开裂性能范文

开裂性能范文（精选7篇）

开裂性能 第1篇

1 工程概况

某沿街商铺结构形式为3层钢筋混凝土框架结构。采用柱下独立基础,楼板为钢筋混凝土现浇楼板。上部结构混凝土设计强度等级均为C25,混凝土楼板设计厚度为100 mm,钢筋保护层厚度为15 mm,设计使用活载标准值为2.5 kN/m2。2010年6月工程竣工,交付使用前发现多块楼面板出现不规则裂缝,现场典型板底裂缝如图1所示。

为保证楼面板结构安全性,需对其进行结构安全性鉴定。经现场检测,楼面板混凝土强度、钢筋数量、直径与间距均满足原设计要求,楼板支座负筋保护层厚度为28～52 mm,不能满足设计及规范要求。根据《建筑结构检测技术标准》(GB/T503442004)相关条款规定“混凝土结构的检测可分为原材料性能、混凝土强度、混凝土构件外观质量与缺陷、尺寸与偏差、变形与损伤和钢筋配置等工作,必要时,可进行结构构件性能的实荷检验或结构的动力测试”,将现场裂缝较多的标三层楼面板(11-12)/(A-B)、(13-14)/(A-B)进行荷载试验,检测其实际承载能力。

2 楼板静载试验方案

楼面板静载试验根据设计图纸及现行国家相关规范要求,检测存在裂缝的楼面板在基本荷载组合效应下的挠度和裂缝宽度开展情况,检验其承载能力。

2.1 试验荷载确定

楼面板静载试验根据设计图纸及现行国家相关规范要求,检测存在裂缝的楼面板在基本荷载组合效应下的挠度和裂缝宽度开展情况,检验其承载能力。

2.2 加载方案和程序

静载试验采用箱装瓷砖为荷载如图2所示,采用荷载基本组合值,已有恒载为2.50 kN/m2,应加荷载为4.00 kN/m2,分八级加载(见表1)。

注:每次卸载按加载程序持荷30 min。

2.3 裂缝检测

加载前预先绘制所试验两块板的裂缝分布情况如图3、图4所示,在主要裂缝的最大宽度处标记并量测裂缝宽度。加载至荷载标准值30 min后,量测原有裂缝开展和裂缝的出现情况。加载至荷载效应基本组合持荷时间后,量测原有及新产生裂缝的宽度。卸载后,量测标记处裂缝的宽度。在加载过程中,如发现原有裂缝开展异常,应立即停止加载。

2.4 挠度检测

根据《混凝土结构试验方法标准》(GB 5015292)和《建筑结构检测技术标准》(GB/T 503442004)相关规定,按照加载程序,在每级加载持荷时间后量测楼面板挠度。在加载过程中,如果发现楼面板挠度大于现行规范允许值,应立即停止加载。百分表测点布置如图5所示,挠度测试现场如图6所示。

3 试验结果分析

3.1 挠度变化情况

根据荷载试验挠度记录表中的挠度变化数据,剔除误差数据后,采用了OriginLab公司研发的专业制图和数据分析软件Origin对数据结果进行分析,并绘制标三层楼面板(11-12)/(A-B)、(13-14)/(A-B)荷载挠度变化曲线。试验结果如图7、图8、表2所示。

《混凝土结构设计规范》(GB 500102002)中第3.2.2条规定“受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响进行计算,其计算值不应超过l0/200 (当l0小于7 m时)”。

3.2 裂缝发展情况

荷载试验前,对标三层楼面板(11-12)/(A-B)、(13-14)/(A-B)板底裂缝情况进行检查,并在每块楼面板选取4处具有代表性的裂缝,分别检测其裂缝宽度。在加载过程中,当荷载加载至累计荷载依次达到荷载基本组合、荷载标准组合及卸荷后,达到持荷时间时分别观察并记录相应裂缝开展情况,检测结果见表3、表4。

3.3 检测结论

考虑已有恒载作用和荷载长期作用影响,标三层楼面板(11-12)/(A-B)、(13-14)/(A-B)长期挠度检验值分别为1.59 mm、1.51 mm,未超过规范要求的挠度限值l0/200 (当l0小于7 m时)的要求。根据静载试验结果,该楼面板可满足正常使用极限状态的挠度限值要求。鉴于部分楼面板已存在裂缝,建议采取措施对其进行裂缝封闭处理。

4 结语

本文以某沿街商铺楼面板性能静载试验为例,详细介绍了楼面板静载试验方案的确定、测试数据的处理及结果评定的方法,从获得的试验数据及分析结果看来,该试验方法简单有效。但在试验中要注意以下问题。

(1)按照活荷载的最不利布置原则,对于现浇混凝土楼面连续板,要采用不同的荷载工况。

(2)利用箱装瓷砖进行堆载,不能实现施加均布面荷载的要求,因此可采用蓄水加载方式,即对欲加载的楼面板四边砌筑封闭。利用蓄水、放水实现加载和卸载,既能满足均布荷载要求,又能通过蓄水观察裂缝是否贯穿,也可以节省大量的人力和时间。

摘要：文章以出现裂缝的某沿街商铺现浇混凝土楼板为例,介绍了如何通过现场静载试验研究受荷后楼板挠度及裂缝的发展情况,从而对楼板进行性能评定,并指出了试验存在的不足之处。

关键词：开裂楼板,试验,评定

参考文献

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]GB/T 50344—2004,建筑结构检测技术标准[S].

[3]GB 50010—2002,混凝土结构设计规范[S].

[4]GB 50009—2001,建筑结构荷载规范[S].

[5]于目挺.某住宅楼楼板裂缝鉴定分析[J].工业建筑,2008(S1).

[6]聂党旗.结构安全性检测中裂缝的检测与评定[J].科学信息建筑工程.2008(15):153-154.

[7]王季青,胡春兰.现浇混凝土楼板裂缝检测与静载试验[J].长沙理工大学学报(自然科学版),2010(1).

开裂性能 第2篇

1 试验

1.1 原材料性能

本试验采用的聚丙烯纤维是短切单丝纤维,掺量为900 g/m3,其物理性能:长度15 mm～19 mm,细度1.78 tes,弹性模量3.5 GPa,抗拉强度280 MPa,断裂延伸率8.0%,密度0.91 g/cm3。耐碱玻璃纤维掺量为1 100 g/m3,其物理性能:长度12 mm,单丝直径14 μm,弹性模量75 GPa,抗拉强度3 400 MPa,断裂延伸率3.6%,密度2.70 g/m3。耐碱玻璃纤维的化学组成见表1。

1.2 混合效果的评定

混合系数用以表征混合纤维对混凝土力学性能的作用效果,纤维掺入导致的纤维增强混凝土相对于基准混凝土的强度增强系数为β=f/fm。其中,f,fm分别为纤维增强混凝土和基准混凝土的强度。

单掺聚丙烯纤维(PP)混凝土、单掺耐碱玻璃纤维(GF)混凝土和混合纤维(PG)混凝土抗压和劈裂抗拉强度增强系数分别为βP,C,βP,t;βG,C,βG,t;βPG,C,βPG,t。高模量纤维和高延性纤维混合在一起后,其增强效应应考虑两种纤维在单一状态下对水泥基材料增强作用的乘积,聚丙烯纤维与耐碱玻璃纤维的混合系数为:αPG,C=βPG,C/(βP,C·βG,C),αPG,t=βPG,t/(βP,t·βG,t)。其中,αPG,C,αPG,t分别为混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的混合系数。

