混凝土骨料對承壓試樣裂紋擴展區的影響

周建普

(唐山今實達科貿有限公司，河北唐山063000)

工程結構失效時出現的尺寸效應是混凝土結構經常出現的一類現象，受到工程界的廣泛關注。尤其是近年來，在地震、臺風等意外災害作用下，許多按照現有規范設計的建筑物發生了嚴重的破壞，造成巨大的經濟和人員損失［1－3]?；炷恋钠茡p起始于混凝土在受荷前就已經存在的原始潛在缺陷(裂隙或微裂紋)，混凝土在外荷載作用下，內部的微裂紋由于應力集中的作用而不斷擴展，最后導致了混凝土材料的破損［4]。

實驗主要任務是對混凝土材料的骨料對承壓試樣裂紋擴展區的影響規律進行探討。

1 試件制備及實驗方法

本實驗通過制作一組骨料大小不同的試件來研究骨料粒徑對承壓試樣裂紋擴展規律的影響。骨料粒徑分別是5－10 mm，5－20 mm，5－25 mm。

1.1 配合比設計

本次試驗所用混凝土強度等級為C30［5]。根據混凝土配合比設計原則，設計混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比設計/kg.m－3Tab.1 The mixture ratio of concrete/kg.m－3

1.2 試件制作

本次試驗一共制作三組不同的試件，都用相同的配合比。第一組試件的尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，骨料粒徑為5－25 mm;第二組試件的尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，骨料粒徑為5－20 mm;第三組試件的尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，骨料粒徑為5－10 mm。

1.3 試驗方法簡介

試驗目的是研究混凝土試件在承壓時裂紋的發展規律［6]，試驗主要內容是混凝土試件的承壓試驗和使用體式顯微鏡對混凝土表面的微裂紋進行拍照。試驗要求得到試件在各級荷載作用下的裂紋發展情況［7]。在試件受壓時，用普通的刷子將石墨粉刷在試件表面，混凝土在受壓時會產生裂紋，這時石墨就可以進到混凝土的裂紋中，并且留在裂縫中，以便于以后裂縫的觀測。

2 骨料對裂紋發展的影響

試驗主要探討混凝土內骨料粒徑對試件表面裂縫發展的影響［8]，采用分級加載的方法，分別在加載到極限荷載的20%、40%、60%、80%時進行試件表面圖像采集。第一組試件照片如圖1所示。

從第一組試件的裂縫可以發現表面裂縫比較長，而且裂縫的寬度和深度都比較大，單獨的一條裂縫要延伸很長的一段長度后才出現分裂成兩條或多條的現象，而且單獨的一條裂縫的發展方向幾乎是不變的，只有產生分裂時才會變向，而且試件表面的裂紋數量不是很多，說明骨料在一定程度上阻止了裂紋的發展，裂紋一般發展到骨料處停止或者繞過骨料繼續延伸。

從第二組試件的照片可以發現混凝土表面的裂縫不如第一組的長，而且裂縫的寬度和深度也不是很大，裂縫容易在混凝土的空洞和骨料處開始，裂縫的延伸也不是很明顯的一個方向，裂縫一般或在骨料處改變方向或者分裂為兩條小的裂紋。

從第三組試件照片可以發現混凝土表面沒有長的裂縫，而且裂縫也不是很寬，大多數裂縫都交錯在一起，裂縫的擴展方向也很不確定，裂縫在試件表面的分布有很大的不規則性，在加載剛開始就出現大量小而細的裂紋，說明小粒徑的骨料不能有效的防止微裂紋的生成和發展，裂縫會在漿體內隨即生成并且進一步演化發展。

在圖像中可以發現，混凝土在荷載作用下，裂縫擴展可能在以下部位發生:(1)硬化水泥漿體與集料的界面上。(2)硬化水泥漿體或砂漿集體內。(3)集料顆粒內。

當外荷載較小時，裂縫的擴展比較緩慢，稱為緩慢傳播過程，但當荷載逐漸增大時裂縫擴展則迅速增大而形成快裂傳播過程。當荷載進一步增大后，局部的微觀破損將成為薄弱環節而不斷向整體擴大，當達到某一極限時，即使荷載不再增大裂縫也會迅速發展，最后引起混凝土的整體破壞。

3 結論

綜合上面的對比和分析可以發現:骨料對混凝土表面的裂縫有一定的影響，當混凝土中的骨料粒徑越大時表面的裂縫長度、寬度和深度都會增大，而且裂縫的發展方向也趨于直線。當骨料粒徑越小時，就會產生一些短小的裂縫，而且裂縫發展很短長度后就會分裂成多條更細的裂縫。而骨料粒徑大時裂縫要發展較長的距離后才會分裂，并且分出來的裂縫條數也相對較少?？傊橇狭酱髸r產生寬而少的裂縫，骨料粒徑變小時產生細小的裂縫，但是裂縫數量較多。

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