高原,張君,孫偉
(1.清華大學(xué)土木工程系,北京 100084;2.清華大學(xué)土木工程安全與耐久教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084;3.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 211189)
混凝土中水分的變化主要由兩個(gè)原因造成:一是混凝土與環(huán)境的水分交換,二是水泥水化對(duì)水分的消耗[1-2].前者可以由邊界條件和混凝土自身傳濕系數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè),而后者與混凝土的水灰比和水泥水化度有關(guān).不同配比的混凝土,兩種因素對(duì)其內(nèi)部濕度變化的影響程度不同.對(duì)于高水灰比混凝土,由于其密實(shí)性相對(duì)較差,濕度擴(kuò)散系數(shù)大,其內(nèi)部濕度受環(huán)境濕度條件影響較為明顯,自干燥作用相對(duì)較弱;低水灰比混凝土則相反,其自干燥作用十分明顯,對(duì)其濕度變化的影響起主導(dǎo)作用,而由于其自身的致密性,濕度擴(kuò)散作用較小[2-4].近年來(lái),隨著高強(qiáng)混凝土的廣泛應(yīng)用,水泥基材料的自干燥現(xiàn)象引起了越來(lái)越多的關(guān)注[4-6].混凝土的自干燥作用導(dǎo)致其內(nèi)部相對(duì)濕度降低,必然會(huì)引起其收縮的發(fā)展,并且在約束條件下有可能使材料產(chǎn)生微裂紋,影響結(jié)構(gòu)的使用壽命.混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度可以看作是其收縮變形的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力[5,7-8],因而研究由混凝土自干燥引發(fā)的濕度變化及相應(yīng)變形發(fā)展規(guī)律具有十分重要的理論與實(shí)踐意義.建立預(yù)測(cè)由混凝土自干燥引發(fā)的濕度變化模型和變形模型,可以控制和改良混凝土結(jié)構(gòu)的收縮與開(kāi)裂.目前相關(guān)研究相對(duì)較少,對(duì)自收縮的驅(qū)動(dòng)力問(wèn)題研究不足.針對(duì)以上問(wèn)題,本文首先建立了混凝土內(nèi)部濕度與變形的一體化測(cè)定方法,并從混凝土澆注開(kāi)始,連續(xù)測(cè)定了3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土(C30,C50和C80)在密封養(yǎng)護(hù)下77d齡期內(nèi)的內(nèi)部相對(duì)濕度和自由變形,對(duì)其發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了分析闡述;同時(shí)借助已建立的分析模型,對(duì)長(zhǎng)齡期混凝土自收縮與內(nèi)部濕度進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,以期對(duì)混凝土收縮致裂問(wèn)題的深入理解有所幫助.
試驗(yàn)采用金隅牌P·O42.5水泥;粗骨料為破碎石灰石,粒徑520mm;細(xì)骨料為天然砂,細(xì)度模數(shù)2.64;粉煤灰為內(nèi)蒙古元寶山發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)低鈣灰;硅灰由貴州紅楓鐵合金廠生產(chǎn),比表面積為20000m2/kg;減水劑為聚羧酸減水劑;水為自來(lái)水.依28d抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)了30,50,80MPa的3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土,即C30,C50和C80,其配合比和實(shí)測(cè)的28d抗壓強(qiáng)度f(wàn)c,28d如表1所示.試驗(yàn)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)減水劑用量將混凝土的坍落度控制在80100mm.
表1 混凝土配合比Table 1 Mix proportions of concrete
采用內(nèi)尺寸為350mm×100mm×100mm 的有機(jī)玻璃模具,在試模兩端放置厚2mm 的有機(jī)玻璃片,側(cè)面各放置一塊350mm×100mm×20mm 的有機(jī)玻璃板,使試件實(shí)際尺寸為350 mm×100mm×60mm,以減小試件厚度,盡可能消除濕度梯度的影響,同時(shí)厚度又不失代表性(試件最小尺寸≥3倍骨料最大粒徑).采用電容式溫濕度傳感器,其相對(duì)濕度(RH)測(cè)量范圍0100%,誤差±2%,溫度測(cè)定范圍-1060℃,誤差±0.5℃.變形采用線性變形差動(dòng)傳感器測(cè)定,量程02mm,精度1μm.濕度和變形的數(shù)值均通過(guò)計(jì)算機(jī)采集并存儲(chǔ),采集頻率為1次/min.試驗(yàn)在2022℃,相對(duì)濕度為(40±5)%的環(huán)境中進(jìn)行.
