混凝土早期收縮研究現狀

段小芳 劉海濤 喬勤勤

(1.南通市廣播電視大學，江蘇 南通 226006； 2.廊坊職業技術學院，河北 廊坊 065000)

混凝土早期收縮研究現狀

段小芳1劉海濤1喬勤勤2

(1.南通市廣播電視大學，江蘇 南通 226006； 2.廊坊職業技術學院，河北 廊坊 065000)

結合國內外對混凝土早期收縮研究的現狀，簡述了高強混凝土的應用及發展情況，主要驗算了不同影響因素下混凝土的早期收縮值及其變化規律，為后期高強混凝土早期收縮研究奠定了基礎。

混凝土，早期收縮，配筋率，約束度

1 概述

隨著高強度混凝土的研究和發展，混凝土自收縮現象引起業內人士的廣泛關注。關于混凝土早期收縮的測量方法各式各樣，但是對測量的結果很難達成一致，主要原因在于測量初始時間的控制、試模的約束影響、測量儀器的精確度及試件的密封性等等。

總結現有的混凝土自收縮測量方法，主要有體積法和長度法。體積法的優勢在于測量時自加水拌合成型后就可以立即開始，但缺點也是明顯的，攪拌過程中混入空氣和成型后橡膠袋和水泥漿之間存在泌水的影響，給測量帶來很大誤差。長度法使用廣泛一些，但無法測量塑性階段的混凝土，并且試模的約束影響也較大。

2 研究現狀

二十世紀三四十年代Lyman[1]和Davis[2]等已提出混凝土自身能夠收縮，由于當時的混凝土水灰比普遍較大，測試得出的自收縮值很小，往往被忽略。國標CBJ 82-85規定了混凝土收縮的標準方法：試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm，在試件兩端預埋測頭，1 d后拆模，標準養護3 d后，將其放在20 ℃，RH 60%的干燥環境中，用千分表測量試件長度隨齡期的變化值。1995年Tazawa[3]通過研究水灰比、水泥、礦物摻合料和化學外加劑等對混凝土自由收縮的影響，得出如下結論：水灰比越低，混凝土自收縮越大，適當添加摻合料可以減小自身收縮。2002年Bernard O.等[4]通過試驗分析水化度和總應變的發展，研究結果表明自收縮對混凝土應力的發展有較大的影響。文獻[5]中，以標準狀態下混凝土收縮量為基礎，擬合出混凝土收縮應變隨齡期發展變化規律：

(1)

2003年，為了精確測量干燥環境養護條件下，水灰比對混凝土早期收縮的影響，巴恒靜采用非接觸式位移傳感器對混凝土早期收縮進行測量[6]。試驗結果表明水灰比越低，混凝土自收縮占收縮總值的比例越大，前三天的混凝土自收縮達到總收縮50%左右[7]。

2006年高小建等[8]利用自行研制的非接觸式混凝土收縮儀測量混凝土從澆筑6 h到28 d齡期內的收縮，研究了減縮劑、聚丙烯纖維及其混合摻入對混凝土早期收縮開裂的影響規律及作用機理。巴恒靜等[9]研究了硫酸鈉對混凝土早期收縮開裂的影響。鐘軍[10]通過收縮試驗研究了3 d,7 d,14 d,28 d測量混凝土的收縮變形值。鋼筋對混凝土早期收縮的影響，主要由配筋率、鋼筋直徑、鋼筋表面狀況、鋼筋和混凝土之間的粘結這幾種因素決定。通過試驗可以研究配筋率和約束度之間的關系。

Sule M.等[11]通過試驗研究得到不同養護溫度下，混凝土自收縮隨著水化度的發展變化規律。

(2)

其中，a=0.5，b=0.15。

2010年康明[12]通過在混凝土試件中配置不同種類的鋼筋，研究配筋率、鋼筋表面形式、鋼筋布置方式對混凝土早期收縮的影響。標準養護下配筋混凝土早期收縮試驗表明，齡期3 d時，混凝土自由變形發展劇烈。配筋率越高，約束度越大，混凝土的收縮越小。前7天，鋼筋的約束度很大，達到50%以上。根據試驗結果擬合得到任意齡期自由收縮應變公式：

ε(t)=ε0·(1-e-bt-a)

(3)

