 研究了单面干燥条件下不同配筋形式混凝土试件距离表面不同 深度处的收缩变形。结果表明： 配筋与未配筋混凝土试件均存在沿着距离干燥表面深度方向的收缩变形梯度； 配 筋率越高， 钢筋附近混凝土收缩所受约束程度越大， 导致混凝土试件内外层的收缩变形梯度差加剧。 【 关键词】 混凝土； 配筋； 收缩分布； 约束程度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 I 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 2 6 0 3 EF F ECTS oF REI NFoRCE 匝 T oN S HRD KAGE DI s TRI UTl oN 0lF CoNCRETE LI Ru qu n，S HA Mi n ( 7 0 3 R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a S h i p b u i l d i n g I n d u s t r y C o r p o r a t i o n ，H a r b i n 1 5 0 0 3 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S h ri n k a g e s t r a i n o f c o n c r e t e s p e c i me n wi t h d i ff e r e n t r e i n f o r c e me n t a r r a n g e me n t w a s me a $ 一 u r e d i n v a rio u s d e p t h s f r o m the e x p o s e d s u r f a c e b y u s i n g s e v e r a l pa i r s o f fix e d d i s p l a c e me n t s e n s o r s On l y o ne s u r f a c e o f the c o n c r e t e s pe c i me n wa s e x po s e d t o d r y c o n di t i o n d u ring the e x pe r i me nt T he r e s u l t s s h o w tha t d i ff e r e n t i a l s h i n k a g e s tra i n d i s t r i b u ti o n O C C l I I i n b o th p l a i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s p e c i me ns a c c o r d i n g t o d e pths f r o m the e x po s e d c o n c r e t e s u rfa c e A hi g h e r r e i nfo r c e me n t r a ti o r e s u l t s i n a g r e a t e r r e s t r i c ti o n a g a i n s t s h r i n k age o f c o n c r e t e n e a r b y r e i n f o r c e me n t b a r s a n d a w o rse d i ff e r e n t i a l s hi n kag e s t r a i n d i s t r i b u tio n i n the c o n c r e t e s p e c i me n Ke y wo r d s： Co n c r e t e；r e i nfo r c e me n t ；s h r i n k ag e d i s t r i b u tio n；res t r i c ti o n l e v e l 长期以来 ， 收缩开裂是混凝土材料研究与工程应 用中受到广泛关注的课题 。国内外 已有大量关于 混凝土在外部约束或 自由状态下的宏观收缩与开裂 方面的研究报道 ， 采用的研究方法通常是在固定 的温 度 、 湿 度 环 境 条 件下 测 量 混 凝 土 试 件 的整 体 变 形。