多层次视角下薄壁结构混凝土收缩变形影响因素研究.pdf

2 0 1 4年 第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 4 No ． 1 2 De c e mbe r 多层次视角下薄壁结构混凝土 收缩变形影响因素研究 郑 睿 长 江工程 职 业技 术学 院 ， 武汉 4 3 0 2 1 2 摘 要 薄壁结构混凝 土在 实际应 用中 ， 常存在 着混凝土收缩 开裂 问题 ， 并成 为影响混凝 土结构 实际耐久性 与 设定功 能实现 的重要 因素。本文 以薄壁结 构混凝土原材料 、 配合比与试件尺 寸为研 究重点 ， 从 多个层 次视 角下探 究 影响薄壁混凝 土收 缩变形的 因素及其影响规律 ， 为薄壁混凝土施工提供 一定的指导 。 关键 词 薄壁 结构 混凝土 ； 收缩变形 ； 影响 因素 Ab s t r a c t T h i n wa l l s t r u c t u r e c o n c r e t e o f t e n h a s s h r i n k a g e c r a c k i n g p r o b l e ms i n p r a c t i c e ，w h i c h b e c o me t h e i mp o r - r a nt f a c t o r a f f e c t i n g a c t u a l c o n cr e t e s t r uc t u r e d ur a b i l i t y a nd s e t t i ng f un c t i o n i mp l e me nt a t i o n．W i t h r a w ma t e r i a l s ，mi x p r o p o r t i o n a n d s p e c i me n s i z e a s t h e k e y p o i n t s o f t h i n w a l l s t ru c t u r e c o n c r e t e ， t h e f a c t o r s a f f e c t i n g s h r i n k a g e d e f o r ma t i o n o f t h i n w a l l c o n c r e t e a n d i t s i n f l u e n c e l a ws a r e e x p l o r e d f r o m t h e p e r s p e c t i v e s o f mu l t i p l e l a y e r s ， wh i c h c a n p r o v i d e a g u i d i n g s i g n i f i c a n c e f o r t h e t h i n wal l c o nc r e t e c o ns t r uc t i o n． Ke y wor ds Th i n wa l l s t r uc t ur e s ；Co n c r e t e ；S hrink a g e d e f o r ma t i o n；Af f e c t i ng f a c t o r s 中图分类号 T U 5 2 8 ． 0 1 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 4 1 2 1 3 0 3 0前言 在同等强度与刚度性能的条件下 ， 薄壁结构混 凝土其相对实心结构混凝土在重量上更为轻便 ， 在 工程应用中可以有效 降低 自重 ， 优化工程 内部配置 与 外 观 质量 。然 而 ， 薄 壁结 构 混 凝 土其 “ 薄 壁 ” 特 性 【 I J ，让其表现出的表面积与其体积的比值较大 ， 且受 其养护环境与养护条件等 因素作用 ， 多会出现一定 程 度 的结构 失 水 问题 ． 引起 混 凝 土 表层 及 内部 干 缩 并进行收缩 。 从而形成裂缝囝 。其 问题 的存在对有效 实 现薄壁结构混凝土 的设定功能及 实际耐久性会 产生负面影响。为了全面综合探究影响薄壁结构混 凝土 收缩 变形的多种 因素 。 选择原材料 、 配合 比与 试件尺寸作为研究视角 ， 结合试验数据探究各 因素 对 薄 壁 混凝 土结 构 所施 加 的 实 际影 响 、 影 响程 度 与 影 响规律 ， 为实践应用提供一定的指导。 