混凝土澆注前,首先在試模底面放置1mm 厚的聚四氟乙烯薄板,以盡量消除混凝土底面與模具的磨阻力,然后在試模內(nèi)鋪一層塑料膜,安放好銅質(zhì)收縮頭.混凝土澆注完成后,插入放置傳感器的塑料管,該塑料管外徑20mm,管底封閉,在距管底2mm處沿外環(huán)線方向有兩段寬為3mm 的不連通的環(huán)狀帶.為了防止水泥漿通過(guò)環(huán)狀帶進(jìn)入塑料管,試驗(yàn)前先在塑料管內(nèi)部插入與其內(nèi)徑相當(dāng)?shù)匿X棒.成型時(shí)試件在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)至表面出漿并抹面,然后將塑料管豎直插入試件中心,使得管端不連通環(huán)狀帶位于試件高度中心位置.最后使用雙層塑料膜對(duì)試件進(jìn)行密封.在振動(dòng)過(guò)程中確保銅質(zhì)收縮測(cè)頭位于試件斷面中心,以保證變形測(cè)定值為試件長(zhǎng)度方向軸線變形.振搗完成后,將試模靜置于表面水平的測(cè)試平臺(tái)上.混凝土試件澆注完成約3h后,拔出塑料管中的鋁棒,并用海綿吸出殘留在塑料管底端的漿體,將傳感器放入塑料管中,并密封塑料管口.安放好溫濕度傳感器之后,再拔出試件兩端的有機(jī)玻璃薄片和兩側(cè)面的砂漿板,使試件處于相對(duì)自由的狀態(tài).然后安裝位移傳感器,使其測(cè)頭頂在從試模導(dǎo)出的細(xì)螺栓頭上.測(cè)量裝置如圖1所示.采用該裝置,可以實(shí)現(xiàn)混凝土變形與內(nèi)部濕度的同步測(cè)定.
圖1 混凝土自由變形與溫濕度測(cè)量裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of deformation and interior humidity measurement(size:mm)
圖2為試驗(yàn)測(cè)得的混凝土早期自由變形的典型曲線,圖中曲線斜率為正時(shí)表明混凝土的變形趨勢(shì)為收縮,斜率為負(fù)時(shí)表明此時(shí)混凝土的變形趨勢(shì)為膨脹.上述混凝土超早期變形的測(cè)定結(jié)果可解釋為:剛澆注的混凝土處于塑性狀態(tài),混凝土在其自重作用下會(huì)產(chǎn)生塑性沉降并表現(xiàn)為側(cè)向膨脹,因此此時(shí)線變形表現(xiàn)為膨脹.隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,水化產(chǎn)物相互搭接,當(dāng)混凝土整體強(qiáng)度足以支撐混凝土自重時(shí),其側(cè)向膨脹停止,之后由水泥水化引發(fā)的體積減小則表現(xiàn)為收縮,而膨脹結(jié)束點(diǎn)相應(yīng)于液態(tài)混凝土向固態(tài)混凝土的轉(zhuǎn)變.根據(jù)文獻(xiàn)[9]的建議,取膨脹變形結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為混凝土凝結(jié)時(shí)間,其之前的變形為塑性(無(wú)害)變形,之后的變形為有害變形,即此時(shí)的收縮變形能夠?qū)е率湛s應(yīng)力的產(chǎn)生.因此可將混凝土膨脹結(jié)束點(diǎn)作為收縮變形的起始測(cè)定點(diǎn),獲得完整的混凝土收縮隨時(shí)間的變化曲線.此外,試驗(yàn)測(cè)得的混凝土變形還包含溫度變形,本文根據(jù)實(shí)測(cè)的混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)(與內(nèi)部濕度同時(shí)測(cè)定),采用變化的混凝土早齡期溫度變形系數(shù)對(duì)溫度變形進(jìn)行了剔除,限于文章篇幅,在此不做詳細(xì)論述,具體過(guò)程可參見(jiàn)文獻(xiàn)[7].