通过混合系数可以方便地得到纤维以不同掺量匹配时对混凝土强度的影响,当α≥1时为正混合效应,当α<1时为负混合效应。

1.3 混凝土抗开裂性试验方法

试验模拟混凝土在四边全约束状态下的早期开裂情况,采用内边尺寸为600 mm×600 mm×63 mm的钢制方形模具,模具四边上同时用双螺帽固定两排共14个ϕ10×100 mm螺栓伸向模具内侧起约束作用,两排螺栓相互交错,便于浇筑的混凝土能填充密实。原料在模板中浇筑成型后,立即开启风扇吹向试件表面,风扇位于距模板边150 mm处,风叶中心与试件表面平行,试件中心线的风速为4 m/s～5 m/s,风扇连续吹24 h后,分段测量裂缝宽度d,用棉纱线沿着裂缝的走向取得相应的裂缝长度,以钢卷尺测量其值l,单位为毫米,测得的数值尾数如小于5 mm时,尾数取0;如不小于5 mm时,尾数取10 mm。以钢筋框架约束区内的裂缝作为本次试验评定依据。根据裂缝宽度把裂缝分为五级,每一级对应着一个权重值,将每一条裂缝的长度乘以其相应的权重值,再相加起来所得总和称为开裂指数W=∑(Aili)。

以两个试件开裂指数的算术平均值作为该组试件的抗开裂指数值,计算精确至毫米。抗开裂性能比(精确至1%)为:$\gamma =\frac{W{}_0-W{}_1}{W{}_0}\times 100\%$,其中,γ为抗开裂性能比,%;W0为基准混凝土的开裂指数,mm;W1为外掺料混凝土的开裂指数,mm。

2 试验结果

2.1 混合纤维对混凝土抗压强度的影响

各种混凝土抗压强度的试验结果及由此计算的混合系数见表2。

MPa

可以看出,单掺PP与单掺GF或者混掺两种纤维对混凝土抗压强度的影响不是很大,约为5%～8%,聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维的强度增强系数及混合系数均小于1,这说明纤维无论是单掺还是混掺,均对抗压强度没有增强效应。

2.2 混合纤维对混凝土劈裂强度的影响

各种混凝土劈裂抗拉强度的试验结果及由此计算的混合系数见表3。聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维的强度增强系数及混合系数均大于1,这说明纤维无论是单掺还是混掺,对劈裂抗拉强度的增强效应均呈现正效应。

2.3 混合纤维对混凝土拉压比的影响

在混凝土中既掺入聚丙烯纤维又掺入玻璃纤维的一个目的是减少混凝土早期的塑性开裂,另一个目的就是通过高模量的玻璃纤维来提高混凝土的韧性。从表4可以看出,7 d的拉压比,混合纤维混凝土要比普通混凝土高出33%。而单掺PP或单掺GF拉压比提高约为15%;28 d的拉压比,混合纤维混凝土要比普通混凝土高出28%,而单掺PP或单掺GF拉压比提高约为10%。由于混凝土内部存在裂缝、孔隙等多种缺陷,在外力作用下,其缺陷部位将产生较大的应力集中,从而使裂缝进一步扩展,导致整个混凝土结构的破坏。当在混凝土中少量掺入这两种纤维时,混凝土的韧性得以显著的提高,主要得益于纤维的阻裂机理:一方面,弹性模量高的玻璃纤维起增强材料的作用,当混凝土中的微小裂纹在外载作用下发生扩展时,纤维横跨在裂纹之间起桥接作用,缓解了裂缝尖端的应力集中,增加了裂缝的扩展阻力,提高了混凝土的断裂能;另一方面,弹性模量比混凝土低,但断裂延伸率要大得多的聚丙烯纤维能显著提高混凝土的裂后变形能力,形成多部位、多点开裂。混合系数和拉压比的试验结果体现了两种纤维混掺比不掺或单掺纤维混凝土的韧性好。

2.4 混合纤维对混凝土早期开裂性能的影响

在混凝土中掺入纤维,通过开裂试验得到的裂缝数据计算开裂指数及开裂性能比。从开裂指数值可以看出,不管是单掺还是混掺纤维,均能减少混凝土的塑性干缩裂缝,在最佳掺量下,三种掺加形式对减少塑性干缩裂缝作用大小的排序为:混掺>单掺PP>单掺GF。从抗开裂性能比可以得出,混掺对减少混凝土塑性开裂的效果最好,大约可以减少53.8%,其次是聚丙烯纤维约为48.4%,玻璃纤维约为47.9%。

在混凝土中三维乱向分布的短纤维虽然增强的效率很低,但用以阻止无规则、无取向性的塑性裂缝的产生则是最有效的。掺入纤维后,在混凝土内部形成三维交错的支撑网络。聚丙烯纤维的比表面积大,且使混凝土的含气量增大,导致抗压强度略有下降。聚丙烯纤维的弹性模量高于早期塑性阶段的水泥基材。早期有聚丙烯纤维的作用,后期有耐碱玻璃纤维的作用,混合纤维有效地抑制了混凝土的开裂。

3 结语

1)通过试验研究混合纤维混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的混合系数发现,混合纤维混凝土7 d和28 d抗压强度的混合系数为小于1的值,呈现负混合效应;而7 d和28 d劈裂抗拉强度的混合系数为大于1的值,呈现正混合效应。

2)混合纤维混凝土早期塑性开裂得到有效抑制,抗开裂性能约提高50%;同时其拉压比要比单掺纤维混凝土高16%左右,而比普通混凝土则要高出30%左右,混凝土的韧性得到显著增强。

参考文献

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[2]姚武.混合纤维增韧高性能混凝土的研究[J].三峡大学学报(自然科学版),2002,2(24):42-44.

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[4]华渊.混合纤维混凝土的强度研究[J].石家庄铁道学院学报,1995,10(4):24-28.

[5]朱缨.纤维增强混凝土结构防裂和抗渗的研究[J].混凝土,2003,168(11):31-32.

X90管线钢的抗氢致开裂性能 第3篇

H2S严重影响着油气输送管线的使用寿命,制约着油气工业的发展。X90管线钢在我国已得到初步研究和相关应用,但对X90管线钢的研究大多集中在力学性能和焊接工艺方面,对其抗H2S性能研究报道较少。本工作采用NACE TM 0284 - 2003氢致开裂标准试验方法,对比研究了X90管线钢与X80管线钢的抗氢致开裂( HIC) 性能,探讨了氢致开裂的机制,并分析了微观组织与化学成分对X90管线钢氢致开裂的影响,以期改善X90管线钢的抗腐蚀性能。

1试验

1.1管线钢前处理

管线钢材为X90和X80螺旋缝埋弧焊管,外径均为1 219 mm,壁厚分别为16. 3,18. 4 mm; 其化学成分见表1。

%

X90管线钢母材显微组织为均匀细小的针状铁素体; 焊缝显微组织为细小弥散的针状铁素体和少量贝氏体; 热影响区的组织以粒状贝氏体和板条贝氏体为主。

按NACE TM 0284 - 2003,沿管线轧制方向截取3组( 每组3块) 作为腐蚀试样,尺寸为100 mm × 20 mm × x mm( x为试样厚度,由于机加工的消耗,x小于壁厚) ; 用砂纸打磨其表面至600号,用丙酮去除油污, 并用酒精清洗,晾干后置于干燥箱中。