1 试 验原材 料 准备 在 本研 究 中 ， 从 多层 次 视 角 下 开 展 影 响薄 壁 结 构混凝 土收缩变形的 因素探究 ， 具体而言 ， 选择原 材料 、 配合 比与试 件尺寸作为研究视角 ， 从多个层 次上 探究多种因素对 薄壁结构混凝 土收缩 变形 的 基 金 项 目湖 北 省 职业 技 术 教 育 学 会 高 职 重 点 课题 Z J ， G A 2 0 1 3 2 7 ；湖 北 省 职 业 技 术 教 育 研 究 中 心 一 般 课 题 G2 0 1 3 C 0 1 3 ； 北 京 市 建 委 一 般 课 题 B J 2 0 1 3 B 0 2 9 。 作用及影响规律 ， 为薄壁结构混凝土实现其结构应 用价值提供指导 。在本文试验研究 中， 其原材料选 择的基础性参数情况如下 在 薄壁 结 构混 凝 土配 置 中 ， 选 择 P 0 4 2 ． 5级 水 泥 ， 其化 学构 成组 分 见表 1 。 表 1 水 泥 的化 学 组 成 ％ 该水泥的物理力学性能见表 2 。 表 2 水 泥的物理力学性 能 在原材料粉煤灰选择 时 ． 依据国家相关标准与 行 业 标准 规 范 对粉 煤 灰 化学 组 成进 行 分 析 ， 并 进 行 相关性能测试 ，确保其性能满足规范与设计要求 在原材料骨料选择时 ，选择优质细砂作为细骨料 ， 通 过 检验 后 表 明 ， 该 中砂 的含 泥量 不 大 于 3 ％， 细度 模 数不 小 于 2 ． 3 ； 选 择粒 度在 5 - 2 2 m m 范 围内 的连续 级 配 玄武 岩 碎 石作 为 粗 骨料 ， 通 过 试 验 分 析 表 明该 粗 骨料实 际含 泥量 在 1 ． 0 ％以下 ，吸水 率不 大于 1 ． O ％， 并对粗骨料硬度 、 承载性能等进行检测 ， 均满 一 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 1 2期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 2 4期 足相关标准要求 ； 在化学 外加 剂选择 时 ． 选择市场 上较为常见 ， 工程施工 中应用较为普遍 的氨基磺酸 盐 、 萘 系与 聚羧酸 减水 剂【 3 ] 。 2 试 验基 本方 法与 标准 设定 参考 G B ／ T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能 试 验方 法 标 准 等相 关 标准 [4 1 ， 在 满 足规 范要 求 的前 提下开展薄壁结构混凝土性能试验 混凝土试件搅 拌成型 1 d后进行脱模作业 ，将试 验试件置于湿度 不小于 9 5 ％、 温度在 1 8 ～ 2 2 ℃的环境条件 下进行 养护， 在一定龄期后进行相关性能测定 。 研 究 试 件 尺 寸 设 定 对 收 缩 变 形 作 用 及 影 响 规 律 时 ， 重 点 研 究 试 件厚 度 的变 化 ． 分 别 选 择 7 5 m mx 1 5 0 mm x 5 5 0 mm 、 l O O mm 1 5 0 mm x 5 5 0 mm、 1 5 0 mm 1 5 0 mm x 5 5 0 m m 三种规 格 。 3 基 于 多层次视 角 下 的研 究 结果 与分 析 3 ． 1 基于原材料因素的薄壁结构混凝土收缩变形 影 响分析 3 ． 1 ． 1 砂 含泥 量对 混凝 土收 缩变 形 的影响 骨料体积在整个混凝土体积 中其所 占据的实 际 比值在 7 0 ％左右 ， 其质量与性能特质直接对混凝 土设计功能实现及特性产生影I1 [5 1 在骨料性能指 标参 数 中 ， 含 泥量 参数 极 为 关键 。在 实 验室 环 境 中 对 砂 作 清 洗 处 理 ，将 含 泥 量 为 0的砂 作 为 基 准 样 本 ， 以基 准 样本 为 基础 掺 人 泥粉 ， 制 备 试 验样 品 ， 其 样 品含 泥 量分 别设 置 为 1 ％、 3 ％ 、 5 ％与 7 ％。为更 好 描述试验结果 ． 依据掺 入减水剂对薄壁结构混凝土 收缩 变形的影 响数据信息 ， 综合龄期变化 ， 借助双 曲线 函数形式进行拟合 ， 结果如图 1 所示 。 宝 j 娉 擎 H - U U l UU 1 U 2 UU 龄期， d 图 1 砂含泥量对薄壁结构混凝土收缩变形 的影响 由图 1可见 ， 砂含泥量与薄壁结构混凝土收缩 变形之间存在着正相关关系 ；从龄期角度来看 ， 早 期含泥量增加对干燥 收缩影响较大 ， 后期表现出缓 和 趋势 。 将 龄期 时 间设 定为 7 d ， 此 阶段含 泥量 为 7 ％ 的混凝 土试件其 收缩值较之完全为 0的含泥 量试 件 干缩 值 出现 了 4 3 ． 9 ％的增 幅 。 基 于此 可 以表 明 ， 含 泥量对砂浆早期干缩作用显著 。