然而 ， 实际工程 中的混凝 土 由于 距离 表面层 不 同 深度 处 的温 、 湿度 分布 不 同 ， 从而 形成 明显 的 收缩变 形梯度和 自约束收缩应力 ， 由此产生的自约束收缩 应力会 加 剧 混 凝 土开 裂 ， 此 方 面研 究很 少报 道 。同 时 ， 实际工程混凝 土都是 以钢筋混凝 土构件形式存 在， 配筋也会对混凝土局部收缩产生约束作用 ， 因 而这时混凝土内部收缩变形分布和 自约束 收缩应力 分布更加复杂。因此， 文中采用多组位移传感器收缩 测试装置 ， 研究了在不同配筋混凝土试件在单面干燥 条件下距离表面不同深度处的收缩变形分布规律( 测 试龄期为 3 2 8 d ) ， 此研 究结果 可 为正确评 价 和预 测 实际混凝 土构件的收缩开裂形 为提供理论依据 。 1 实验 1 1 原材料 采用强度等级为4 2 5的普通硅酸盐水泥， 比表面 O 0O 0o oo Do oo O o O0 OO oo OO OO O0 O O OO oo O0 OO oO OO O O oO OO O O OO oO O O OO OO OO OO o0 OO OO 0o O O OO OO OO OO O O oO OO OO oo oO O 当放宽 1 一 2 ， 压实效果仍然较好。 参 考文献 1 彭练红， 王建新， 邓乾忠， 等 大别山区花岗质片麻岩特征及 其地质演化 J 资源环境与工程， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 3 2 2 3 9 2 3 李洁 ， 唐 英旺 石灰改 良全风化花 岗岩路基 填料试验 研究及 施 工 工 艺 J 湖 南 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) ， 2 0 0 2， 2 9 ( 3 ) ： 1 6 1 3 J T G E 4 0 2 0 0 7 ， 公路土 工试验规程 s ， 4 J T G D 3 0- 2 0 0 4 ， 公 路路基设计规 范 s 】 5 美 卓戴纳 派克公 司 压实 与摊铺 M 北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 2 【 收稿 日期 2 0 1 3一 o 2一 o 4 作者简介】 常乃坤 ( 1 9 7 8一) ， 男 ， 安 徽蚌埠人 ， 工程 师 ， 从 事 路桥科研与施工管理工作 。 李如群等 ： 钢筋对混凝土收缩 变形分布 的影 响 积为 3 4 7 m k g 。粗 骨 料 为石 灰 岩质 碎 石 ， 粒 径 5 2 0 ra m连续 级配 ， 压碎指 标 为 4 9 ， 针 片状含 量 3 ； 细集料为细度模数为2 8 5的江砂， 颗粒级配符合 区 级配。硅灰( s r ) 为挪威埃肯公司提供的中密质硅灰， 其平均粒 径 为 0 1 lx m。减 水 剂 采用上 海 花 王公 司 生 产的 Mi g l l t y 1 0 0高效减水剂， 最佳掺量为胶凝材料质 量的 0 7 1 2 。本 研究 中共设 计 了三 个混 凝 土 配合比， 具体见表 1 所示。实验过程中， 通过调整减水 剂的掺量， 使各混凝土的初始坍落度达到 1 82 0 c m 范围 。 1 2 试件制作 混凝土 试 件 的尺 寸 为 1 0 0 ra m x 2 0 0 ra m x 4 0 0 ra m 棱柱体， 距 离 混凝 土浇注 成型 的底面 1 0 、 5 5 ra m 和 1 0 0 m m位置处在棱柱体试件的两个端面上对称预埋铜 l 0 0 l 0 0 制测头。用直径 6 1 o m m长度 4 0 0 ra m 的带肋变形钢 筋， 在混凝土浇注成型时沿着混凝土长轴方向不同位 置处预埋钢筋， 3种混凝土分别采用 I、 、 不同的 配筋形式。图 1为 3种配筋混凝土试件 的端面示意 图， 各试件 中钢筋与测头的相对位置各不相同， 因而 不同位置处 的混凝 土收缩 受 钢筋 的 约束 和影 响也 不 相同。 表 1 混凝土配合 比 试件 每立方米各材料用量 k g m I 3 2 8 d抗压强度 水 泥硅灰 水 碎石 砂 减水剂 MP a ( a ) 钢筋形式I ( 混凝土A ) ( b ) 钢筋形式I I ( 混凝土B) ( c ) 钢筋形式I I I( 混凝土c) 图1 混凝 土试件 配筋示意 图 试 验时 ， 先将铜制 测头 与钢筋按 设计 位置 固定在 特制的模具中， 每个配 比混凝土各浇注成型配筋与不 配筋试件各一个， 所有混凝土试件在浇注密实后置于 室温下养护 2 4 h脱模 。