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随着现代混凝土技术的发展,混凝土结构裂缝问题越来越严重,尤其是早期裂缝,对结构的承载能力和耐久性有很大影响。混凝土早期自收缩的增大是造成开裂的主要原因之一。研究不同因素对混凝土早期自收缩的影响规律,建立实用的自收缩预测模型,对实际工程设计具有重要的指导作用。
本文通过44个尺寸为100mm×100mm×550mm混凝土试件的早期自收缩与总收缩试验,研究了水灰比、骨料等因素对混凝土早期自收缩的影响规律,分析了早期自收缩随龄期增长的发展特性及自收缩与总收缩的关系;同时,根据国内外相关研究资料,探讨了粉煤灰、矿渣粉及硅粉掺合料对混凝土早期自收缩的影响规律及作用机理;结合本文及其他研究者的试验资料,从混凝土组成材料角度建立早期自收缩的实用预测模型。本文的研究成果如下:
1、在分析和比较国内外混凝土自收缩测定方法的基础上,提出自初凝开始采用位移传感器测试早期自收缩的改进方法,较好地解决了试件受约束和早期难测量的问题,并给出了混凝土早期热膨胀系数的选取及早期自收缩与温度变形的分离方法。
2、研究了水灰比、骨料及掺合料(粉煤灰、矿渣粉、硅粉)对混凝土早期自收缩的影响规律。结果表明:自收缩随着水灰比的减小而明显增大;自收缩随骨料含量的增大、骨料最大粒径的增大而减小;粉煤灰的掺入能大幅度地减少混凝土早期自收缩,而硅粉则会增加早期自收缩;矿渣粉对自收缩的影响与其细度、掺量有关。这一系列的研究结果对配制低自收缩混凝土提供了理论依据。
3、研究了混凝土早期自收缩的发展特性,指出混凝土浇筑后的1天龄期内自收缩发展非常迅速,提出混凝土早期自收缩与龄期之间具有指数关系;同时根据试验结果分析了自收缩与总收缩的关系,随着水灰比的降低、骨料最大粒径的减小,自收缩在总收缩中所占的比例增大,必须引起重视,尤其是早期自收缩。
4、从骨料含量与骨料最大粒径角度,运用粗细骨料的复合弹性模量、复合吸水率及骨料堆积密实度概念,详细分析了骨料对混凝土自收缩的约束机理。骨料含量影响混凝土复合弹性模量及复合吸水率的大小,同时还会使孔的结构发生变化,从而影响混凝土早期自收缩性能;采用多元混合料的可压缩堆聚模型,通过对骨料堆积密实度的分析发现,骨料最大粒径的变化影响着级配分布曲线,增大骨料粒径能有效提高堆积密实度,从而减小混凝土的自收缩。
5、根据现代混凝土材料的特点,从混凝土组成材料方面(水泥类型、水灰比、骨料及掺合料)建立了早期自收缩的预测模型。该模型简单实用,预测精度佳,可以满足实际工程计算要求,并且在数学形式上与现有的干燥收缩预测模型比较相似,便于今后将自收缩与干燥收缩统一研究。