引起这种现象的原 一 1 4一 因在于 泥粉本身作为非活性物 质 ． 在混凝 土拌合 及反应过程中会吸附一定量的水分 ． 其水分被泥粉 吸附后在 自然条件下十分容易挥发 。 挥发过程中会 引起变形 ， 从而引起收缩值较大 ； 此外 ， 泥粉物质 的 存 在 ， 容 易 影 响 集 料 与 水 泥浆 粘 结力 ， 对 集 料 收 缩 发 挥一 定 的阻碍 与抑 制性 。 3 ． 1 ． 2 减水 剂对混 凝 土收缩 变 形 的影 响 在 薄 壁结 构 混凝 土 中 ， 减 水剂 应 用 所 引起 的 收 缩 增加 问题 越 发 明显 ，容 易 引起混 凝 土 质 量 问题 ， 无法满足相关性能标准要求。选择市场 中应用较 为 广泛的氨基磺 酸盐 、 萘 系与聚羧酸减水剂 ， 减水剂 掺人 量 统一 设 定 为 5 ％， 为 更 好描 述 试 验结 果 ， 依 据 减 水 剂 掺 入 对 薄 壁 结 构 混 凝 土 收 缩 变 形 的 影 响 数 据信息 ， 综合龄期变化 ， 借助双 曲线 函数形式进行 拟合 ， 具体如图 2 所示。 宝 趔 婚 H - 【 J Z U 4 0 6 0 U l U U l 2 U l 4 U I 6 U 龄期／ d 图 2 减水剂对薄壁结构混凝土收缩变形的影响 图 2中． MA S代表氨基磺酸盐减水剂 、 J M B代 表萘系减水剂 、 P C A代表聚羧酸减水剂 。基于图 2 曲线函数可知 ． 在薄壁结构混凝土中应用减水剂外 加 剂 ， 无论 采 取 哪 一种 类 型 ， 其 均 对 水 泥 收 缩 发 挥 正面的促进作用。将龄期设定为 1 2 0 d时 ， 氨基磺酸 盐减水剂其相对应 的试件收缩值较之基准样增 加 了 3 7 ． 3 ％ ．萘 系 及 聚 羧 酸 减 水 剂 则 分 别 增 加 了 2 8 ． 7 ％与 5 6 ． 1 ％， 表明减水剂的应用对其收缩变形存 在 明显影响 。究其原 因在于减水剂发挥 了分散作 用 ． 会引起混凝土毛细孔出现细化 ， 对混凝土 收缩 发挥了积极作用阁 。 3 ． 1 _ 3 粉煤 灰 品质对 混凝 土收 缩变 形 的影 响 选择 Ⅱ级品质粉煤灰应用于试件 ， 检测其收缩 变形状况 ， 结果表明 ， Ⅱ级粉煤灰 收缩值较 I 级 粉 煤灰收缩值在 2 8 d龄期下增长了 2 ． 0 1 ％，引起这种 现象的主要原因在于 粉煤灰 自身细度值越小 ， 其 所具备的实际 比表面积就越大 ， 粉煤灰在混凝土中 的 活 性 更 容 易 被激 发阎， I级 粉 煤 灰 的 颗 粒 级 配 在 混凝 土 内部更 为合 理化 ，提高了混凝 土的实际密 度 ， 对集料 收 缩发 挥 了一定 的阻 碍与 抑制 作用 。 啪 蝴猢。 姗 ∞ ∞ ∞ ∞ o 8 6 4 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郑睿 多 层次 视角 下 薄壁结 构 混凝 土 收缩变 形影 响 因素研 究 3 ． 2基 于 配 合 比因 素 的 薄壁 结 构 混 凝 土 收 缩 变 形 影 响分 析 3 ． 2 ． 1 胶凝 材料 掺量 对 混凝 土 收缩变 形 的影 响 在本研究 中． 将砂子用量作为 固定值 ， 具体设 定 为 9 2 0 g ， 水胶 比设定 为 0 ． 3 2 ， 水 泥用量分别设 定 为 4 6 0 g 、 5 3 0 g 、 6 3 0 g 、 6 7 0 g 。通过试验及数据分析 ， 借 助双 曲线 函数拟 合分析 ， 结果表 明 ， 各 配合 比条 件 下 的收缩 变形 量均 与 龄期 之 间构成 正 比关 系 。增 加 胶砂 比， 实际水泥量相对增加 ， 水泥水化强度增加 ， 从 而 引起 砂 浆收 缩变 形增 加 。 3 - 2 ． 2 粉煤灰掺量对混凝土收缩变形的影响 粉 煤 灰 在 混 凝 土 中的 应 用 能 够 实 现 对 混 凝 土 某 些 性 能 的 改 善 ， 提 高 水 泥 品质 ， 能 够 对 水 化 温 度 发 挥抑 制 作 用 ， 避 免 因温 度 应力 较 大 引 起 的裂 缝 问 题。试验 中分别将粉煤灰掺量设定为 O 、 7 ． 5 ％、 1 5 ％ 与 2 2 ． 5 ％， 通过双曲线函数拟合 ， 结果如 图 3所示 。 O Z U 4 0 6 0 U l MI l 2 U l 4 U l 6 Ul U 2 U U 龄期， d 图 3粉煤灰掺量对薄壁结构混凝 土收缩变 形的影响 基于图 3可以分析出 ， 在薄壁结构混凝土 中提 高粉煤灰实际掺入的比例 ， 可 以对其收缩变形产生 一 定程度的阻碍与抑制作用 。