圖2 混凝土超早期自由變形特征Fig.2 Development of global deformation with time at super-early age
圖3為密封條件下C30,C50和C80混凝土的自收縮和內(nèi)部相對(duì)濕度隨齡期的變化規(guī)律.
圖3 密封條件下混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮隨時(shí)間發(fā)展關(guān)系Fig.3 Development of interior humidity and shrinkage of concrete under plastic film sealed condition
由圖3可見(jiàn),不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的內(nèi)部相對(duì)濕度和自收縮的發(fā)展模式類似,但數(shù)值上存在較大差別.現(xiàn)分階段進(jìn)行描述和分析:(1)濕度飽和期:在混凝土澆注完成之后,其內(nèi)部相對(duì)濕度為100%,持續(xù)一段時(shí)間之后才開(kāi)始下降,即存在一段濕度飽和期.原因是在混凝土澆注后,由于其內(nèi)部水分充足,液態(tài)水能夠形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò),所以其內(nèi)部相對(duì)濕度表現(xiàn)為100%.通常情況下,濕度飽和期持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與混凝土水灰比呈正相關(guān)關(guān)系,即水灰(膠)比越大,飽和期越長(zhǎng)[9].本試驗(yàn)表明3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土濕度飽和期的長(zhǎng)短順序?yàn)镃30>C50>C80.在濕度飽和期內(nèi),混凝土內(nèi)部無(wú)毛細(xì)張力,其收縮是水泥水化產(chǎn)生的化學(xué)減縮的宏觀表現(xiàn).混凝土凝結(jié)初期的水泥水化反應(yīng)快,導(dǎo)致其化學(xué)減縮發(fā)展快,且此時(shí)混凝土自身剛度較低,化學(xué)減縮能夠較大程度地轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷梁暧^的自收縮,因此混凝土的自收縮表現(xiàn)出較為明顯的增長(zhǎng).隨著水化速率的減慢以及混凝土剛度的增大,混凝土的收縮速率也逐漸變慢.在濕度飽和期結(jié)束時(shí),C30,C50和C80混凝土的自收縮分別為42×10-6,160×10-6和342×10-6.(2)濕度下降期:隨著水化的進(jìn)行,混凝土內(nèi)部液態(tài)水逐漸減少,當(dāng)液態(tài)水被水化物逐漸隔離,其連續(xù)性被破壞后,孔隙內(nèi)蒸汽壓開(kāi)始低于飽和蒸汽壓,因此相對(duì)濕度開(kāi)始下降.由于密封條件下混凝土與周圍環(huán)境無(wú)水分交換,故濕度下降僅由水泥水化引起.到77d齡期時(shí),C30,C50和C80混凝土的內(nèi)部相對(duì)濕度分別降至85.7%,82.0%和76.0%,可見(jiàn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高,水灰比越小,自干燥作用越明顯.這與Kim 等[3-4]的試驗(yàn)結(jié)果一致.隨著濕度的下降,混凝土的收縮持續(xù)增加.混凝土內(nèi)部濕度低于100%時(shí),水分在混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔內(nèi)形成彎月面,在毛細(xì)孔水表面張力的作用下使硬化水泥石受負(fù)壓的作用而產(chǎn)生宏觀體積收縮,并且隨著混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度持續(xù)降低,毛細(xì)孔負(fù)壓增大,導(dǎo)致混凝土收縮增加.對(duì)同種混凝土,內(nèi)部相對(duì)濕度越小,自收縮越大.77d齡期時(shí)C30,C50和C80混凝土的收縮分別為225×10-6,384×10-6和560×10-6.
