混凝土早齡期性能及裂縫控制

邢娜

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)早期開裂直接決定著土木工程結(jié)構(gòu)性能衰退狀況。而因混凝土材料自身特點(diǎn)及多種因素的影響下，混凝土內(nèi)部逐步產(chǎn)生裂縫，并對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、服役壽命等造成極大影響。為此，研究混凝土早齡期性能及裂縫控制問題極為關(guān)鍵。本文在對混凝土早齡期基本力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上，對其早期裂縫試驗(yàn)方法、控制方法等內(nèi)容進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：混凝土；早齡期性能；裂縫控制

一、混凝土早齡期性能

1、混凝土初期水化及電特性

攪拌混凝土后，混凝土微觀結(jié)構(gòu)就開始受重力作用、外界環(huán)境等因素的影響。水膠比、骨料體積是決定新拌混凝土初期性能的主要因素，新拌混凝土可認(rèn)為是懸浮于水中不同粒徑的懸浮液，也可當(dāng)做是水在粒子附近填充形成的多孔介質(zhì)材料。水泥的水化過程能夠讓混凝土由粘塑性液態(tài)材料逐步向剛性可承受荷載作用的固體材料轉(zhuǎn)化。

混凝土水化程度監(jiān)測目前常用的方式就是電阻率測試法。利用分析研究各類水灰比、不同摻合料混凝土電參數(shù)及相關(guān)曲線變化規(guī)律，可以看出伴隨時間的增加，早齡期混凝土電阻率、強(qiáng)度曲線的相似性及相關(guān)性也會越來越強(qiáng)，如圖1所示。通過混凝土早齡期電阻率變化速率曲線分析，混凝土水化進(jìn)程可進(jìn)行5階段劃分，即水泥水解—誘導(dǎo)—凝結(jié)—硬化—硬化后期。通過觀察電阻率速率曲線各個關(guān)鍵點(diǎn)，如峰值點(diǎn)、拐點(diǎn)等，可全面展現(xiàn)水泥水化的整個過程，能夠極為準(zhǔn)確地做到混凝土凝結(jié)時間的確定。通過混凝土早期電阻率的變化情況，可以把混凝土早期內(nèi)部變化充分反映出來，如生成水化產(chǎn)物等。

2、混凝土早齡期收縮與徐變

干燥收縮、塑性收縮及自收縮等都是混凝土收縮的主要類型。但各個齡期混凝土結(jié)構(gòu)中往往同時存在多種收縮，且相互作用、相互影響。因混凝土早期收縮是各類收縮綜合作用的結(jié)果，因此詳細(xì)劃分難度較大。為此，本文利用自制混凝土收縮測量裝置對3類混凝土早期收縮、后期干燥等進(jìn)行了分析。通過觀測得出，密封養(yǎng)護(hù)原理下，混凝土3天變形現(xiàn)象為“膨脹—收縮”。筆者認(rèn)為，混凝土產(chǎn)生微膨脹的原因可分為2點(diǎn)：第一，混凝土早期水化放熱出現(xiàn)體積膨脹；第二，澆注混凝土一定時間后，將會產(chǎn)生泌水問題。密封條件下，伴隨水泥水化情況此類表面泌水將會被混凝土吸收，進(jìn)而產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象。室內(nèi)干燥條件下，混凝土后期收縮分析得出，聚丙烯腈纖維混凝土適量添加，可達(dá)到早期收縮降低的目的，如水泥強(qiáng)度等級較高，則可實(shí)現(xiàn)混凝土后期收縮增加的目的。但在養(yǎng)護(hù)條件一致的情況下，各類型混凝土最終收縮值差距較小。為此，筆者認(rèn)為混凝土收縮變形可選取公式（1）表示。

其中，齡期t時混凝土早期收縮應(yīng)變可由 表示；

混凝土最終收縮應(yīng)變可由 表示；

齡期可由t表示；

試驗(yàn)常數(shù)為a1、b1、a2、b2表示。

計算流動變形速率時，可對一個齡期調(diào)整擴(kuò)大系數(shù)k進(jìn)行定義，以此對老混凝土流動變形估算缺陷加以彌補(bǔ)，并對新徐變分析方法進(jìn)行定義，也就是我們所說的齡期調(diào)整流動率法?；诖耍炷亮鲃幼冃沃悼衫谬g期調(diào)整流動率進(jìn)行計算，如公式（2）所示。

