第2章施工阶段早龄期混凝土的力学性能和裂缝控制.pdf
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1、施工阶段早龄期混凝土的施工阶段早龄期混凝土的 力学性能与裂缝控制力学性能与裂缝控制 2 一、概述一、概述 二、低龄期混凝土的力学性能二、低龄期混凝土的力学性能 三、低龄期混凝土的收缩和徐变三、低龄期混凝土的收缩和徐变 四、收缩裂缝的控制四、收缩裂缝的控制 五、工程案例分析五、工程案例分析 六、推荐参考文献六、推荐参考文献 施工阶段早龄期混凝土的施工阶段早龄期混凝土的 力学性能与裂缝控制力学性能与裂缝控制 3 一、概述一、概述 平均风险率 时间 施工阶段 性能稳定阶段 性能劣化阶段 结构不完整结构不完整 材料性能不成熟材料性能不成熟 荷载复杂荷载复杂 施工阶段的结构安全性施工阶段的结构安全性 施
2、工缺陷施工缺陷 早期损伤早期损伤 施工偏差施工偏差 使用阶段安全性、耐久使用阶段安全性、耐久性降低性降低 4 一、概述一、概述 早期裂缝早期裂缝 受力裂缝受力裂缝 温度裂缝温度裂缝 收缩裂缝收缩裂缝 时变抗裂能力时变抗裂能力 时变荷载效应时变荷载效应 时变力学性能时变力学性能 施工荷载模型施工荷载模型 时变抗裂能力时变抗裂能力 时变收缩应力时变收缩应力 时变力学性能时变力学性能 时变收缩模型时变收缩模型 时变约束条件时变约束条件 5 一、概述一、概述 二、低龄期混凝土的力学性能二、低龄期混凝土的力学性能 三、低龄期混凝土的收缩和徐变三、低龄期混凝土的收缩和徐变 四、收缩裂缝的控制四、收缩裂缝的
3、控制 五五、工程案例分析、工程案例分析 六、推荐参考文献六、推荐参考文献 施工阶段早龄期混凝土的施工阶段早龄期混凝土的 力学性能与裂缝控制力学性能与裂缝控制 6 混凝土是由水混凝土是由水、水泥水泥、砂和粗骨料以及添加剂组成的复合材料砂和粗骨料以及添加剂组成的复合材料,它的强度随着水泥水化进行而逐渐增长它的强度随着水泥水化进行而逐渐增长,水泥的水化反应由水泥颗水泥的水化反应由水泥颗粒表面逐渐深入到内层粒表面逐渐深入到内层,这种作用开始较快这种作用开始较快,以后由于水泥颗粒周以后由于水泥颗粒周围生成凝胶膜围生成凝胶膜,水分子进入愈加困难水分子进入愈加困难,水化作用也越来越慢水化作用也越来越慢,持续
4、持续时间可达数年时间可达数年。1.1.低龄期混凝土性能特点低龄期混凝土性能特点 7 1.1.低龄期混凝土性能特点低龄期混凝土性能特点 水泥水化反应水泥水化反应 8 绽放的水泥之花SEM图像 9 混凝土的各项力学性能在早期发展比较快混凝土的各项力学性能在早期发展比较快,而到了一定的龄而到了一定的龄期后就趋于稳定期后就趋于稳定,其后虽然仍有增长其后虽然仍有增长,但幅度已很小但幅度已很小,故在钢筋故在钢筋混凝土结构设计中常以养护混凝土结构设计中常以养护2828天的混凝土强度和弹性模量等特征天的混凝土强度和弹性模量等特征值作为设计的依据值作为设计的依据。但但混凝土构件通常在养护时间远低于混凝土构件通常
5、在养护时间远低于2828天时即开始承担施工天时即开始承担施工荷载荷载,此时处于低龄期的混凝土的水泥水化反应通常并未发展完此时处于低龄期的混凝土的水泥水化反应通常并未发展完全全,使得混凝土相对养护成熟的混凝土具有两个明显的区别使得混凝土相对养护成熟的混凝土具有两个明显的区别:混凝土各项力学性能并未达到28天龄期标准值,而是随龄期的增长按照一定的规律增长;由于此时混凝土材料结构并未完全定型,低龄期混凝土呈现出一种损伤自愈合的性能。1.1.低龄期混凝土性能特点低龄期混凝土性能特点 10 2.2.低龄期混凝土的弹性模量低龄期混凝土的弹性模量 混凝土的应力应变行为不完全遵循混凝土的应力应变行为不完全遵循
