混凝土早期约束应力与开裂敏感性.pdf

中国建筑2013年技术交流会论文集 混凝土早期约束应力与开裂敏感性 张涛 1，覃维祖 2，霍亮 1 （1.中国建筑股份有限公司技术中心，北京，101300； 2.清华大学土木工程系，北京，100084） 摘要： 本文采用单轴约束试验方法，研究了不同温度历程和不同约束程度下混凝土早期约束应力的发展规律，探讨了温度 历程对混凝土早期开裂敏感性的影响，并对比了不同应力历程下混凝土开裂应力与其抗拉强度的关系；为混凝土早期开裂 敏感性的评价提供了参考。 关键词： 混凝土；约束应力；抗拉强度；开裂敏感性 1 引言 混凝土早期变形行为和力学性质的发展规律，决定了约束混凝土应力发展规律；混凝土早期约束应 力的发展则直接影响混凝土的早期开裂敏感性。在实际结构中，混凝土早期并不一定发生开裂，但早期 温度变形和自收缩等所引起的约束应力却在混凝土内部积累下来。在外界环境的作用下（包括荷载作 用、冷热循环与干湿循环作用等） ，混凝土内约束应力进一步增大。当约束拉应力达到临界开裂应力，就 引起混凝土的开裂。 混凝土早期开裂敏感性的评估分析，本质上是考查混凝土早期约束应力的积累程度。本文采用单轴 约束试验方法，来研究不同约束程度和温度历程下混凝土早期约束应力的发展规律，并探讨了温度历程 和应力历程对混凝土早期开裂敏感性的影响。 2 早期约束应力的发展 混凝土早期约束应力主要是两部分：一部分是温度变化引起的温度应力，另一部分是自收缩等变形 受到约束造成的约束应力。 温度应力通常又可以看作两部分应力之和：一部分是由于混凝土构件断面上温度分布不均匀造成的 自身平衡应力，这种应力表现为内约束；另一部分是混凝土构件的温度变形受到相邻构件或基层等约束 引起的约束应力，这种应力表现为外约束。 单独内部约束的情况只存在于不受外部约束的混凝土构件，然而所有结构混凝土构件或多或少总是 存在外部约束的。在实际工程结构中，内部和外部约束总是共存的，约束形式和约束程度对混凝土约束 应力的发展有很大影响。 由于约束形式不同，在实验室里，单轴约束条件下的应力发展难以模拟实际结构中混凝土约束应力 的发展；在实验室特定条件下被检测混凝土的开裂敏感性，并不能完全反映实际结构中混凝土的开裂行 为；但将室内采用单轴约束试验的结果，与现场结构中混凝土实测约束应力发展相结合，通过数据的积 累，就可以逐步做到对实际结构混凝土的开裂行为进行预测。在实验室里研究混凝土早期约束应力的发 展，对于给定混凝土来说，约束程度和温度条件是影响其约束应力发展的关键因素。 本研究中涉及到的混凝土配比如表 1 所示： 表 1 试验用混凝土配比（kg/m 3） 序号 水 水泥 粉煤灰 硅灰 砂 石 减水剂 A1 175 400 720 1080 0 A2 175 500 690 1030 2.75 A3 147 490 740 1023 5.9 A6 153 526 793 1073 6.3 F1 175 425 75 690 1030 3.0 F2 175 350 150 690 1030 3.0 S1 150 472 42 793 1009 6.3 S2 150 504 52 705 1058 4.2 S3 175 472 31 700 1050 4.8 S4 165 431 38 793 1009 5.6 2.1 约束程度对约束应力的影响 在本研究中，混凝土的约束应力采用单轴约束试验机测定 [1]，原理图如图 1 所示。 923 中国建筑2013年技术交流会论文集 图 1 单轴约束试验方法原理 分别采用 100%、75%和 50%三种约束程度，对混凝土（S3）进行对比试验。 % 75 = Rk 、 % 50 =Rk 时的应力与 % 100 = Rk 时的应力之比（ % 100 /σ σ Rk ）如图 2 所示。不同约束程度下的应力比值在龄期 1 天后趋于稳定，对于 75%和 50%约束程度，应力比值分别为 0.87 和 0.5 左右。这表明