（2）

其中，t齡期應(yīng)力可由 表示；

T齡期彈性模量可由E（t）表示；

初始加載時刻可由 表示；

任意加載時刻可由 表示；

初始加載后的流動變形度可由Cf 表示；

滯后彈性變形度可由 表示。

由此得出，齡期調(diào)整擴(kuò)大系數(shù)，其計算公式（3）如下：

其中，0以上的待定參數(shù)為A、P；

齡期調(diào)整最終擴(kuò)大因子由A表示；

齡期調(diào)整影響指數(shù)可由p表示。

二、混凝土早齡期裂縫控制

1、混凝土早齡期溫度裂縫控制及數(shù)值模擬

一般都會選取有限元計算法進(jìn)行傳統(tǒng)早齡期混凝土溫度應(yīng)力分析，但該方法存有一定缺陷，為此，筆者將等效齡期方法引入對其進(jìn)行改進(jìn)，且分析評估了早齡期混凝土的溫度應(yīng)力、開裂風(fēng)險等。假設(shè)分析混凝土溫度應(yīng)力有限元內(nèi)，溫度荷載可通過節(jié)點(diǎn)溫度增量進(jìn)行表示，并進(jìn)行加載作業(yè)，所有節(jié)點(diǎn)最大溫度應(yīng)力此時可根據(jù)“增量法”獲取，公式（4）如下：

（4）

其中，t時刻節(jié)點(diǎn)的溫度應(yīng)力可由 表示；

混凝土熱膨脹系數(shù)可由k表示；

ti時刻通過等效齡期計算的節(jié)點(diǎn)彈性模量可由E（ti）表示；

第i時段內(nèi)的節(jié)點(diǎn)溫度增量則可由 表示；

應(yīng)力松弛系數(shù)可由 表示；

計算時段則由i表示。

某時刻混凝土的開裂風(fēng)險=此時刻混凝土最大溫度應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度，計算公式（5）如下：

（5）

其中，節(jié)點(diǎn)開裂風(fēng)險可由Pc表示；

節(jié)點(diǎn)最大溫度應(yīng)力值可由 表示；

所有節(jié)點(diǎn)等效齡期計算的抗拉強(qiáng)度值可由ft表示。

2、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析

非貫穿表面裂縫作為混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的主要裂縫之一，其所占比例高達(dá)70%左右。產(chǎn)生此類裂縫的主要原因?yàn)闇囟茸冃巍⑹湛s變形受到約束出現(xiàn)應(yīng)力。如500mm以上為梁或墻體類結(jié)構(gòu)壁厚時，因溫度分布不均或收縮等問題，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的約束應(yīng)力，進(jìn)而引起混凝土表面裂縫產(chǎn)生。因此類混凝土裂縫極為復(fù)雜，為有效控制裂縫，必須對一系列影響因素進(jìn)行分析，如溫度、徐變等，對其開裂風(fēng)險進(jìn)行準(zhǔn)確評估?；炷两Y(jié)構(gòu)在約束條件下，拉應(yīng)力增量可通過公式（6）表示，

其中，混凝土泊松比可由V表示；

第i時段增量 混凝土溫度應(yīng)變及收縮應(yīng)變增量的和可由 表示。

通過對混凝土所有早期性能的充分考慮，可對C35復(fù)摻礦物合料混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行計算，通過圖2可反映出180d極限拉應(yīng)變和理論拉應(yīng)變的關(guān)系。

由圖2所示，理論拉應(yīng)變曲線的過程為“下—上—下”?；炷猎缙跍囟容^高時，將大大減少理論拉應(yīng)變。3到30天干燥收縮作用為主，此時將提升理論拉應(yīng)變；30天之后，因應(yīng)力松弛現(xiàn)象產(chǎn)生，將同時降低理論拉應(yīng)力、理論拉應(yīng)變。除此之外，理論計算獲取的拉應(yīng)變從始至終都控制在C35極限拉應(yīng)變以下，由此可見，C35混凝土抗裂性能良好。

3、混凝土早期裂縫控制措施

第一，澆筑混凝土后及時做好養(yǎng)護(hù)工作，如將麻布、塑料布等覆蓋到混凝土表面，避免水分流失過快；

第二，將化學(xué)物質(zhì)噴灑到混凝土表面，避免水分過度流失；

第三，完成拆模作業(yè)后，應(yīng)再次做好養(yǎng)護(hù)工作；

第四，應(yīng)始終確保施工作業(yè)在高濕度狀態(tài)完成；

第五，混凝土表面風(fēng)速有效減?。?/p>

第六，混凝土養(yǎng)護(hù)溫度提升，加快凝結(jié)速度；

第七，超塑性減水劑使用需適量；

第八，水泥材料應(yīng)具有較大粒徑，以此對化學(xué)收縮問題進(jìn)行有效控制。

三、結(jié)束語

綜上所述，伴隨國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，混凝土作為一項重要施工材料，在我國工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但在其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大的今天，早齡期裂縫問題也愈加嚴(yán)重，為更好地控制裂縫，本文在充分了解混凝土早齡期各項性能的基礎(chǔ)上，探討了其裂縫產(chǎn)生原因，并提出了相應(yīng)的控制措施，以期全面提升混凝土工程質(zhì)量。

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