CN105738603A - 一种新的测定早龄期混凝土抗裂性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于早龄期混凝土断裂研究领域，涉及一种新的测定早龄期混凝土抗裂性试验方法。将厚度为12.5mm的内置钢环置于厚度为75mm的椭圆形混凝土环内侧，混凝土环与内置钢环紧贴；混凝土环和内置钢环的高度均为75mm；内置钢环外环的长短轴之比a/b＝2，a＝150mm，b＝75mm。应变片分别置于水平距离内置钢环内环的长轴端50mm，且均位于内置钢环的同一高度；应变片与采集系统连接，将混凝土环外圆周表面用铝带密封，混凝土环的上、下表面保持干燥状态。本发明解决了在混凝土环外部开裂问题，且开裂时间提前和开裂位置固定，裂缝出现在椭圆环内圆周且在椭圆环长轴附近，利于对限制收缩条件下早龄期混凝土断裂的研究。
Description
技术领域
本发明属于早龄期混凝土断裂研究领域，涉及采用一种椭圆环几何参数模型和试件干燥方式测定早龄期混凝土抗裂性的新实验方法，具体涉及采用椭圆环试件测定限制收缩条件下早龄期混凝土抗裂性。
背景技术
由于早龄期混凝土极易在限制收缩条件下产生裂缝而影响结构的安全性、耐久性及适用性，因此找一种简单有效的方法来评估早龄期混凝土的抗裂性，显的十分重要。目前限制收缩圆环(美国材料与试验协会(ASTM)推荐的C1581/C1581M-09a(2009)试验方法)被较为广泛地应用于混凝土在限制收缩条件下的抗裂性评估，但对于某些抗裂性较强的混凝土，限制收缩圆环不能提供足够的约束刚度，导致混凝土在实验期间内无裂缝产生，因此无法有效地对其抗裂性能进行评价。基于此，有些学者提出采用一种限制收缩椭圆环来测定混凝土抗裂性。申请号：2014106867161，名称为采用椭圆环试件测定早龄期混凝土抗裂性的方法中关于相关背景技术有详细阐述。周向明、董伟等(ExperimentalandNumericalAssessmentofRestrainedShrinkageCrackingofConcreteUsingEllipticalRingSpecimens.JournalofMaterialsinCivilEngineering.11/2014；26(11):04014087.)研究限制收缩条件下抗裂性评估时发现椭圆环的几何参数是一个重要的影响因素，并采用37.5mm的混凝土椭圆环与传统圆环进行对比试验，发现采用椭圆环外环的长短轴之比为a/b＝2，尺寸为a＝150mm,b＝75mm时，这种方法可减少试验时间，且有开裂位置更加固定等优点，需要特别指出的是，上述专利和所提文章研究对象均为37.5mm厚的混凝土椭圆环，只适用于较小骨料粒径(直径小于10mm)的早龄期混凝土的抗裂性评定。而实际工程中混凝土的骨料粒径通常为5mm-25mm，在对于较大骨料粒径(直径大于15mm)混凝土的抗裂性评测中，由于37.5mm的试件厚度无法满足大于三倍骨料粒径的要求，因此上述方法无法得到有效的应用。目前对于较大粒径混凝土，通常采用美国国家公路与运输协会AASHTO推荐的PP34-99(2004)试验方法，采用75mm厚度圆环，通过外圆周干燥的方式来对其抗裂性进行评测。但这种方法存在两个主要的问题：首先，壁厚增大到75mm以后，混凝土刚度增大，使得内置钢圆环提供的约束度显著降低，因次无法真实模拟实际工程中的约束情况。其次，这种外圆周干燥的方式，使得混凝土轴向方向湿度极不均匀，引起外圆周混凝土拉应力超过其抗拉强度，进而在外圆周处产生裂缝，这在实验中已经得到了验证(AkhterB.Hossain,JasonWeiss.Theroleofspecimengeometryandboundaryconditionsonstressdevelopmentandcrackingintherestrainedringtest.CementandConcreteResearch36(2006)189-199.)。基于此，本申请提出采用尺寸为a＝150mm,b＝75mm的椭圆环试件，并采用上、下表面干燥的方式(两面干燥的方式使得混凝土内部形成较为均匀的湿度场，在该条件下裂缝产生于内圆周，是收缩受到钢环约束所引起)来评测较大骨料粒径混凝土的抗裂性。本申请所提出的椭圆环方法大大提高了实验的约束度，克服了圆环实验无法使混凝土在早龄期开裂的问题；同时这种干燥方式很好地解决了目前圆环方法中由于湿度分布不均所引起的开裂问题，对测定较大骨料粒径早龄期混凝土的抗裂性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术方法中存在的缺点，提出采用一种椭圆环几何参数和试件干燥方式来测定早龄期混凝土抗裂性的试验方法。该方法为在温度为19.3‐22.7℃，相对湿度为46％‐54％的环境下，内置钢环和混凝土环的厚度分别为12.5mm和75mm，混凝土环、内置钢环高度均为75mm，钢椭圆环外环的长短轴之比a/b＝2，尺寸a＝150mm，b＝75mm，并采用将混凝土环外圆周表面用铝带密封，混凝土环的上、下表面不需密封的方式来进行测定早龄期混凝土抗裂性。该方法不仅出现开裂时间早，而且开裂位置在椭圆环内圆周，且基本在椭圆环长轴附近，更能体现是由于限制收缩而产生的开裂。该方法更利于早龄期混凝土断裂的研究。
