CN102520143A - 一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法。采用一种新型模具成型试件进行开裂试验，测试水泥净浆或砂浆的收缩开裂性能。模具由底座、外模与钢圆柱组成；钢圆柱固定在底座上；外模与底座活动连接；外模呈正方形，内部为一个钢圆柱，钢圆柱不在正方形中心，处于单向偏心位置。钢圆柱直径与外模内边长之比i满足0.5＜i＜1；钢圆柱与外模的高度要满足成型试件的厚度大于等于试验用砂最大粒径的5倍。钢圆柱偏心位置的选取，通过ANSYS软件对成型试件进行有限元分析确定。本发明可预知开裂位置，加快试件开裂，且可使开裂从外界面开始。

Description

一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法

技术领域

本发明属于建筑材料、土木工程技术领域，特别是涉及一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法。

背景技术

水泥净浆或砂浆是建筑工程领域不可或缺的建筑材料。其优越的工程性能得到业内人士的一致认可。2010年我国水泥产量达18.68亿吨，超过世界水泥总产量的1/2。据业内专家预测，未来20年是中国城市化进程最快的20年。中国将成为世界上商品化砂浆应用量最大的国家之一。在水泥净浆或砂浆大规模用于工程实践的同时，出现了一个难以解决的问题——水泥净浆或砂浆的开裂。水泥净浆或砂浆材料一旦出现裂缝，不仅影响建筑物的美观，还可能导致建筑物的部分使用性能下降，这需要耗费大量的人力物力财力进行修补。因此，如何最大限度的减小水泥净浆或砂浆的开裂成为工程技术界亟待解决的一个问题。

导致水泥净浆或砂浆开裂的因素是多种多样的，包括其材料本身的性质、施工质量、温控措施、气候条件等，其中干缩、水化热以及温度变化是引起开裂的主要原因。正确地检测与评价水泥净浆或砂浆的开裂性能，是采取措施有效地减少或避免其开裂的前提。目前国内外有比较多的研究水泥净浆或砂浆开裂的方法，比较成熟的主要有平板法、圆环法和单轴法。其中圆环法可综合反映水泥净浆或砂浆干缩、徐变、弹性模量等因素对试件开裂的影响，因此圆环试验装置开发较早、发展很快。但是圆环法具有以下三方面的不足：(1)任一径向平面上应力分布完全相同，使得在圆环实验中，圆环试件的开裂位置无法提前预知；(2)开裂时间过长，敏感性差，试验周期长；(3)对圆环试件进行理论分析可知，圆环试件开裂从内界面开始，这将受到圆环制作误差以及刷油不均的影响。

发明内容

本发明所涉及的方法，其核心是采用一种新型模具成型试件来测试水泥净浆或砂浆的收缩开裂性能。该方法弥补了传统圆环试验的不足，可以预知开裂位置，加快试件的开裂，且可使开裂从外界面开始。本发明旨在建立一种更科学、更方便、更准确的方法来研究水泥净浆或砂浆的收缩开裂性能，为今后制定相关试验方法规范提供依据。

本发明的技术方案如下：

一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法，采用一种新型模具成型试件来进行开裂试验，以测试水泥净浆或砂浆的开裂性能。模具由底座、外模与钢圆柱组成；钢圆柱固定在底座上；外模与底座活动连接；外模呈正方形，内部为一个钢圆柱，钢圆柱不在正方形的中心，而是处于单向偏心位置。

模具尺寸满足以下条件：

(1)钢圆柱直径与外模内边长之比i满足：0.5＜i＜1；

(2)钢圆柱与外模的高度要满足：成型试件的厚度大于等于试验用砂最大粒径的5倍。

钢圆柱偏心位置的选取通过ANSYS软件对成型试件进行有限元分析确定，其满足以下三个条件：

(1)AB截面B点应力大于A点应力；

(2)AB截面各点X方向的应力与Y方向的应力比值最大值不超过20％，截面上X方向的最大应力与Y方向的最大应力比值不超过20％，截面上X方向的平均应力与Y方向的平均应力比值小于等于10％；

(3)AB截面应力最大最小值相差不超过15％，A、B两点应力相差小于等于10％。

本发明的有益效果是：

(1)试件收缩时，偏心约束导致应力最大截面唯一，该截面位于对称轴上，截面尺寸最小，如图2所示的AB截面，该截面即为指定开裂截面。从而在开裂试验中，可以预知开裂位置，方便了裂缝的观测；