6、虎克定律虎克定律,应力应力应变曲线是非线性的应变曲线是非线性的,所以所以,混凝土的弹性模量不是一个恒混凝土的弹性模量不是一个恒定值定值。为了工程设计为了工程设计,故常对应力故常对应力应变曲线的初始阶段作近似应变曲线的初始阶段作近似直线处理直线处理,有三种处理方式:有三种处理方式:原点切线原点切线 1 2 3 割线割线 切线切线 原点切线弹性模量 Eo=tan 1 割线弹性模量 Eh=tan 2 切线弹性模量 Et=tan 3 11 2.2.低龄期混凝土的弹性模量低龄期混凝土的弹性模量 影响混凝土弹性模量的因素有:影响混凝土弹性模量的因素有:未水化的水泥颗粒 水化物凝胶 水 粗骨料 细骨料 混凝
7、土的弹性模量取决于下列混凝土的弹性模量取决于下列4个要素:个要素:水泥石(凝胶,不仅仅水泥)的弹性模量Ep;骨料的弹性模量Ea;骨料的体积含量(或水泥石的体积含量)Vg。界面过渡区特性 12 2.2.低龄期混凝土的弹性模量低龄期混凝土的弹性模量 早龄期混凝土的弹性模量比较低早龄期混凝土的弹性模量比较低,随水化的进行随水化的进行,弹性模量弹性模量增大;在同一龄期增大;在同一龄期,普通混凝土的弹性模量要比高强混凝土的低普通混凝土的弹性模量要比高强混凝土的低。高强混凝土早龄期较小的弹性模量说明高强混凝土在早龄期具有高强混凝土早龄期较小的弹性模量说明高强混凝土在早龄期具有较大的塑性较大的塑性,随龄期的
8、增长随龄期的增长,水化程度的进一步水化程度的进一步,脆性愈加明显脆性愈加明显。0510152025303518244872168672早龄期混凝土弹性模量早龄期混凝土弹性模量 C80C90C4013 3.3.低龄期混凝土的抗压强度低龄期混凝土的抗压强度 抗压强度的测试 混凝土试件的几何形状有立方体混凝土试件的几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体棱柱体和圆柱体,我国以立方体我国以立方体试件为主;试件为主;立方体试件的边长有立方体试件的边长有100mm、150mm、200mm三种三种。试件标准养护条件:试件标准养护条件:202,相对湿度相对湿度95%14 3.3.低龄期混凝土的抗压强度低龄期混凝土的抗
9、压强度 抗压强度的发展 混凝土在浇注初期几乎没有强度混凝土在浇注初期几乎没有强度,高强度混凝土在早龄期会高强度混凝土在早龄期会发生快速水化的过程发生快速水化的过程。普通混凝土早龄期抗压强度增长较慢普通混凝土早龄期抗压强度增长较慢,而而高强混凝土早龄期抗压强度增长较快高强混凝土早龄期抗压强度增长较快。15 3.3.低龄期混凝土的抗压强度低龄期混凝土的抗压强度 混凝土强度的增长正是混凝土内部微结构发展的外在体现混凝土强度的增长正是混凝土内部微结构发展的外在体现。由于高强混凝土水灰比较低由于高强混凝土水灰比较低,自由水较少自由水较少,从而形成的毛细孔就从而形成的毛细孔就少少。因此因此,形成的水化产物
10、更容易相互交错形成的水化产物更容易相互交错,结合在一起结合在一起,使高使高强混凝土在极早龄期就获得了较高的抗压强度强混凝土在极早龄期就获得了较高的抗压强度。16 3.3.低龄期混凝土的抗压强度低龄期混凝土的抗压强度 抗压强度的影响因素 在给定的龄期及养护条件下在给定的龄期及养护条件下,混凝土的抗压强度主要受混凝土的抗压强度主要受水灰水灰比比和和压密程度压密程度的影响的影响。充分振捣充分振捣对于保证混凝土对于保证混凝土强度有着重要的意义强度有着重要的意义,也就是也就是说混凝土成形过程中并不是混说混凝土成形过程中并不是混凝土的水灰比越低混凝土强度凝土的水灰比越低混凝土强度越大越大,因为在实际情况中
11、因为在实际情况中,混混凝土不可能完全密实凝土不可能完全密实,而且混而且混凝土中存在较多的未水化水泥凝土中存在较多的未水化水泥对混凝土强度的提高没有帮助对混凝土强度的提高没有帮助。17 4.4.低龄期混凝土的抗拉强度低龄期混凝土的抗拉强度 抗拉强度的测试 国外采用国外采用劈裂试验劈裂试验来测试混凝土的抗拉强度来测试混凝土的抗拉强度。劈裂试验优点:相对于直拉劈裂试验优点:相对于直拉,采用劈裂实验方式较为方便采用劈裂实验方式较为方便,且实验结果较好且实验结果较好。18 4.4.低龄期混凝土的抗拉强度低龄期混凝土的抗拉强度 抗拉强度的发展 早龄期混凝土抗拉强度开始增长较快早龄期混凝土抗拉强度开始增长较