1.2氢致开裂试验

溶液为模拟 人工海水,化学成分: 24. 530 g /L Na Cl,5. 200 g / L Mg Cl2,4. 090 g /L Na2SO4,1. 160 g /L Ca Cl2,0. 695 g /L KCl,0. 201 g /L Na HCO3,0. 101 g /L KBr,0. 027 g / L H3BO3,0. 025 g /L Sr Cl2,0. 003 g /L Na F。试验在密闭容器中进行,常温,时间为96 h。试验前需先通N2进行除氧,然后通入H2S气体,其速率不低于200 m L/( min·L) 。

1.3测试分析

氢致开裂试验结束后,将试样取出,清洗、切割、打磨、抛光,利用GX -71光学显微镜进行观察,参照图1测量出a,b,W,T,根据NACE TM 0284 - 2003标准计算裂纹长度率( CLR) 、裂纹厚度率( CTR) 、裂纹敏感率 ( CSR) ,并对其抗H2S腐蚀性能进行评价,计算公式见式( 1) ~ ( 3) :

利用JSM-6390A扫描电子显微镜( SEM) 和其自带的能谱仪( EDS) 对试样表面氢鼓泡和内部裂纹进行分析。

2结果与讨论

2.1试样腐蚀后的表面特征

腐蚀后X90管线钢的母材、焊缝和热影响区均有氢鼓泡,最大氢鼓泡直径达8 mm,边缘有较明显的开裂现象,内部有近似阶梯状裂纹存在; X90管线钢腐蚀后表面氢鼓泡及内部裂纹的SEM形貌见图2。而X80管线钢仅母材有个别氢鼓泡。将试样切割后抛光,X90钢剖面有氢致裂纹产生,X80钢剖面没有裂纹,通过测量和计算得到试样的CLR,CTR,CSR见表2。从表2可知: X90管线钢母材的CLR,CTR和CSR均满足标准要求( CLR≤15% ,CTR≤5% ,CSR≤2% )[1]。X90管线钢表面的氢鼓泡数量及尺寸均较大,表明其在近中性的模拟人工海水溶液中抗HIC能力不足,X80管线钢的抗HIC性能较X90管线钢好。

2.2氢致开裂机制

氢与管线钢接触时首先经过物理和化学作用吸附在其表面,随后在浓度梯度的作用下穿过晶体间隙和空位等不断向材料内部扩散[2]。如果氢在金属表面附近聚集,且在系统自由能作用下,其原子或离子将会富集在夹杂物和晶界等高应力处形成氢鼓泡,随着局部氢压持续增大,最终将导致管线钢开裂和扩展。管线钢腐蚀反应机理如下: H2S在湿润环境中会解离出H+,Fe夺取H+的正电荷产生H原子,H原子向管线钢内部扩散,在非金属夹杂物、气孔和偏析中聚集并形成H2; 该过程会使H2滞留处的压力急剧增大,如存留在金属表面则出现表面氢鼓泡,如存在金属基体内部则产生阶梯状裂纹。

2.3X90管线钢微观组织和化学成分对氢致开裂的影响

2. 3. 1微观组织

对比腐蚀后的形貌可以发现,X90管线钢母材的氢鼓泡数量明显多于热影响区和焊缝区,母材剖面有裂纹产生,可见X90钢热影响区和焊缝区的抗HIC性能比母材好。因此,改变母材组织,控制铁素体、粒状贝氏体和板条贝氏体等组织的比例,可以提高X90管线钢的强度,同时可以阻碍裂纹从贝氏体区扩展到铁素体区,增强材料的抗腐蚀性能。

2. 3. 2化学成分

X90管线钢一般采用低C,高Mn、Nb微合金化的成分设计[3],相对X80管线钢而言,其Cr和Mo等合金化元素的含量分别提高至0. 3% 和0. 2% 左右。Cr元素含量的增加有利于提高管线钢的强度,X90管线钢强度较X80管线钢的提高了12. 5% 。X90管线钢试样表面氢鼓泡附近3个区域及其EDS能谱见图3。在氢鼓泡裂纹处的C含量和Cr含量较高( 见图3c) ,Cr的碳化物析出,使得氢鼓泡在长大过程中易在此处发生开裂,致使其抗HIC性能降低,这与表2的结果相同。

X90管线钢的Mn含量比X80钢的有所增加,达1. 900% 。Mn含量增加有利于增强管线钢的强度[4], 当Mn含量超过1. 5% 时,管线钢会发生Mn的偏析, X90管线钢含C量的增加会加剧偏析,从而使得材料的抗HIC性能降低,与表2结果相一致。所以适当降低C和Mn含量有利于提高管线钢的抗HIC性能。

3结论

( 1) X90和X80管线钢在模拟人工海水溶液中均达到抗HIC性能的标准,但X90管线钢抗HIC性能较X80管线钢的差。

( 2) X90钢的热影响区和焊缝区的抗HIC性能比母材好。改变母材组织,控制铁素体、粒状贝氏体和板条贝氏体等组织的比例,适当控制铁素体含量,可以提高X90管线钢的抗H2S腐蚀性能。

开裂性能 第4篇

现代混凝土在向高强、高性能方向发展的同时,收缩开裂也已成为现代混凝土劣化的主要因素。粉煤灰作为混凝土矿物外加剂,可配置出高强、大流动度混凝土,是高强、高性能混凝土不可缺少的组分,能提高混凝土的综合性能,在混凝土中的作用也越来越广,因此,研究粉煤灰对混凝土开裂性能的影响非常重要。化学外加剂在水泥混凝土中的应用,为建筑施工机械化和技术进步做出了卓越贡献,在减水率、保塑性和适应性方面均有长足进步,但也带来了严重的负面影响,即非荷载裂缝越来越多,混凝土结构物的劣化加剧,该问题长期困扰着工程界[1~2]。如何减小水泥混凝土的收缩,特别是干燥收缩,已成为控制裂缝和提高耐久性的关键,这也是发达国家近年来着重研究的领域之一。

随着我国混凝土技术水平的提高,粉煤灰作为矿物掺合料与高效减水剂复合应用于高强混凝土,使得混凝土性能得到明显改善,特别体现在降低水化热、提高混凝土后期强度及改善混凝土耐久性方面。另外,优质灰与化学外加剂的复合掺入对改善新拌混凝土的工作性具有良好的作用,本文就粉煤灰掺量及外加剂品种对高性能混凝土开裂的影响进行了研究。采用板式限制收缩开裂实验、圆环干燥开裂试验综合评定粉煤灰掺量、化学外加剂种类对混凝土早期塑性开裂和后期干燥开裂的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥:PO 42.5级,比表面积3300cm2/g,表观密度3.08g/cm3。

粉煤灰:Ⅰ级低钙灰。

粗集料:石灰岩碎石,粒径5~25mm,连续级配。

细集料:河砂,细度模数为2.6的中砂,级配良好,密度2.65 g/cm3。

外加剂:江苏产FDN萘系高效减水剂、JM-SRA减缩剂、MAS氨基磺酸盐高效减水剂、JM-PCA聚羧酸高效减水剂、JM-GYQ(I)高性能混凝土引气剂。

1.2 试验方法

早期塑性开裂试验方法参照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[3]。试件尺寸600mm600mm63mm,模具边框用63 mm40 mm6.3mm的槽钢制作,模具四边与底板通过螺栓固定在一起,以提高模具的刚度。在模具每个边上同时焊接两排共14个覫10100mm螺栓伸向锚具内侧,两排螺栓相互交错,便于浇筑的混凝土能填充密实,当浇筑的混凝土平板发生收缩时,四周将受到螺栓的约束。底板采用不小于20mm的密度板,底板上铺聚氯乙烯薄膜隔离层。试件成型2h后取下塑料薄膜,用电风扇吹向试件表面,风向平行于试件表面,风速2m/s,环境温度30℃,相对湿度60%。记录开裂时间、裂缝数量、裂缝长度和宽度,从浇筑起,记录至24h。24h后测量裂缝最大宽度及开裂面积。