另外 ， 本研 究主要考 虑湿度扩 散对混凝土收缩分布的影响， 为了减少混凝土 自收缩 对测试结果的影响， 各试件在标准养护 3 d后开始测 试。为了达到单面干燥的效果 ， 对混凝土试件除了成 型底 面外的其它 5 个 表面均进行密封处理 。 1 3测试方法 采用多组接触式 L V D T差动变压位移传感器对混 凝土试件中不同深度处 的收缩变形实时监测， 传感器 量程为0 2 m m， 测试精度为 0 1 ， 使用温度范围 一 1 0 + 7 0 ， 使用湿度范围为 2 0 9 0 。在整个 实验过程中， 混凝土试件和整个测试系统安置在一封 闭完好的有机玻璃容器 中， 容 器 中的环境 相对湿度 通 过饱和盐溶 液控 制在 ( 5 51 ) 范 围， 整个测 量 系统 的环境温度通过室 内空调控制 在( 2 0 2 ) o C范围。 2结果与分析 2 1 配筋形式 I 对 收缩分 布的影 响 图 2为混凝 土 A在 配筋 形式 I和不 配 筋 时单 面 干燥条件下 的收缩分 布情况 。可 见 ， 配 筋与未 配筋 混 凝土试件均存在较明显的收缩分布梯度， 即： 在达到 相 同干 燥龄 期 时 ， 距 离混凝 土试 件干 燥 表面越 深 处 ， 混凝土收缩变形越小。由图可见 ， 距离干燥表面同一 深度 处 ， 配筋 混凝 土 的收缩 明显 小 于来 配筋 混凝 土 ， 说明钢筋对混凝土收缩起到一定约束作用； 到 2 8 d时， 未配筋试 件 中距 离干 燥 表面 1 0 ra m、 5 5 ra m、 1 0 0 ra m 处 混凝 土 的 收缩 分 别 为 1 7 0 81 0 、 1 4 5 21 0 和 1 1 6 1 1 0 ， 配筋 试件 中距离干燥 表面 1 0 ra m、 5 5 ra m、 1 0 0 ra m处混凝 土 的收缩 分 别 为 1 4 6 51 0 、 4 3 8 l 0 和 3 5 8 1 0 - 6 ， 分别是未配筋试件中混凝土收缩 的 8 5 8 、 3 0 2 和 3 0 8 ； 由于配 筋形 式 I中钢 筋 分布于距离干燥表面 5 5 ra m和 1 0 0 m m深度处， 距离钢 筋较近 的 5 5 m m、 1 0 0 ra m深 度处 两个 测点 混凝 土收缩 受约束程度明显大于表面 1 0 ra m处混凝土， 从而导致 表层混凝 土与内层混 凝土之间的收缩差明显增大 。 低温建筑技术 2 0 1 3年第 6期 ( 总第 1 8 0期 ) 、。 2 好 擎 1 4 7 1 0 1 3 1 6 1 9 2 2 2 5 2 8 时间， d 图2 配筋形式 I 对混凝土 A收缩变形分布的影响 2 2配筋形式 收缩分布的影响 图 3为混凝土 B在配筋形式 和不配筋时单面干 燥条件下的收缩分布情况。可见， 距离干燥表面同一 深度 处 ， 配 筋混 凝 土 的收缩 明显 小于未 配筋 混凝 土 ： 到 2 8 d时 ， 未配筋 试件 中距 离干燥 表面 1 0 m m、 5 5 m m、 1 0 0 m m处混凝 土的收缩 分别 为 2 6 0 1 x 1 0、 1 9 0 5 X 1 O 和 1 4 71 0 ， 配筋试件中距离干燥表面 1 0 ra m、 5 5 ra m、 1 0 0 ra m处 混 凝 土 的 收缩 分 别 为 1 9 9 71 0 一、 1 5 0 51 0 和 1 3 0 81 0 ， 分别是未配筋试件中混 凝 土收缩的 7 6 8 、 7 9 0 和 8 9 0 ； 配筋 形式 中 钢筋是埋置 于距离 表面 5 5 ra m深 度层处 ， 混凝 土试 件 距离表面 1 0 ra m与 5 5 m m两处收缩受钢筋约束程度相 近， 内层 1 0 0 ra m处收缩受约束程度较小 ； 说明混凝土 收缩受约束程度大小不但与距离钢筋远近有关 ， 还与 实际混凝土收缩值的大小有关 ， 外层混凝土 自由收缩 越大， 收缩时受钢筋的约束程度就会越大。 X 彗 时间 d 图3 配筋形式 对混凝土B 收缩变形分布的影响 2 3 配筋形式 对收缩分布的影 响 图4为混凝土 c在配筋形式和不配筋时单面干 燥条件 下 的收缩 分 布情 况。可见 ， 无 论配 筋 与 否 ， 混 凝 土试 件在单 面 干燥 条件 下均 存在 一定 的 内外 层 收 缩变形 梯度 ， 而且这种 收缩变形梯 度差 比同水灰 比的 未掺硅灰混凝土 B略小； 这主要是由于掺硅灰后混凝 土在测量前即发生了明显的自干燥现象， 而且掺硅灰 混凝土的 白干燥 收缩持续 时间较 长， 从 而导致 内外 层 混凝 土 的收 缩 变形差 有所 减少 。