在 3 d龄期条件下 ， 应用 2 2 ． 5 ％的粉煤灰 ，实际收缩值较之完全不掺入 粉煤灰 的试件收缩值出现了 2 7 ． 9 ％的降低 。表 明粉 煤灰能够有效实现对混凝土早期 收缩的抑制。其原 因在于粉煤灰掺人会代替部分水泥 ， 降低混凝土早 期 水 化 程度 与 速 率 ， 且 在火 山灰 反应 下 砂 浆 密 度增 加 ， 对其收缩变形产生抑制『8 I 。 3 ． 2 ． 3 减水 剂 掺量 对混 凝 土收缩 变 形 的影 响 本研究 中， 选 择萘系减水剂作为切人 点 ， 调整 该 型 号 减 水 剂 掺 量 为 胶 凝 材 料 的 0 、 0 ． 5 ％ 、 1 ％ 、 1 ． 3 ％， 基于实验数据及分析 可知 ． 该 型号减水剂 掺 量增加与混凝土收缩值之间存在着正相关关系 ， 且 对收缩变形影响程度较大 ， 在 3 d龄期条件下 ． 1 ． 3 ％ 掺量的萘 系减水剂 ， 较之不掺人减水剂 的试件收缩 比出现 了高达 1 6 6 ％的增幅。 3 ． 3 基于试件 因素的薄壁结构混凝 土收缩变形影 响 分析 选择试件体表 比作为变量 因素 ， 从其体表比变 化角度进行分析 ， 探究其对收缩变形 的作用与影 响 规律。依据试验获得的数据拟合后得到图 4 。 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 羲2 0 0 毫 1 5 0 1 0 0 5 O 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 01 4 01 6 01 8 0 2 0 0 龄期／ d 图 4试件体表 比对薄壁结构混凝土收缩变形 的影 响 基于图 4可见 ． 试件体表 比值与试件收缩值之 间存在着负相关关系 ， 试件 内部与表面脱水程度不 同 ， 所表现出的收缩变形程度也不同。 4结 语 薄壁结构混凝土具有轻质 、 高强 的特征 ， 其在 大型桥梁工程与高层建筑工程 中获得了广泛应用 。 然 而 ， 在 其 生 产应 用 中 ， 普 遍存 在 收 缩 开裂 问题 ， 会 对有效实现薄壁结构混凝土 的设定功能及 实际耐 久性产生负面影响 。本文选择原材料 、 配合 比与试 件尺寸 ， 探究 了各因素对薄壁结构混凝 土收缩变形 的作用及 影响规律 ， 结 合试验及数据分析 ， 为薄壁 结构混凝土的应用推广提供了一定指导意义 。 参考文献 【 1 ] 刘文 亮． 基 于人工神 经 网络 的混凝 土收缩 变形控制 和优 化研究【 D 】 ． 天津 天津大学， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 侯东 伟． 混 凝土 自身与干燥 收缩一 体化及 相关 问题 研究 [ D ] ． 北京 清华大学， 2 0 1 0 ． [ 3 】 马财 龙． 水 泥混凝土 路面加铺 聚丙烯 纤维 混凝土 的性 能 研究【 D ] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学， 2 0 1 3 ． 【 4 ]吕旭 东． 超 长混凝土 框架结 构考虑 温度和 收缩 的裂 缝控 制初步研究【 D 】 ． 重庆 重庆大学， 2 0 1 3 ． 【 5 】 花 丽君， 吴 相豪， 袁潘 ． 掺粉 煤灰和石 灰粉影 响再 生混凝 土自收缩变形的试验研究『 J 1 ． 粉煤灰， 2 0 1 3 1 3 7 3 9 ． [ 6 ] 殷文． 轻质 高强薄壁结构混凝 土的收缩变形研究 『 J 1 ． 混凝 土与水泥制品， 2 0 1 3 f 7 1 1 5 1 7 ． 【 7 】 王舜， 张澎涛． 双薄壁墩连续刚构桥箱粱底板 纵向裂缝成 因分析及对策[ J 】 ． 上海 公路 ， 2 0 1 3 3 3 3 3 6 ． 【 8 】 高原． 干湿环境下 混凝土收缩 与收缩应力研究 【 D ] ． 北京 清华大学， 2 0 1 3 ． 收稿 日期 2 0 1 4 1 O 一 0 8 作者简 介 郑睿 1 9 7 4 一 ， 男 ， 硕士 、 副教授 、 高级工程师 。 通讯 地址 武汉市江夏区文化路 9号 联 系 电话 1 8 9 8 6 0 1 9 8 8 6 E- mai l 4 4 8 6 0 8 6 9 4q q． c o m 一 1 5一 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 _【 ＼ 迎婚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m