后期干燥开裂试验参照Surendra P.Shah研究硅灰混凝土干燥收缩的试验方法[4],试模内环直径250mm,外环直径300mm,高150mm。混凝土在两环中成型,浇注完后立即用塑料薄膜遮盖养护,48h后拆除外模,并在试件顶部涂上一层沥青石蜡(或硅胶)密封,以防止混凝土环上表面的水分蒸发,同时成型相应的收缩试件,试件尺寸为25mm25mm280mm,然后将所有试件放置在湿度为50%、温度为20℃的干燥条件下进行养护,从养护初始开始,每隔0.5d定时观测裂缝出现的初始时间tcr。开裂后的试件测试裂缝宽度,采用100倍裂缝放大镜观测,测试时沿高度均匀选取10个点,用25倍带刻度显微镜测试裂缝的宽度,再取其平均值作为Wd。tcr和Wd可以用来表征不同配比混凝土相对抵抗收缩开裂能力的高低,连续测量并记录到成型后28d。考虑到开裂环模具的内环和外环间距仅有50mm,不宜进行混凝土的开裂实验,开裂环试验采用的是无粗集料混凝土,采用从混凝土相应单位用水量中扣去粗集料饱和面干状态时的吸水量。经过测定,饱和面干状态时的石子吸水率为0.9%。其它配合比参数与相应的混凝土相同。

1.3 配合比

保持水胶比不变,粉煤灰掺量分别为0、15%、30%,45%,研究粉煤灰掺量对混凝土开裂的影响,配合比见表1。在研究外加剂品种对混凝土开裂的影响时,保持水胶比不变,改变外加剂品种与掺量,配合比见表2。

2 试验结果与讨论

2.1 早期塑性开裂

(1)粉煤灰掺量对混凝土早期塑性开裂的影响

由图1可知,当掺量从0增加到30%时,I级粉煤灰等量替代水泥后提高了混凝土抵抗塑性开裂的能力。与空白混凝土相比,15%和30%粉煤灰的掺入使最大裂缝宽度分别下降了31%和23%,累积开裂面积分别下降了26%和40%;而粉煤灰掺量增加到45%后,最大裂缝宽度和累积开裂面积分别增加了62%和61%。试验结果表明,适当掺入优质粉煤灰,对于早期塑性开裂具有一定的抑制作用,但是对于大掺量粉煤灰混凝土,早期必须加强养护以避免塑性开裂。这与杨长辉[5]等人的试验结果部分吻合,表明随着掺灰量增加,粉煤灰高强混凝土塑性裂缝总面积有减小趋势,掺入粉煤灰具有抑制高强混凝土塑性开裂的作用,且随着掺灰量增加,这一作用越来越显著。而本试验中粉煤灰掺量为45%对混凝土塑性开裂有不利影响,产生这种差异的原因可能与粉煤灰的化学组成和品质有关。

(2)外加剂品种对混凝土早期塑性开裂的影响

减水剂品种对于混凝土早期开裂影响的初步试验结果如图2所示。抗裂性的比较为:PCA+2%SRA>PCA>MAS>FDN,掺加FDN的开裂面积最大,裂缝宽度也最大,其次为氨基磺酸盐、聚羧酸减水剂。当聚羧酸与减缩剂复配后,相对单掺聚羧酸减水剂而言,混凝土裂缝宽度减小一半,开裂面积也下降了39%左右,因此,选择合适的外加剂种类对抑制混凝土早期塑性开裂有较好的作用。

2.2 圆环干燥开裂

(1)粉煤灰掺量对砂浆干燥开裂的影响

粉煤灰的加入一方面使胶材的絮凝结构情况改善,从而提高砂浆整体的均匀性;另一方面,由于粉煤灰活性低,加入后会使砂浆的薄弱环节增加,从而增加微裂纹的数量。同时,掺加粉煤灰使得抗拉强度下降从而减弱了砂浆抵抗开裂的能力,而砂浆抗压强度的下降又意味着有较低的弹性模量和较高的徐变,这又使砂浆产生开裂的能力下降。这几种作用共同决定了掺粉煤灰砂浆的开裂能力。从图3中可以看出,当粉煤灰掺量较小时,开裂时间和裂缝宽度与不掺粉煤灰时相差不大,此时,掺加粉煤灰砂浆抗拉强度和抗压强度均有所下降,但对砂浆整体作用均不明显,两方面相互作用的结果,使其开裂时间和裂缝宽度有少许下降。当粉煤灰掺量继续增大,此时粉煤灰较低的强度意味着较高的徐变发生,徐变使一部分应力释放;另一方面,随粉煤灰掺量的增大,砂浆中的薄弱环节增加,产生很多的微裂纹以释放应力,因此,随粉煤灰掺量的增大,开裂时间和裂缝宽度均呈下降趋势。在圆环试验中,混凝土环的收缩会引发拉应力,收缩越大,引发的拉应力也越大,对混凝土环的开裂有促进作用。从粉煤灰掺量对胶砂试件的收缩图(图4)中可以看出,随着粉煤灰掺量的增大,干缩逐渐降低,从而降低了开裂程度,延长了开裂时间。

(2)外加剂品种对砂浆干燥开裂的影响

外加剂品种对圆环开裂的初步实验结果见图5、图6。由图5可知,在相同配合比下,掺加聚羧酸复配减缩剂的试件经过18d才开裂,且裂纹扩展的速度很慢,最终裂纹宽度只有0.5mm。而掺加萘系、氨基磺酸盐、聚羧酸复配引气剂的试件在2~3d内就出现裂纹,而且裂纹扩展很快,最终裂纹宽度为0.9~1.2mm,由图6可见,四种外加剂改善圆环胶砂试件的收缩顺序为:聚羧酸复配减缩剂>聚羧酸复配引气剂>氨基磺酸盐>萘系,较低的收缩在混凝土环内部所引发的拉引力也较低,因此能够有效降低裂缝宽度,推迟开裂时间。

3 结论

(1)粉煤灰等量替代水泥后提高了混凝土抵抗塑性开裂的能力。适当掺入优质粉煤灰,对于早期塑性开裂具有一定的抑制作用,但是对于大掺量粉煤灰混凝土,早期必须加强养护以避免塑性开裂。

(2)随着粉煤灰掺量的增大,砂浆中的薄弱环节增加,产生很多的微裂纹来释放应力,因此,随粉煤灰掺量的增大,开裂时间和裂宽均呈下降趋势。同时,随粉煤灰掺量的增大,干缩逐渐降低,从而降低了开裂程度,延长了开裂时间。

(3)外加剂品种对于早期混凝土抗裂性的影响为:PCA+2%SRA>PCA>MAS>FDN,掺加FDN的开裂面积最大,裂缝宽度也最大,其次为氨基磺酸盐、聚羧酸减水剂,当聚羧酸与减缩剂复配后,抗裂效果最好,因此,选择合适的外加剂种类对抑制混凝土早期塑性开裂有较好的作用。