此外,由圖3不難看出,即使是在密封養(yǎng)護(hù)條件下,C80混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度也能夠在較短時(shí)間內(nèi)降至80%以下,表明低水灰比混凝土中自干燥作用明顯,自收縮較大.說(shuō)明即便是密封養(yǎng)護(hù),高強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)也可能出現(xiàn)開(kāi)裂[10].因此密封養(yǎng)護(hù)可能對(duì)防止低強(qiáng)度等級(jí)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂更有效.在濕度下降階段,混凝土內(nèi)部濕度下降與相應(yīng)的變形具有較好的同步性,因此相對(duì)濕度變化是濕度變形發(fā)生的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力,是混凝土收縮變形的內(nèi)因,而環(huán)境溫濕度的影響可以通過(guò)內(nèi)部濕度變化來(lái)體現(xiàn)[8].在準(zhǔn)確預(yù)測(cè)密封養(yǎng)護(hù)下混凝土內(nèi)部濕度發(fā)展的前提下,通過(guò)建立混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度與變形的計(jì)算模型,可以準(zhǔn)確計(jì)算不同時(shí)刻、不同水化歷程、不同環(huán)境溫濕度條件下混凝土自收縮的發(fā)展,并對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào).
由上述試驗(yàn)結(jié)果不難看出,混凝土自收縮與其內(nèi)部濕度下降密切相關(guān),因此混凝土自干燥模擬對(duì)自收縮預(yù)測(cè)具有重要意義.在密封狀態(tài)下,混凝土與外界不存在水分交換,水泥水化耗水是引起混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度下降的唯一原因.Oh 等[11]提出了水泥水化引起的濕度下降模型,張君等[12]根據(jù)混凝土濕度下降的兩階段特征,對(duì)Oh等提出的模型進(jìn)行了修正,提出了式(1)所示的混凝土自干燥計(jì)算模型:
式中:Hs為水泥水化引起的混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度下降值,%;α,αu分別為水泥水化度及最終水化度;Hs,u為只考慮自干燥作用時(shí)水泥達(dá)到αu時(shí)的混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度;αc為臨界水化度,即混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度開(kāi)始下降時(shí)對(duì)應(yīng)的水泥水化度,可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定混凝土內(nèi)部濕度開(kāi)始下降的時(shí)間,再由式(6),(7)計(jì)算得到;β為曲線形狀參數(shù),由試驗(yàn)確定.混凝土中水泥水化度的確定見(jiàn)3.3節(jié).
張君等[7,9]在進(jìn)行了大量混凝土收縮與內(nèi)部濕度關(guān)系試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度為收縮發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力,建立了混凝土收縮與其內(nèi)部濕度之間的關(guān)系模型:
式中:η為化學(xué)減縮修正系數(shù),可由試驗(yàn)確定;R 是理想氣體常數(shù),8.314J/(mol·K);T 是開(kāi)爾文溫度,K;M 是水的摩爾質(zhì)量,0.01802kg/mol;ρ是水的密度;νp是孔隙影響系數(shù);εc為濕度開(kāi)始下降時(shí)混凝土的收縮值;Ks是混凝土固體部分的體積彈性模量,一般取為40.5GPa;K 是混凝土的體積彈性模量,它與彈性模量(E)和泊松比(ν)的關(guān)系為K=E/(3×(1-2ν));Vcs是化學(xué)減縮導(dǎo)致的體積應(yīng)變;V0為初凝時(shí)刻因化學(xué)減縮導(dǎo)致的體積應(yīng)變;S 是表征混凝土中水泥石水飽和程度的常數(shù).對(duì)不摻加硅灰的混凝土,Vcs和S 的計(jì)算公式為:
對(duì)摻加硅灰的混凝土,Vcs和S 的計(jì)算公式為:
上述式中:mw,mc,msf分別為混凝土單方水、水泥和硅灰的用量;ρw,ρc 分別為水和水泥的密度.