由于配 筋形 式 中 钢筋位 于 距 离 表 面 1 0 0 m m 深 度 层 处 ， 混 凝 土 表 层 1 0 ra m处因距离较远， 混凝土收缩基本不受配筋 的影 响； 另外两个测点收缩受到明显的钢筋约束作用 ： 到 2 8 d时 ， 未配筋试件 中距离 干燥 表面 5 5 m m、 1 0 0 m m处 混凝土的收缩分别为 2 0 1 01 0 和 1 8 4 81 0 I ” ， 配 筋试件中距离干燥表面 5 5 ra m、 1 0 0 ra m处混凝土的收 缩分别为 1 6 5 2 X 1 0 和 1 5 2 51 0 ， 分别是未配筋 试件 中混凝土收缩的 8 2 2 和 8 2 5 。 l 3 1 6 l 9 2 2 2 5 28 时间， d 图4 配筋形式对混凝土c 收缩变形分布的影 响 3结语 配筋 与未 配 筋混凝 土 试件 在单 面 干燥 条 件下 均 存在明显的内外收缩变形差； 配筋率越高 ， 钢筋附近 混凝土收缩所受 约束程度 越大 ， 导致 混凝 土试件 内外 层的收缩变形梯度差加剧。距离钢筋表面越远处的 混凝土收缩受钢筋约束程度越小， 当超过一定距离 时， 钢筋对混凝土收缩几乎无限制作用； 在相同配筋 条件下， 混凝土 自由收缩越大导致混凝土所受约束程 度越高 ， 由此产生的局部收缩应力将越大。 参 考文献 1 K WA K H G， H A S J ， K I M J I C N o n s t r u c t u r a l c ro c k i n g i n R C w a l l s ： P a r t I F i n i t e e l e m e n t f o r mu l a t i o n J C e m C o n c r R e s， 2 0 o 6， 3 6 ( 4 ) ： 7 4 9 7 6 0 t 2 A K HT E R B H，WE I S S J T h e r o l e o f s p e c i m e n g e o m e t r y a n d b o un d a r y c o n d i t i o n s o n s t r e s s d e v e l o p me n t a n d c r a c k i n g i n t h e r e s t r a i n e d r i n g t e s t J C e m C o n e r R e s， 2 0 0 6， 3 6 ( 1 ) ：1 8 9 3 A KK A YA Y，O U Y A N G C，S HA H S P E ff e c t o f s u p p l e me n t a r y c e me n t i t i o u s ma t e ria l s O n s h r i n k a g e a n d c r a c k d e v e l o p me n t i n c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 2 ) ： 1 1 7 4 高小建， 阚雪峰。 杨英姿单面干燥条件下混凝土的收缩变 形分布特征 J 硅酸盐学报， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 1 ) ： 8 79 1 5 S U L E M，B R E UG E L K V T h e e ff e c t o f r e i n f o r c e m e n t o n e a r l y a g e c r a c k i n g d u e t o a u t o g e n o u s s h r i n k a g e a n d t h e r ma l e ff e c t s J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 4， 2 6( 5 )： 5 8 1 5 8 7 收稿日期 2 0 1 3 0 4 2 4 作者简介 李如群 ( 1 9 6 4一) ， 男 ， 黑龙 江鸡 西人 ， 高级工程 师 ， 从 事建筑 工程咨询管理工作 。 0 ， 1 l 0 2 2 l l 苫 _【 x 婚 如 如 如 o 3 2 2 l 1