(4)外加剂品种对干燥开裂的初步试验结果表明,与其它几种外加剂相比,聚羧酸高效减水剂与2%减缩剂复配后对抑制混凝土后期的干燥开裂具有显著效果。

摘要：收缩开裂是影响现代混凝土耐久性的主要因素。本文通过平板开裂试验、圆环开裂试验评定粉煤灰掺量与外加剂品种对混凝土开裂的影响。结果表明,适当掺入优质粉煤灰,对于早期塑性开裂具有一定的抑制作用,塑性收缩的开裂总面积下降,混凝土的抗裂性提高;随粉煤灰掺量增大,圆环试件的开裂时间和裂宽均呈下降趋势。试验结果还表明:与其它几种外加剂相比,聚羧酸高效减水剂与2%减缩剂复配后对抑制混凝土早期塑性开裂和后期干燥开裂均具有显著效果。

关键词：塑性开裂,干燥开裂,粉煤灰,外加剂,开裂时间,裂缝宽度,开裂面积

参考文献

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[2]L EPAGE S,BALBAKI M,DALLAIRE E.Early ShrinkageDevelopment in the High Performance Concrete[J].Cement,Concrete and Aggregates,1999,(2):31-35.

[3]中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组.混凝土结构耐久性设计与施工指南.北京:中国建筑工业出版社,2004.

[4]Shan Surendra P,Weiss WJason,Wei Yang.ShrinkageCracking Can it be Prevented.Concrete International,1998(4):52-56.

开裂性能 第5篇

关键词：聚合物,快硬水泥混凝土,抗开裂性能

甘肃省地处黄土、青藏和蒙古三大高原交汇地带, 境内地形复杂, 地质灾害频发, 为甘肃公路建设带来各种困难。近些年, 随着交通建设投资力度加大, 甘肃省的公路里程也快速增长。但是通过对甘肃省内路面调查及工程实践发现, 水泥混凝土路面出现短板开裂等现象。若采用纤维混凝土的路面此种病害有所减轻轻。混凝土的塑性收缩裂缝是指混凝土浇注后, 在硬化前由于塑性收缩导致的裂缝。混凝土在塑性阶段, 各种固体颗粒之间存在一层水膜, 由于各种原材料之间相对密度存在差异, 混凝土在凝结硬化之前将产生沉降泌水。但当混凝土表面水分的蒸发速率大于泌水速率时, 由于表面张力的作用, 毛细孔失水形成凹液面, 将导致毛细管压力产生, 使混凝土浆体产生体积收缩, 即塑性收缩。当混凝土流动性不好或混凝土还未产生足够的抗拉强度时, 混凝土就会产生塑性收缩裂缝[1-4]。

采用聚合物纤维水泥混凝土的路面开裂现象较轻。随着社会经济的发展公路交通压力越来越大, 快速维修方式成为当今公路养护的首选, 而快速维修所选用的材料必定是快速修补材料, 而此种材料的抗开裂性能的研究较少, 本文主要研究聚合物快硬水泥混凝土抗开裂性能[5,6,7,8]。

从上述可以看到, 水泥混凝土路面宏观都是由水泥混凝土内部微裂纹在车辆的冲击下不断扩展形成, 从材料入手解决水泥混凝土的开裂是首选。因此本课题选取快硬水泥混凝土中加入聚合物、聚丙烯纤维和钢纤维进行实验研究。

1 实验部分

1.1 材料

胶凝材料:硫铝酸盐水泥。

细集料:石英砂。

粗集料:机制玄武岩碎石。

聚合物:醋酸乙烯- 乙烯可再分散乳胶粉。

纤维:6mm聚丙烯纤维 ( 上海凯杜31μm) 、12mm聚丙烯纤维 ( 上海凯杜31μm) 、6mm聚丙烯纤维 ( 宁阳邦能13μm) 、钢纤维 ( 嘉兴市金誉金属制品有限公司) 。选用C40、凝结时间为120min快硬水泥混凝土进行下列试验。

1.2 试件仪器

SJD-60 60L混凝土搅拌机 (卧式强制搅拌机)

CP4202C电子天平

混凝土早期抗开裂试验装置开裂试模, 如图1, 其共有七根应力诱导发生器。

1.3 诱导开裂试验

1.3.1 制备诱导开裂试验试件

1) 试验宜在恒温恒湿室中进行, 应能使室温保持在20±2℃, 相对湿度保持在60±5%;

2) 根据试验设计制备相应的快硬水泥混凝土;

3) 将混凝土浇筑至模具内, 混凝土摊平后表面应比模具边框略高, 使用平板表面式振捣器或者采用捣棒插捣, 控制好振捣时间, 防止过振和欠振;

4) 在振捣后用抹子整平表面使骨料不外露, 表面平实。

1.3.2 诱导开裂试验

1) 试件成型30 分钟后, 应立即调节电风扇直吹试件表面, 使试件表面中心处风速为5m/s, 风向平行于试件表面;2) 从混凝土搅拌加水开始起算时间, 到2 小时测读裂缝。裂缝长度以肉眼可见裂缝为准, 用游标卡尺测量其长度, 取裂缝两端直线距离为裂缝长度。裂缝宽度用放大倍数至少40 倍的读数显微镜 ( 分度值为0.01mm) 测量, 应测量每条裂缝的宽度;3) 根据混凝土浇注24 小时后测量得到裂缝数据, 计算平均开裂面积、单位面积的裂缝数目和单位面积上的总开裂面积。

2 结果与分析

2.1 实验结果

本论文利用普通水泥混凝土试验以及水泥混凝土早期诱导开裂试验, 首先选用C40 快硬混凝土, 不同聚合物掺量对快硬水泥混凝土抗裂性能以及抗压强度影响进行实验分析, 其结果如表1 所示。另外在最佳聚合物掺量的快硬水泥混凝土中掺入不同的纤维, 实验结果如表2、表3所示。

根据聚合物改性快硬水泥混凝土的试验结果, 快硬水泥混凝土随聚合物掺量的增加抗压强度逐渐降低, 裂纹数量也是逐渐增加并趋于稳定, 而裂纹总面积随聚合物掺量增大先减小后增大, 出现最小值。综合抗压强度、裂纹数量和裂纹总面积因素, 聚合物掺量在4% 的情况下抗压强度满足C40 混凝土强度要求, 裂纹总面积相对较小, 裂纹数量较多。由此说明在4% 聚合物改性快硬水泥混凝土每个裂纹最细小, 4% 聚合物快硬水泥混凝土力学性能最佳。

在最佳聚合物掺量的快硬水泥混凝土中, 钢纤维的掺入对聚合物快硬水泥混凝土的抗压强度和塑性开裂影响不明显, 掺入聚丙烯纤维后都可以减小聚合物快硬水泥混凝土的裂纹面积, 减小裂纹数量, 但对抗压强度是减弱的, 主要原因是聚丙烯纤维量的增大会使聚合物快硬混凝土的含气量增大, 从而使抗压强度降低。由试验结果得出聚合物快硬水泥混凝土中掺入3%6mm聚丙烯纤维 ( 宁阳邦能13μm) 可以使混凝土的裂纹面积最小, 因此单掺纤维选用3% 长度6mm聚丙烯纤维 ( 宁阳邦能13μm) 。