關(guān)于混凝土中水泥水化度的確定,文獻(xiàn)提及的方法較多,例如結(jié)合水法、差熱分析法、水化熱法等等.本文采用水化熱法,通過(guò)混凝土絕熱溫升試驗(yàn)來(lái)確定不同齡期、不同水化溫度歷程時(shí)的水泥水化程度,即將混凝土中水泥水化度定義為:
式中:Tad(t)為t時(shí)刻的絕熱溫升值;Tad(∞)為最終絕熱溫升值.由式(5)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù),可通過(guò)下式對(duì)不同水化環(huán)境下的水化歷程進(jìn)行模擬[13],即:
式中:A,B 為試驗(yàn)確定的常數(shù);te是參考溫度為20℃時(shí)的等效齡期,單位為h,可由下式計(jì)算:
式中:Uar為參考溫度時(shí)的水泥水化反應(yīng)活化能;UaT是溫度為T 時(shí)的反應(yīng)活化能,它是時(shí)間和溫度的函數(shù),可近似表達(dá)為[13]:
通?;炷林兴嗟乃磻?yīng)在水泥全部消耗完之前即接近停止,即混凝土中水泥通常不會(huì)完全水化[14].采用αu表示混凝土中水泥最終水化度,即αu<1.αu通常受水灰比(mw/mc)和礦物摻和料的影響.Mills在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上給出了普通水泥混凝土中水泥最終水化度的表達(dá)式[14]:
現(xiàn)代混凝土的一個(gè)重要特征是礦物摻和料的使用,而礦物摻和料會(huì)影響水泥的最終水化度.Schindler等[15]就粉煤灰和礦渣對(duì)混凝土中水泥最終水化度的影響進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究,對(duì)Mills提出的水泥最終水化度模型進(jìn)行了修正,即:
式中:mw/mb為水膠比;wFA為粉煤灰質(zhì)量與膠凝材料總質(zhì)量之比;wSG為礦渣質(zhì)量與膠凝材料總質(zhì)量之比.在高強(qiáng)混凝土中,硅粉被廣泛使用.硅粉的摻加會(huì)降低混凝土中水泥最終水化程度,因?yàn)榛鹕交曳磻?yīng)會(huì)生成額外的C-S-H 凝膠,將一部分水分限制在凝膠孔內(nèi),無(wú)法參加水泥水化反應(yīng)[16].值得注意的是,雖然硅粉會(huì)降低水泥最終水化度,但是并不意味著C-S-H 凝膠總量會(huì)減少.因?yàn)楣璺蹍⑴c的火山灰反應(yīng)也會(huì)生成C-S-H 凝膠,事實(shí)上,硅粉的摻加會(huì)增加C-S-H 凝膠的總量[17].Luzio等[17]給出了摻加硅灰的混凝土中水泥最終水化度:
式中的wsf,eff為硅粉“有效系數(shù)”,即硅粉中SiO2質(zhì)量與硅粉總質(zhì)量的比值,通常取為0.850.95[17].本研究根據(jù)所用硅粉的成分分析[9],將wsf,eff取為0.95,(msf/mc)req=min(0.16,0.4mw/mc).
彈性模量直接影響由自干燥作用引發(fā)的收縮大小.混凝土的彈性模量與膠凝材料的水化程度有關(guān),基于水泥水化度的混凝土彈性模量可由下式計(jì)算[18-19],即:
式中:E28d是混凝土28d彈性模量;α0為混凝土凝結(jié)時(shí)的水泥水化度,可以由混凝土的凝結(jié)時(shí)間,通過(guò)式(6),(7)計(jì)算;b為曲線形狀參數(shù),由試驗(yàn)確定.
下面介紹孔隙影響系數(shù)νp的確定.當(dāng)混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度為某一給定值時(shí),對(duì)應(yīng)一個(gè)毛細(xì)孔水的曲率半徑r.此時(shí)只有半徑小于r的毛細(xì)孔內(nèi)才存在液態(tài)水,這部分孔中液態(tài)水的毛細(xì)管負(fù)壓才對(duì)混凝土的收縮有影響.文獻(xiàn)[7]給出了關(guān)于孔隙影響系數(shù)的計(jì)算公式:
式中:r為混凝土內(nèi)給定相對(duì)濕度下對(duì)應(yīng)的能形成彎液面的最大孔隙半徑;β=τexp(pα);k0為修正系數(shù),可由孔隙體積分布試驗(yàn)確定[7].本文中不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土所對(duì)應(yīng)的孔隙修正系數(shù)k0,τ,p 的取值見(jiàn)表3.因此,如知道水泥的水化程度及相應(yīng)的混凝土硬化參數(shù)和混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度,即可由式(2)計(jì)算混凝土濕度收縮值εw.