本发明的技术方案是：一种新的测定早龄期混凝土抗裂性试验方法，具体步骤如下：
在温度为19.3‐22.7℃，相对湿度为46％‐54％的环境下，在厚度为75mm椭圆形混凝土环的内侧有厚度为12.5mm的内置钢环，混凝土环与内置钢环紧贴；内置钢环和混凝土环的高度均为75mm；钢椭圆环外环的长短轴之比a/b＝2，a＝150mm,b＝75mm。四个应变片分别置于水平距离钢椭圆环内侧长轴端50mm的位置上，且均位于内置钢环的同一高度，该高度为内置钢环的中间位置；将上述四个应变片与采集系统连接，将混凝土环外圆周表面用铝带密封，混凝土环的上、下表面不需密封。数据采集系统显示混凝土开裂与失稳时钢环上应变的反应。随着混凝土的养护，混凝土环因内置钢环限制收缩和外圆周表面密封而出现裂缝。
本发明的有益效果是：
一、本发明所采用的椭圆环几何参数模型和试件干燥方式，克服了圆环试验中由于约束刚度不足而导致开裂时间较长的缺点，增加开裂敏感性。相对于圆环试验，此发明更能使混凝土在早龄期开裂，从而可大大减少试验进行时间；同时这种干燥方式很好地解决了目前圆环方法中由于湿度分布不均所引起的开裂问题，有利于评定较大粒径混凝土抗裂性，为我国评定早龄期混凝土抗裂标准试验方法提供参考。在强约束条件下对于测定强抗裂性混凝土的开裂性能也显得十分重要。
二、本发明所采用的椭圆环几何参数模型，开裂位置相对固定，基本在长轴端附近，更便于测定限制收缩条件下早龄期混凝土抗裂性，有利于混凝土断裂的开裂性研究。
三、本发明所采用的混凝土环外圆周表面密封，上、下表面不密封的干燥方式，这种干燥方式使得混凝土环内部形成较为均匀的湿度场，在该条件下裂缝由于收缩受到钢环约束而产生于内圆周，避免裂缝由于不均匀收缩产生于混凝土环外周围，该方法对测定较大骨料粒径早龄期混凝土的抗裂性具有重要意义。
附图说明
附图是本发明的椭圆环试件结构示意图。
图中：1混凝土环；2内置钢环；3应变片；t内置钢环厚度；
a椭圆环长轴半径；b椭圆环短轴半径；c应变片距离钢环内环水平距离。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
1.测试准备
钢环：内置钢环的厚度为12.5mm，高度为75mm，钢椭圆环外环的长短轴之比a/b＝2，尺寸a＝150mm,b＝75mm(见附图)。
混凝土：采用水灰比为0.5的C30混凝土，混凝土环的厚度为75mm，高度为75mm。
应变片：四个应变片，每个应变片都接线到数据采集系统，用来显示钢环内侧应变发展情况。
信息获取：数据采集系统记录下每一个应变片的应变发展。采集系统的采集精度应为±0.0000005m/m。采集系统应在30分钟内记录下应变数据。
平台：采用环氧涂层合板，或采用其他材质平台，其表面应不吸收、不反应。
测试环境：温度为19.3‐22.7℃，相对湿度为46％‐54％的环境中。
2.试件制作和测试建立
1)将四个应变片分别置于水平距离钢椭圆环内侧长轴端50mm的位置上(见图)，且均位于内置钢环的同一高度，该高度为内置钢环的中间位置，并将应变片与采集系统相连接。
2)制作平台，把钢圆环用固定外环螺栓固定在平台上，把内环外侧和外环内侧涂上脱膜剂。制作三个试件，并振捣密实，清理混凝土表面，浇筑后试件在10分钟内送入试验环境中，松开螺栓，2分钟内连接应变片和读数装置，记录时间，30分钟内读取第一次数据。
3)养护：试件需要在温度为21‐25℃下养护24小时，需在第一次收缩读取之后5分钟内送去养护，如果养护可能超过24小时，把外环撤掉。
3.开始测量前准备(15分钟内完成)
1)拿掉外环，拿掉聚乙烯薄膜。
2)把松散的材料从混凝土表面剔掉。
3)用固体石蜡或胶合铝箔密封试件上部。将混凝土环外圆周表面用铝带密封，混凝土环的上、下表面保持干燥状态。
4.测量与记录
记录下开裂时间并计算平均开裂时间，记录下椭圆环试件的开裂位置。
5.结果
采用水灰比为0.5的C30混凝土，椭圆环试件出现开裂在12天，裂缝都出现在椭圆环试件内圆周，这说明是由于限制收缩受到钢环约束所引起的裂缝，且裂缝都基本出现在长轴附近。
对比圆环测试，圆环试件出现开裂在22天，并且开裂没有相对固定位置，相比较，椭圆环测试出现开裂时间提前了10天，出现裂缝的位置也更加固定，基本在椭圆环长轴附近，这对测定早龄期混凝土抗裂性提供更好的测试方法。
Claims (1)
1.一种新的测定早龄期混凝土抗裂性试验方法，其特征在于，步骤如下：在温度为19.3-22.7℃，相对湿度为46％-54％的环境下，在厚度为75mm椭圆形混凝土环的内侧有厚度为12.5mm的内置钢环，混凝土环与内置钢环紧贴；内置钢环和混凝土环的高度均为75mm；钢椭圆环外环的长短轴之比a/b＝2，a＝150mm，b＝75mm；四个应变片分别置于水平距离钢椭圆环内侧长轴端50mm的位置上，且均位于内置钢环的同一高度，该高度为内置钢环的中间位置；将上述四个应变片与采集系统连接，将混凝土环外圆周表面用铝带密封，混凝土环的上、下表面不需密封；数据采集系统显示混凝土开裂与失稳时钢环上应变的反应。
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