由于宁阳邦能直径13μm长6mm聚丙烯纤维直径较其他纤维小, 因此在相同掺量的情况下宁阳邦能直径13μm长6mm聚丙烯纤维的数量较多, 并在聚合物快硬水泥混凝土中容易被分散, 因此可以大幅度增大其抗裂性能但抗压强度减小较小, 因此阳邦能直径13μm长6mm聚丙烯纤维在增加聚合物快硬水泥混凝土的抗裂性能最优。

在最佳聚合物掺量的快硬水泥混凝土中, 掺入10%的钢纤维和6mm宁阳邦能长度13μm的纤维, 纤维变量是2% 到4%。随聚丙烯纤维量增加抗压强度无明显变化, 裂纹数量和裂纹总面积逐渐减小, 最优效果至裂纹面积减小到3.4mm2, 裂纹数量仅9 条。

序号6 试验在序号3 试验的相同环境、相同试验条件下进行, 聚合物快硬水泥混凝土表面增加一层混凝土养护剂进行混凝土早期抗开裂试验, 试验结果表明, 快硬水泥混凝土在加入聚合物、聚丙烯纤维和钢纤维后表面裂纹明显减少, 用混凝土养护剂在聚合物快硬水泥混凝土表面养生, 大幅度的减少了聚合物混凝土内部水分的蒸发[9,10], 从而可以避免聚合物水泥混凝土表面微小裂纹的产生。

图2 中A为聚合物掺量为4% 的快硬水泥混凝土, B为聚合物掺量为4%、宁阳邦能直径13μm长度6mm的纤维掺量为3% 的快硬水泥混凝土, C为聚合物掺量为4%、宁阳邦能直径13μm长度6mm的纤维掺量为3%、钢纤维掺量为10% 的快硬水泥混凝土。由图2 可以看出聚合物快硬水泥混凝土开裂主要在3~5 小时, 在3~4 小时期间裂纹增加最快, 2~3 小时和4~5 小时期间裂纹增加较为缓慢。由A、B可知, 在4~5 小时期间B的裂纹增加数量明显减少, 得出聚丙烯纤维的掺入主要在4 小时以后增加了快硬水泥混凝土的抗开裂性能;由C得出复合纤维的掺入增加了聚合物快硬水泥混凝土前期和后期的抗开裂性能。

2.2 试验结论分析

快硬水泥混凝土中掺入聚合物, 在快硬水泥混凝土水化过程中内部水分不断减少, 聚合物失水形成薄膜交织在快硬水泥水化物中, 就快硬水泥混凝土表面而言, 聚合物成膜后阻止了部分快硬水泥混凝土水分的散失, 降低了因干燥而收缩的程度, 从而表现为裂纹数量的增多, 变得细小且浅, 但裂纹的总面积减小。纤维可以和快硬水泥水化产物以及聚合物紧密结合, 形成统一整体, 增大了快硬水泥混凝土内部的抗拉性能, 从而增大了快硬水泥混凝土的抗开裂性能。两种纤维复合掺入快硬水泥混凝土中在不同数量级上增大了水泥混凝土的内部抗拉能力, 从而增加了快硬水泥混凝土前期和后期的抗开裂性能。

3 结语

快硬水泥混凝土中掺入聚合物和纤维, 可以大大增加其抗开裂性能, 能够在表面蒸发量大的环境中表现出优异的表面性能, 防止由表面微裂纹引起的水泥混凝土寿命变短等问题。快硬水泥混凝土强度增长快, 能够在较短时间内达到通车的强度等级, 在其加入聚合物、纤维等可以调制出快速耐久的维修材料, 为公路养护维修工程提供重要参考价值。

参考文献

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[4]LEPAGE S, BALBAKI M, DALLAIRE E, et a1.Early Shrinkage Development in a Hish Performance Concrete[J].Cement Concrete and Aggregation, 1999, 21 (2) :31-35.

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[9]侯东伟.混凝土自身与干燥收缩一体化及相关问题研究[D].清华大学, 2010.

开裂性能 第6篇

钢骨架塑料复合管具有塑料管材的优点, 同时又具有类似钢管的特性, 具有很好的综合性能。但是由于钢骨架塑料复合管特殊的结构, 使管材的应力分布极其复杂, 且管材研制开发仅仅几年, 目前还没有形成完善的强度理论与实验体系。在管材的生产和使用过程中, 钢骨架塑料复合管电热熔管件的性能出现一些问题, 因此, 本文通过对其慢速开裂性能的研究和分析, 旨在使管材管件的性能得到进一步检验和改进。

采用电热熔管件承插连接聚乙烯压力管线作为输送燃气等介质的方法已被推广使用。本文着重介绍钢骨架塑料复合管电熔套筒制造和焊接过程中潜在的影响因素, 并选用P E80和P E100两种材料在不同工艺条件下分别成型电熔套筒来检验注塑成型工艺的影响, 用不同电压下电热熔管件的焊接工艺来评价电熔连接。

1 电热熔管件慢速开裂性能实验方法

采用80℃静液压试验和全沟槽蠕变试验, 评定在同一参数范围内成型并焊接的电热熔管件的慢速开裂性能。其中高温静液压试验与电热熔管件的耐慢速开裂性能有很好的相关性, 一般接受包括在80℃不同环应力下静液压试验等标准以评定管材和管件的耐慢速开裂性能;设计全沟槽蠕变试验作为一种方法评定某种聚合物的耐慢速开裂性能, 无需大的试验组件和较长的破坏时间[1]。

1.1 高温静液压试验

采用不同加工工艺成型的电热熔管件在不同电压下与P E100管材焊接, 使管件系统在80℃温度下以5.5M P a的环应力下压, 然后等待破坏, 最低破坏时间不小于165小时。测试H D P E80a制造的电熔套筒在80℃、5.5M P a条件下的破坏时间: (1) 成型温度210℃下, 焊接电压为39.5V时破坏时间为263小时, 焊接电压为45.4V时破坏时间为261小时; (2) 成型温度240℃下, 焊接电压为39.5V时破坏时间为255小时, 焊接电压为45.4V时破坏时间为223小时; (3) 成型温度260℃下, 焊接电压为39.5V时破坏时间为257小时, 焊接电压为45.4V时破坏时间为255小时; (4) 成型温度280℃下, 焊接电压为39.5V时破坏时间为247小时, 焊接电压为45.4V时破坏时间为284小时。从静液压试验结果表明, 在不同熔化温度注射成型的电热熔管件在不同电压下焊接均满足最低165小时的要求;PE100和MDPE80制造的管件慢速开裂性能远超过规定值;HDPE80制造的电热熔管件是最先实现破坏的, 分析其破坏时间可以看出, 改变注射成型和焊接时间并没明显损坏电热熔管件的耐慢速开裂性能。

1.2 全沟槽蠕变试验

取210℃和280℃条件下注塑的P E100和MDPE80电热熔管件, 然后在同一位置取试件, 注意该位置与浇口垂直且远离焊接面, 时间尺寸为1212100m m, 按规定的方法在各面加工沟槽。MDPE80 (应力4MPa, 温度80℃) 试验结果为:注射成型温度为210℃时全沟槽破坏时间为61.07小时;注射成型温度为280℃时全沟槽破坏时间为54.17小时。P E100 (应力6M P a, 温度80℃) 试验结果为:注射成型温度为210℃时全沟槽破坏时间为85.45小时;注射成型温度为280℃时全沟槽破坏时间为83.26小时。试验表明, P E100和P E80电热熔管件通过全沟槽试验后其耐慢速开裂性能并没有出现明显减弱。