根據(jù)水泥水化引起濕度下降的模型,由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土在自干燥作用下其內(nèi)部相對(duì)濕度能夠達(dá)到的最小值Hs,u,見(jiàn)表2.圖4為密封狀態(tài)下混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度試驗(yàn)值和模型模擬值的對(duì)比.可見(jiàn),模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合良好.依據(jù)本模型,無(wú)論混凝土經(jīng)歷何種溫度歷程,只要知道混凝土的水化度,就可以預(yù)測(cè)由水泥水化引起的其內(nèi)部相對(duì)濕度下降值.如果混凝土與環(huán)境之間存在水分交換,知道了水泥水化引起的濕度下降值后,也可以更準(zhǔn)確地計(jì)算混凝土內(nèi)部濕度場(chǎng),同時(shí)也能判定自干燥作用和外環(huán)境干燥/濕潤(rùn)對(duì)混凝土內(nèi)部濕度影響的權(quán)重.
表2 水泥水化引起濕度下降模型參數(shù)值Table 2 Input parameters for model calculation of RH drop cause by cement hydration
根據(jù)混凝土收縮的兩階段計(jì)算模型所計(jì)算的相關(guān)參數(shù)列于表3.圖5為3種混凝土自收縮試驗(yàn)值和模型計(jì)算值的對(duì)比.可見(jiàn),模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合良好.以相對(duì)濕度作為混凝土變形的驅(qū)動(dòng)力建立的濕度-變形模型具有良好的準(zhǔn)確性,同時(shí)也適合于不同形式邊界條件下混凝土變形變化的模擬.此外,借助該模型,在已知混凝土結(jié)構(gòu)約束條件及混凝土抗拉強(qiáng)度等材料力學(xué)參數(shù)條件下,就可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的大小和開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè).
圖4 水泥水化引起濕度下降試驗(yàn)值和模型模擬值對(duì)比Fig.4 Comparison between test data and model predictions on RH of concrete under sealed condition
表3 混凝土自收縮計(jì)算模型參數(shù)取值Table 3 Input parameters for model calculation of concrete autogenous shrinkage
圖5 混凝土自收縮模型計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)值對(duì)比Fig.5 Comparison of test and calculation value for autogenous shrinkage of concrete under sealed condition
利用上述參數(shù),對(duì)20℃恒溫且密封條件下3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土長(zhǎng)期內(nèi)部濕度和自收縮進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算.圖6(a),(b)分別為密封條件下3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土2a齡期內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮隨時(shí)間的發(fā)展曲線.由圖6(a)可以看出,混凝土水灰比越小,由水泥水化引起的濕度下降越大.由于水泥水化速率隨著齡期的增長(zhǎng)而減慢,其引起濕度下降的速率也遵循同樣的規(guī)律,即前期濕度下降快,降幅大;隨著齡期的增長(zhǎng),混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度下降速率變小.但是不同水灰比混凝土的濕度下降速率不同.C30混凝土的濕度下降值達(dá)到最終下降值的80%時(shí)(RH=80%)所需時(shí)間為550d,而C50和C80分別需要400d(RH=77%)和144d(RH=74%).水灰比越小,濕度下降速率越大,即自干燥作用越明顯.在2a齡期時(shí),C30,C50和C80的內(nèi)部相對(duì)濕度分別達(dá)到79%,75%和69%.由圖6(b)可知,混凝土自收縮的變化也存在相似的規(guī)律.在2a齡期時(shí),C30,C50和C80的收縮值分別達(dá)到368×10-6,427×10-6和570×10-6.C80混凝土的收縮值明顯大于C50和C30混凝土,這也間接說(shuō)明了高強(qiáng)度混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)大.
圖6 3種強(qiáng)度等級(jí)混凝土在密封條件下的內(nèi)部相對(duì)濕度和收縮隨時(shí)間發(fā)展關(guān)系Fig.6 Development of interior humidity and shrinkage of concrete under sealed condition
在密封養(yǎng)護(hù)條件下混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度與其收縮具有較好的同步性,混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度可以看作其收縮發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力;水灰比越大,自干燥引起的混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度下降幅度越大,混凝土的收縮越大.理論模型可較好地預(yù)測(cè)混凝土因水泥水化耗水引起的內(nèi)部相對(duì)濕度下降和自干燥引發(fā)的收縮,可用于不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下混凝土自干燥與自收縮分析預(yù)測(cè).
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