(2)试件收缩时，偏心约束导致应力集中，AB截面上应力较大，从而加快了试件开裂，缩短了试验周期；

(3)设计内圆偏心位置使得AB截面B点应力大于A点应力(图3)，则裂缝将从外边缘产生，避免了从内边缘开裂受内部钢环制作误差以及钢环上刷油不均的影响。

附图说明

图1——模具形状平面图与剖面图；

图2——试件形状图；

图3——AB截面应力值；

图4——AB截面X与Y方向应力比。

图中：1底座；2外模；3试件；4钢圆柱。

具体实施方式

本发明可用于水泥净浆或砂浆的收缩开裂试验。在做不同材料的收缩开裂试验，或是试验有特殊要求时，试模尺寸可以根据需要进行改动。下面对本发明具体实施方式进行说明：

用如图1所示的模具，成型试件来研究水泥净浆或砂浆的收缩开裂性能，模具尺寸需满足试件厚度大于等于试验用砂最大粒径的5倍，内圆直径与试件边长之比i满足：0.5＜i＜1。如图2所示，该模具成型的试件外边界为正方形，内边界为一个圆，圆不在正方形的中心，而是处于单向偏心位置。试件成型之前，首先在钢圆柱的外侧面和外模的内侧面涂抹一层隔离剂，然后浇注按设计配比搅拌均匀的水泥净浆或砂浆，振实后抹平上表面，在室内静置至试件终凝。试件成型后，将外模拆除，并在试件上表面涂一层凡士林限制顶面水分蒸发。然后将试件连同钢圆柱和底座置于温度在20℃、相对湿度40％的室内。当试件收缩时，模具内部的钢圆柱会给试件提供径向约束。在试件开裂边缘表面贴一个电阻应变片，并将应变片的数据采集仪与计算机相连接，裂缝产生时应变仪读数突变，从而记录开裂时间。

通过ANSYS软件对试件分析得知，偏心钢圆柱约束导致应力集中，应力最大截面唯一。该截面位于对称轴上，是整个试件截面尺寸最小的截面，如图2所示的AB截面，该截面即为指定开裂截面。AB截面的受力情况与内圆偏心位置有关，内圆偏心位置的选取满足以下条件：

(1)AB截面B点应力大于A点应力，即开裂从外边缘展开；

(2)AB截面各点X方向的应力与Y方向的应力比值最大值不超过20％，截面上X方向的最大应力与Y方向的最大应力比值不超过20％，截面上X方向的平均应力与Y方向的平均应力比值小于等于10％，即X方向的应力可忽略不计；

(3)AB截面Y方向应力(或第一主应力)最大最小值相差不超过15％，A、B两点应力相差小于等于10％，即保证截面受力均匀。

具体尺寸说明：

如图1所示的实验模具除内部约束为钢材外，其余全为有机玻璃制作。模具成型的试件如图2所示，边长为170mm，内部圆环直径为100mm，试件高25mm，圆环中心距试件上下边的距离均为85mm。通过有限元分析(图3，图4)，依据技术方案中所述的偏心位置确定方法，且考虑到开裂部位截面尺寸越小偶然误差越大。选取偏心位置为：圆环中心距试件左右两边的距离分别为100mm、70mm；图中L为圆中心到B点的距离。

试验所用水泥为天津水泥股份有限公司水泥分公司生产的骆驼牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；砂为河砂，最大粒径5mm，连续级配，细度模数2.55；橡胶颗粒由天津科威橡胶厂生产，粒径为50目与16目两种，表观密度1050kg/m3；水为自来水。净浆试验水灰比设计为0.3和0.4。砂浆试验水灰比设计为0.5。按照上述试验方法，实验结果整理如下。净浆试验结果如表1所示。砂浆试验结果如表2所示。

表1净浆试验

表2砂浆试验

从表1可以看出，净浆试件的开裂位置在AB截面附近，因此本发明可以预知试件开裂位置。其次，根据天津大学朱涵与亢景付等教授的实验研究，试验条件相似截面尺寸相仿的净浆圆环试验，水灰比为0.3且不掺橡胶时，开裂时间为32h左右；水灰比为0.3且橡胶掺量为10％时，开裂时间为36～40h左右；水灰比为0.4且不掺橡胶时，开裂时间为37h左右；水灰比为0.4且橡胶掺量为10％时，开裂时间为40～45h左右。通过与以上实验结果对比，本发明所提出的方法，加快了净浆试件的开裂，缩短了试验周期。

从表2可以看出，砂浆试件的开裂位置在AB截面附近，因此本发明可以预知开裂位置。其次，根据天津大学朱涵教授课题组的实验研究，试验条件相似，截面尺寸相仿的砂浆圆环试验，水灰比为0.5且不掺橡胶时，开裂时间为282h左右；水灰比为0.5且橡胶掺量为5％时，开裂时间为367h左右。通过与以上实验结果对比，本发明所提出的方法，加快了砂浆试件的开裂，缩短了试验周期。

根据已有圆环试验的研究结论，水灰比越大，开裂时间越长；掺橡胶可以延长圆环试件开裂。以上试验结果均满足已有的研究结论，其对本发明所述方法进行了验证。

Claims (3)

1.一种测试水泥净浆或砂浆收缩开裂性能的方法，其特征是采用一种试验模具成型试件进行开裂试验；模具由底座、外模与钢圆柱组成；钢圆柱固定在底座上；外模与底座活动连接；外模呈正方形，内部为一个钢圆柱，钢圆柱不在正方形的中心，而是处于单向偏心位置。

2.如权利要求1所述的试验模具，其特征是钢圆柱直径与外模内边长之比i满足0.5＜i＜1；钢圆柱与外模的高度要满足成型试件的厚度大于等于试验用砂最大粒径的5倍。

3.如权利要求1所述的单向偏心位置，其特征是偏心位置的选取满足以下条件：

(1)AB截面B点应力大于A点应力；

(2)AB截面各点X方向的应力与Y方向的应力比值最大值不超过20％，截面上X方向的最大应力与Y方向的最大应力比值不超过20％，截面上X方向的平均应力与Y方向的平均应力比值小于等于10％；

(3)AB截面应力最大最小值相差不超过15％，A、B两点应力相差小于等于10％。

Images