2 影响电热熔管件慢速开裂性能的因素

在钢骨架塑料复合管电热熔管件寿命初期, 电热熔管件的注射成型工艺和焊接过程极有可能改变树脂的结构和性能, 这些都取决于具体的加工条件和管件的“电”设计。注射成型是一个侵入、剪切的过程, 必须保证不破坏树脂的整体稳定性, 即物理结构;电热熔管件焊接过程使得管件和管材树脂材料达到很高的温度, 再一次可能破坏树脂材料的整体稳定性。

2.1 注射成型工艺的影响

在不同的熔化温度下 (如:210℃、240℃、260℃、280℃) 注射电熔套筒, 保证注射成型参数保持不变, 如注射压力、冷却时间。结果表明, 熔化温度影响管件的最终尺寸, 在端部冷态区、熔接区、中间冷态区的两个相互垂直的平面上测量内径均有变化。

2.2 电热熔管件焊接过程的影响

许多因素都会影响电热熔管件的焊接过程, 如电阻、电熔线、熔接时间、输入能量、熔区轴向长度等。在焊接过程中, 连接处会出现高温, 电热熔管件在一系列电压下熔化, 形成不同的聚合物温度, 以此判断其是否会影响第一组电熔线附近的聚合物特性, 在这样的高温下可能加速引发的过程。焊接过程中, 电熔线温度和电热熔管件的电阻可用下式表示:

式中:α-电熔线电阻温升系数 (℃-1) ;R1-焊接初始电阻 (Ω) ;R2-焊接最终电阻 (Ω) ;T1-电熔线初始温度 (℃) ;T2-电熔线最终温度 (℃) 。

假定在焊接过程中不会出现电熔线串动现象 (即并线) , 用不同的电熔套筒在不同的电压下 (包括原始电压39.5V和在原始电压下增量5%、10%、15%、20%、25%) 进行焊接, 试验表明, 电压越高, 电熔线温度越高, 甚至在增量20%、25%条件下出现明显的并线现象 (在此研究中取消) 。根据电热熔管件在39.5V和45.4V温度下测得电熔线温度与时间的关系, 表明在45.4V条件下电熔线达到的温度比39.5V时高15%左右。

3 结论

钢骨架塑料复合管电热熔管件的长期破坏方式是通过起始于中间冷态区的第一组线圈的慢速开裂实现的, 这一事实已被广泛接受。通过高温静液压和全沟槽试验表明, 改变注射成型和焊接时间并没有导致任何P E100和P E80制造的电热熔管件耐慢速开裂性能的降低。由PE100和MDPE80树脂制造的电热熔管件在为应用P E100管材而做的高温静液压应力破坏试验中, 其耐慢速开裂性能远超过规定值。如果电热熔管件设计基础好, 上述MDPE80、PE100、HDPE80树脂基本上对注射成型和焊接参数变化不敏感。

摘要：通过对钢骨架塑料复合管电热熔管件慢速开裂性能进行研究和分析, 进一步掌握该产品质量控制途径, 提高技术研发水平。

关键词：钢骨架,塑料,复合管,性能

参考文献

开裂性能 第7篇

关键词：养护剂,道床板,现浇混凝土,塑性收缩,开裂

0前言

养护对混凝土的性能有很大的影响,尤其是对混凝土的力学性能、渗透性、耐磨性、体积稳定性和抗冻融性的影响更为显著[1],它是保证水泥混凝土充分水化,获得理想性能的必要措施。传统的养护方式[1,2]有洒水养护、喷雾养护、土工布养护、棉絮养护、覆砂养护、覆草养护等。在这些养护方式中,洒水养护和喷雾养护的效果较好,但这两种养护方式在许多结构部位和特殊环境中不易实现,如高架桥箱梁外侧面和底面、高墩外表面以及大风干燥缺水地区等,且在养护期间需要不间断地进行补水才能保持养护效果。而其它养护方式除了存在以上限制外,还存在着保湿效果差、易污染结构物表面等问题。鉴于传统养护方式的缺点,在20世纪40年代美国研制和提出了养护剂养护法,随后,英国、日本等国相继研发出多种类型混凝土养护剂,包括水玻璃类养护剂、溶剂类养护剂、乳液类养护剂和复合型养护剂,在机场跑道、公路、道桥隧道口、水坝等工程中进行了应用,并取得了良好效果。

养护剂的主要作用机理是在混凝土浇筑成型后立即喷涂或涂刷于混凝土表面,通过在混凝土表面形成一层连续致密薄膜来阻止其水分蒸发,从而达到保湿养护的目的,且一次操作后不用进行后续处理。因此,养护剂养护具有无结构部位限制、节水、一次涂刷后持续养护时间长、节省劳动力等优点,尤其适合于干燥、缺水、大风环境中现浇混凝土结构的养护。鉴于养护剂养护的上述优点,笔者结合我国铁路工程中板式无砟轨道道床板现浇混凝土养护难、易开裂等问题,研究了自制高效乳液型养护剂对道床板混凝土收缩开裂性能的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥:北京产PO 42.5级水泥;粉煤灰:赤峰某电厂产Ⅰ级粉煤灰;矿粉:唐山粒化高炉矿渣S95级;细集料:河北卢龙产细度模数2.7的河砂;粗集料:天津蓟县5~20mm连续级配碎石;减水剂:天津产聚羧酸系高效减水剂,减水率为29%。此外,还采用了3种不同保水率的养护剂,分别为自制的高效乳液型养护剂TJ-A型和TJ-B型以及南京某厂的C型养护剂。表1为这3种养护剂的有效保水率。

%

注:养护剂3d有效保水率测试环境为:温度20℃±2℃,相对湿度60%±5%,风速0m/s。

1.2 试验方法

1.2.1 养护方式

试验采用3种方式进行养护。

(1)标准养护:在混凝土试件成型后,放置于20℃环境中覆盖薄膜进行保湿养护,1d后脱模,随即移入温度20℃±2℃、相对湿度≥95%的标准养护室中养护。

(2)喷涂养护剂养护:在混凝土试件成型后,立即在该试件表面喷涂养护剂,放置于20℃环境中养护1d后脱模,然后对试件其余5个面喷涂养护剂,干燥后移入温度20℃±2℃、湿度60%±5%环境中养护。

(3)自然养护:混凝土试件在成型后放置于20℃环境中覆盖薄膜进行保湿养护,1d后脱模,随即移入温度20℃±2℃、湿度60%±5%环境中养护。

1.2.2 测试方法

按GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试塑性收缩和早期抗裂性能,其中,塑性收缩测试仪采用自制的多通道非接触式塑性收缩测试仪进行测试;抗裂试验采用图1所示的平板抗裂试验装置进行测试。

平板抗裂试验装置应采用钢制模具,模具的四边(包括长侧板和短侧板)宜采用钢槽或角钢焊接而成,侧板厚度不应小于5mm,模具四边与地板宜通过螺栓固定在一起。抗裂性测试条件为:环境温度20℃±2℃,相对湿度60%±5%,试件中心上方10cm处风速4m/s。