其中，ε(t)為任意時間的收縮，t(時間)以d為單位；ε0為標準狀態下的極限收縮；a，b均為相關參數。

潘鉆峰、呂志濤[13]通過素混凝土和配筋混凝土試件的試驗，研究了配筋對混凝土早期收縮的影響。目前，素混凝土收縮的研究已經相對成熟。為了克服混凝土抗拉性能差的缺點，通常將鋼筋和混凝土配合使用，因此有必要對配筋條件下混凝土的收縮值的發展變化規律展開研究。英國混凝土規范BS 8100給出了配筋混凝土構件的收縮量估計公式：

(4)

(5)

其中，K′為與齡期t及配筋率ρ相關的系數，按下式計算；ρ為配筋率(不加百分數，如0.5%，則ρ=0.5)。

根據混凝土配合比的不同，K′有兩種表示方式：

(6)

(7)

其中，ρ為配筋率(不加百分數，如0.5%，則ρ=0.5)；t為齡期，d。

此外，康明將不同齡期的鋼筋約束度進行了均值計算，得到混凝土配筋率與約束度的關系見下式：

RS=21.687ln(ρ)+53.959

(8)

RN=18.418ln(ρ)+69.436

(9)

其中，ρ為配筋率(不加百分數，如0.5%，則ρ=0.5)；R為約束度。

3 結語

收縮是影響高強混凝土抗裂性能的重要因素，然而現有的收縮模型大都側重于普通混凝土，關于高強混凝土的收縮預測模型很少，因此需要對高強混凝土收縮開展研究。實際結構大多是配筋的，但配筋對收縮影響的研究尚不成熟，因此，關于配筋對高強混凝土早期收縮性能的影響亟待展開研究。

[1] Lyman CG.Growth and movement in Portland cement concrete[J].London,Oxford University Press,1934,24(4):133-139.

[2] Davis HE.Autogenous volume change of concrete[J].Proceeding of the 43th Annual American Society for Testing Materials,1940,26(14):1103-1113.

[3] Ei-ichi Tazawa,Shingo Miyazawa.Influence of cement and admixture on autogenous shrinkage of cement paste[J].Cement and Concrete Research,1995,25(2):283-287.

[4] Bernard O.,Brtthwiler E.Influence of autogenous shrinkage on early age behavior of structural elements consisting of concretes of different ages[J].Materials and structures,2002,35(12):550-556.

[5] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1997：8.

[6] 巴恒靜，高小建.高性能混凝土早期自收縮測試方法研究[J].工業建筑,2003(8):3-4.

[7] 高小建，巴恒靜，祁景玉.混凝土水灰比與其早期收縮特性關系的研究[A].鋼筋混凝土結構裂縫控制論文集[C].2006:128-135.

[8] 高小建，趙福軍，巴恒靜.減縮劑與聚丙烯纖維對混凝土早期收縮開裂的影響[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2006(5):768-772.

[9] 巴恒靜.硫酸鈉摻量對混凝土早期收縮開裂的影響[J].硅酸鹽學報,2005(1):36-41.

[10] 鐘 軍.水泥混凝土結構早期裂縫防治技術的研究[D].吉林:吉林大學,2010.

[11] Sule M.,van Breugel K.The effect of reinforcement on early-age cracking due to autogenous shrinkage and thermal effects[J].Cement and Concret Composites,2004(26):583-587.

[12] 康 明.施工期鋼筋混凝土構件約束收縮變形性能研究[D].重慶:重慶大學,2010.

[13] 潘鉆峰，呂志濤.配筋對高強混凝土收縮徐變影響的試驗研究[J].土木工程學報,2009(5)：11-16.

The research status of concrete early shrinkage

DUAN Xiao-fang1LIU Hai-tao1QIAO Qin-qin2

(1.NantongRadioandTVUniversity,Nantong226006,China; 2.LangfangPolytechnicInstitute,Langfang065000,China)

Combining with the research status of concrete early shrinkage at home and abroad, this paper described simply the application and development situation of high strength concrete, mainly checked the concrete early shrinkage value and its change rule under different influence factors, laid foundation for early shrinkage research of later high strength concrete.

concrete, early shrinkage, reinforcement ratio, restraint degree

2014-07-19

段小芳(1987- )，女，助教； 劉海濤(1971- )，男，講師； 喬勤勤(1986- )，女，助教

1009-6825(2014)27-0122-02

TU528.31

A