12、快,随着时间的推移增长速随着时间的推移增长速率慢慢减缓率慢慢减缓。(低龄期抗裂低龄期抗裂)19 5.5.低龄期混凝土的应力应变曲线低龄期混凝土的应力应变曲线 混凝土浇筑完成有一定的弹性变形混凝土浇筑完成有一定的弹性变形。随龄期的增长随龄期的增长,上升段上升段变得陡峭变得陡峭,而且其中线性部分占的比重增大而且其中线性部分占的比重增大。这说明混凝土随龄期增长这说明混凝土随龄期增长,水化程度进一步加深水化程度进一步加深,强度增大强度增大。混凝土受压应力应变曲线混凝土受压应力应变曲线 混凝土受拉应力应变曲线混凝土受拉应力应变曲线 20 一、概述一、概述 二、低龄期混凝土的力学性能二、低龄期混凝土的力学
13、性能 三、低龄期混凝土的收缩和徐变三、低龄期混凝土的收缩和徐变 四、收缩裂缝的控制四、收缩裂缝的控制 五五、工程案例分析、工程案例分析 六、推荐参考文献六、推荐参考文献 施工阶段早龄期混凝土的施工阶段早龄期混凝土的 力学性能与裂缝控制力学性能与裂缝控制 21 早龄期混凝土的收缩主要有两个部分组成:化学收缩变形(自收缩)水泥水化产物的体积小于反应前物质的总体积而水泥水化产物的体积小于反应前物质的总体积而导致的混凝土收缩称为化学收缩导致的混凝土收缩称为化学收缩,为不可逆变形为不可逆变形,属属于混凝土自身的收缩于混凝土自身的收缩。干缩变形 混凝土在干燥环境中混凝土在干燥环境中,其内部吸附的水分蒸发而
14、其内部吸附的水分蒸发而引起凝胶体收缩或者毛细管内水分蒸发导致毛细管压引起凝胶体收缩或者毛细管内水分蒸发导致毛细管压力增大而出现的收缩力增大而出现的收缩。1.1.低龄期混凝土的收缩低龄期混凝土的收缩 22 混凝土的水化收缩与自收缩 1.1.低龄期混凝土的收缩低龄期混凝土的收缩 23 100g水泥浆体,可蒸发水分约水泥浆体,可蒸发水分约6 mL;混凝土混凝土C=300kg/m3,可蒸发水分约,可蒸发水分约18 L/m3 水泥砂浆干缩值约水泥砂浆干缩值约0.10.2%;水泥混凝土水泥混凝土180天的天的干缩值干缩值约约0.040.06%;水化过程中水化产物的绝对体积减少。水化过程中水化产物的绝对体积
15、减少。如果混凝土如果混凝土C=300kg/m3,减缩值,减缩值2127L/m3 初凝以前初凝以前水化收缩水化收缩表现为塑性收缩,初凝以后则表现为塑性收缩,初凝以后则导致导致自干燥自干燥收缩产生。收缩产生。1.1.低龄期混凝土的收缩低龄期混凝土的收缩 24 自收缩与干缩的异同点自收缩与干缩的异同点 相同点相同点:均由于:均由于水的迁移水的迁移所引起;所引起;不同点不同点:1.1.自收缩不失重,干缩伴随水分散失;自收缩不失重,干缩伴随水分散失;2.2.自收缩是各向同性的,干缩由表及里自收缩是各向同性的,干缩由表及里 3.3.水灰比降低时,干缩减小,自收缩增大;水灰比降低时,干缩减小,自收缩增大;4
16、.4.覆盖后(或拆模前)不发生干缩,而自收缩必须覆盖后(或拆模前)不发生干缩,而自收缩必须通过湿养护才能减小。通过湿养护才能减小。1.1.低龄期混凝土的收缩低龄期混凝土的收缩 25 常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自收缩的叠加,常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自收缩的叠加,主要是干燥收缩。主要是干燥收缩。普通混凝土主要产生干燥收缩,自生收缩不超过普通混凝土主要产生干燥收缩,自生收缩不超过5050微应变,占总测定值的微应变,占总测定值的10%10%左右。左右。干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因之一。干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因之一。在高强混凝土中,自生收缩可达数百微应变,占总在高强
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- 关 键 词:
- 施工 阶段 早龄期 混凝土 力学性能 裂缝 控制