2 分析与讨论

2.1 养护剂对混凝土力学性能的影响

2.1.1 养护剂对混凝土抗压强度的影响

图2所示为3种不同养护方式下混凝土试件抗压强度增强曲线。由图2可知,随龄期的增长,混凝土试件的抗压强度在标准养护条件下增长幅度最大,其次是喷涂养护剂养护,强度增长最小是在自然养护条件下。在喷涂养护剂的混凝土试件中,其抗压强度的增长顺序为:养护剂TJ-A>养护剂TJ-B>养护剂C。在7d以前,采用标准养护的混凝土试件抗压强度最低,而采用自然养护的混凝土试件抗压强度则介于喷涂不同养护剂试件之间,均高于标准养护下混凝土试件的抗压强度。在7d以后,标准养护条件下的混凝土试件的抗压强度开始快速增长,到28d,特别是56d之后,其抗压强度与喷涂养护剂养护下的混凝土试件强度相近,而在自然养护条件下混凝土试件抗压强度增长幅度明显降低,56d抗压强度比标准养护和喷涂养护剂养护的混凝土试件抗压强度低10%左右。

3种养护方式最大的差别是混凝土试件所处环境湿度不同。标准养护条件下,混凝土试件基本处于100%的湿度环境中,比较有利于水泥水化。但在早龄期的时候,混凝土的密实度不高,在内外湿度差的驱动下,水分会进入混凝土试件内部。而在自然养护条件下,混凝土所处环境的相对湿度大大低于混凝土内部湿度,内部水分则会向外迁移散失,相当于降低了混凝土内部的水胶比,有利于提高其早期强度。同时,在进行抗压试验时,从自然养护条件中取出的混凝土试件的整体湿度也低于从标准养护条件下取出的混凝土试件,混凝土试件在高湿度状态下测得的抗压强度也要低于干燥状态。在混凝土硬化后期,标准养护条件下,充足的水分环境保证了混凝土内部水泥的持续水化,有利于强度的持续增长。而自然养护条件下,由于没有水分补充,且不断的向外界失水,随着内部水泥水化进行,其可供水泥水化的自由水持续减少,水化程度也随之降低,导致混凝土试件后期强度增长缓慢。而3种养护剂养护的混凝土试件,虽然没有外界水分的持续补充,但由于养护剂在试件表面形成了一层保护膜,阻止了内部水分向外散失,使混凝土依靠自身的水分也能保证水泥的正常水化,从而确保该类混凝土的抗压强度能够持续稳定的增长。

2.1.2 养护剂对混凝土抗折强度的影响

图3为不同养护方式对混凝土抗折强度的影响结果。

对比图2和图3可得,喷涂养护剂养护的混凝土试件抗折强度的发展规律与抗压强度的发展规律不完全一致。标准养护条件下,各龄期混凝土试件的抗折强度明显高于其它两种养护方式养护下混凝土试件的抗折强度,标准养护条件下混凝土试件7d和28d抗折强度分别比喷涂TJ-A、TJ-B和C型养护剂及自然养护条件下混凝土试件抗折强度高27.8%、11.5%、27.8%、31.4%和36.1%、20.8%、14.3%、25.5%。TJ-B、C型养护剂养护下的混凝土试件7d和28d抗折强度仍高于自然养护条件下混凝土试件的抗折强度,TJ-A养护剂养护下的混凝土试件7d抗折强度也高于自然养护条件下混凝土试件的抗折强度。

2.2 养护剂对混凝土塑性收缩的影响

从工程实际反映情况可知,无砟轨道道床板现浇混凝土开裂多发生在混凝土浇筑后的前3d,而且大部分裂缝在混凝土浇筑后24h内就已出现。一般而言,混凝土塑性收缩[3]过大是引起此类混凝土早期开裂的主要原因,若能有效降低混凝土的塑性收缩开裂,便能有效减少早期裂缝的产生。

图4为不同养护方式下混凝土的早期塑性收缩变形,从图中可以看出,喷涂养护剂可以有效降低混凝土早期的塑性收缩。在72h时,自然养护条件下,混凝土的塑性收缩率为1.74710-3,喷涂TJ-A型养护剂的混凝土塑性收缩率为1.01710-3,比自然养护条件下降低了42%;而喷涂TJ-B和C型养护剂塑性收缩率为1.28210-3左右,比自然养护条件下的收缩率降低了27%。

水分蒸发是混凝土早期产生塑性收缩变形的主要原因,故降低混凝土表面水分失水率可以有效预防其塑性收缩开裂,ACI305委员会建议夏季施工时,混凝土的水分蒸发速率宜控制在1kg/(m2h)[4]。把养护剂喷涂于混凝土表面可有效地抑制其表面水分蒸发[5],降低混凝土塑性收缩,从而达到减少混凝土塑性开裂的目的。

图5为不同养护方式下混凝土的水分蒸发量。由图5可知,所选用的TJ-A、TJ-B和C型3种养护剂有效地抑制了混凝土表面的水分蒸发,且随着时间的延长,抑制效果更加明显。在72h时,在TJ-A、TJ-B和C型3种养护剂养护下,混凝土表面水分蒸发量比自然养护条件下分别降低了60%、54%、60%。

2.3 养护剂对混凝土抗裂性能的影响

图6为未进行保湿养护(基准)和TJ-A养护剂养护下的混凝土早期抗裂测试图。从图中可得,未进行保湿养护的混凝土试件在浇筑成型190min后即产生裂缝,且随着时间的延长,大约在315min后,发展成为贯穿表面的裂缝,最大裂缝宽度可达0.75mm,单位面积上总开裂面积为475mm2;而喷涂TJ-A养护剂后,混凝土试件在整个试验过程中未出现开裂现象,能够有效防止混凝土的早期开裂。

3 结论

在板式无砟轨道道床板现浇混凝土浇筑施工过程中,往往无法做到及时洒水、覆盖等养护措施,需待混凝土初凝后才能进行,而在这期间混凝土最易产生开裂。自制的高效乳液养护剂在混凝土表面潮湿状态下即可进行喷涂,且不会破坏混凝土表面,随着水分蒸发迅速成膜,起到防止水分蒸发,降低塑性收缩,提高抗裂能力的作用。

(1)采用自制养护剂(TJ-A、TJ-B)对混凝土进行喷涂养护,可提高混凝土试件早期抗压强度(7d前),同时,其后期抗压强度(28d和56d)与标准养护下的抗压强度值相近,但养护剂养护后混凝土试件7d和28d抗折强度均低于标准养护条件下混凝土试件的抗折强度,而在自然养护条件下,混凝土试件的抗压强度(7d和28d)和抗折强度(7d)均最低。

(2)养护剂可起到明显降低混凝土早期塑性收缩的作用。实验结果表明,72h后,喷涂TJ-A、TJ-B和C型养护剂的混凝土塑性收缩率比自然养护条件下的收缩率分别降低了42%、27%和27%,此外,混凝土喷涂养护剂后,在TJ-A、TJ-B和C型3种养护剂养护下,混凝土表面水分蒸发量比自然养护条件下分别降低了60%、54%、60%。

(3)在提高混凝土抗裂性方面,喷涂TJ-A养护剂的混凝土试件表面未出现塑性开裂,而未进行保湿养护的混凝土试件表面则产生了贯穿性裂缝,最大裂缝宽度为0.75mm。

参考文献

[1]Steven H.Gebler,Cecil L.Jones.Guide to curing concrete[R].ACI308R-01.11-17.

[2]西德尼.明德斯,J.佛朗西斯.杨,戴维.达尔文.混凝土[M].北京:化学工业出版社,2005,257-258.

[3]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土.北京:中国铁道出版社[M],1998,265.

[4]Robert J.Ryan,Keneth B.Rear.Hot weather concreting[R].ACI305R-99,4.