基于濕度應(yīng)力的配筋混凝土板的收縮變形

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1、基于濕度應(yīng)力的配筋混凝土板的收縮變形1陸旺杰1錢春香1曲軍2MichaelDanzingerz郭景強21．東南大學材料科學與工程學院，江蘇省土木工程重點實驗室，南京2111892．SikaChinaGroup，蘇州215121摘要：本文研究了配筋混凝土板不同位置深度及減水劑對其收縮變形的影響，推導(dǎo)了濕度應(yīng)力和鋼筋約束下混凝土的收縮變形公式，并測量了不同位置深度及減水劑下的混凝土溫濕度、應(yīng)變變化和鋼筋應(yīng)力變化。試驗結(jié)果表明，靠近邊緣及表面的位置溫濕度變化較快，混凝土的應(yīng)變及鋼筋應(yīng)力較大；與萘系減水劑相比，聚羧酸減水

2、劑延緩早期溫度發(fā)展，減小混凝土的濕度下降及濕度應(yīng)力，從而減小收縮。關(guān)鍵詞：濕度；收縮：配筋混凝土板；應(yīng)變：應(yīng)力隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，有關(guān)混凝土耐久性及裂縫控制得到高度重視。裂縫是鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板施工中常見的質(zhì)量問題，裂縫的成因較為復(fù)雜，一般分為兩類【1】：一類是由外荷載引起的裂縫；另一類則是由變形變化引起的裂縫，其中包括：混凝土材料的干縮變形、溫度變化、不均勻沉降等。國內(nèi)外學者對混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫進行調(diào)查后分析發(fā)現(xiàn)，荷載裂縫約占20％，而變形裂縫則占80％，其中又以收縮為主?；炷恋氖湛s主要由溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力變化

3、引起12{】，本文主要研究濕度變化對配筋混凝土板的收縮應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系，對比研究聚羧酸減水劑對混凝土構(gòu)件層次的收縮應(yīng)力的改善。1原材料配合比及試驗方法水泥：中國水泥廠生產(chǎn)的海螺P·O42．5水泥：粉煤灰：南京熱電廠I級灰：砂：贛江中砂，細度模數(shù)2．7；石子：石灰?guī)r，粒徑5-25mm連續(xù)級配；外加劑：聚羧酸系減水劑Jl，萘系減水劑Nl：水：自來水。試驗配合比如表l所示?；炷涟宀捎米灾颇灸３尚?，尺寸為2．5mxl．2mx0．08m，調(diào)整外加劑摻量(見表1)使新拌混凝土坍落度達到180—200mm，成型后室外自然養(yǎng)護

4、。鋼筋為普通建筑圓鋼，配筋選用單層雙向配筋，按照①8@150mm分布?；炷羶?nèi)部溫度測量使用溫度傳感器，精度作者簡介：陸旺杰(1986．)，在讀碩士研究生；錢春香(1966．)，教授、博士生導(dǎo)師，通信作者。第72／280頁為0．1℃；濕度測量使用溫濕度傳感器，精度0．1％：混凝土應(yīng)變采用振弦式混凝土應(yīng)變計測量；鋼筋應(yīng)力采用鋼筋應(yīng)力計測量。溫度濕度通過LTM8261型讀數(shù)器采集數(shù)據(jù)，混凝土應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力則通過XP02頻率讀數(shù)儀結(jié)合自身參數(shù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)變及荷載。溫度傳感器、混凝土應(yīng)變計和鋼筋應(yīng)力計均埋于混凝土板內(nèi)部相應(yīng)位

5、置，而溫濕度傳感器則通過PVC預(yù)留管道法埋放。將插有木棒的西20mm的PVC小管插入新拌混凝土相應(yīng)位置，待初凝后拔出木棒，將溫濕度傳感器置于管道內(nèi)，周圍填滿不吸水的塑料紙以排除空氣，管口用液體石蠟或環(huán)氧樹脂密封，并使用讀數(shù)器采集各齡期混凝土內(nèi)部某一位置的濕度值。表l試驗配合比(C40)kg／cm32混凝土板收縮的理論推導(dǎo)2．1混凝土的濕度應(yīng)力試驗中混凝土板的收縮主要表現(xiàn)為干燥收縮，而一般認為混凝土干燥收縮是由于混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)水分蒸發(fā)或擴散引起的睜引?；炷涟l(fā)生干濕變形的主要機理有表面張力、拆開壓力及固體表面自由

6、能等，‘在相對濕度大于約45％時，通常只考慮表面張力。在未發(fā)生白干燥或未經(jīng)歷外部干燥的硬化混凝土中，孔隙水壓力對微結(jié)構(gòu)間的引力和斥力之間存在一種靜態(tài)平衡。當干燥發(fā)生時，孔溶液壓力因部分飽和毛細孔中的毛細彎月面的變化而減小，靜態(tài)平衡被打破，水蒸氣從材料內(nèi)部向表面擴散，迫使更多的孔隙水蒸發(fā)以維持平衡。根據(jù)熱力學原理，大孔首先失水，一旦失水孔徑達到50nm，彎曲的毛細彎月面及微收縮應(yīng)力將會出現(xiàn)，內(nèi)部相對濕度也開始減小。從力學平衡的角度，孔結(jié)構(gòu)模型可用Kalvin．Laplace方程描述：'’’昂一足=詈(Laplace

7、)(1)足一己=竽ln(Rt4)(Kalvin)(2)式中，‘roL溶液表面張力；pc_孔液壓力；Ⅳ一蒸氣壓力：r_彎月面曲率半徑；vm_一水的摩爾體積；lo一氣體狀態(tài)常數(shù)，8．314J／(mol·K)；T-一絕對溫度；RH一相對濕度。從而得到孔結(jié)構(gòu)中孔液負壓和內(nèi)部相對濕度之間的關(guān)系：P：生世唑尺7'(Kalvin-Laplace)(3)根據(jù)Mackenzie的研究，對于全飽和的多孔介質(zhì)，如果固體骨架為線彈性，則平均流體靜壓的變化量△p和線應(yīng)變￡之間的關(guān)系為：￡=等(妻一÷)￡=‘I：一-J第731280頁式中，

8、r線應(yīng)變，x10。6；△p一溫度或濕度變化引起的平均流體靜壓的變化；K一多孔固體的體積(彈性)模量；K。一多孔介質(zhì)骨架材料的體積(彈性)模量。對于混凝土等不完全飽和多孑L固體，孑L隙空間上的平均流體靜壓可用孔液壓力替代。Ap=巧一Pf_等型尺乃一鼉半尺瓦(5)式中，i，j一初始，結(jié)束狀態(tài)。對于混凝土材料體積變形還需要考慮集料及其用量的影響，混凝土集料在混凝土齡期發(fā)展中保持