[发明专利]一种改进的测定混凝土限制收缩条件下抗裂性能的试验方法

说明书

本发明属于早龄期混凝土抗裂性能研究技术领域，提供了一种改进的测定混凝土限制收缩条件下抗裂性能的试验方法，通过对美国材料与试验学会推荐的约束环形试验进行合理的改进，以有效地减小自身约束作用对收缩开裂的影响，准确地评价早龄期混凝土在限制收缩条件下的抗裂性能。采用钢环外侧粘贴预制裂缝的方法使混凝土环内侧形成相应的初始裂缝。预制裂缝沿高度方向底部与环形试件底部平齐，顶部高出环形试件顶部不小于10mm。考虑到混凝土材料的离散性对收缩开裂的影响，初始裂缝的数量应设置为3～5条，且沿混凝土环内侧均匀布置。无需在钢环内侧粘贴应变片，通过观察混凝土初始裂缝位置处外环表面的扩展情况即可清楚地确定试件开裂时间。

技术领域

本发明属于早龄期混凝土抗裂性能研究技术领域，涉及一种改进的测定混凝土限制收缩条件下抗裂性能的试验方法

背景技术

混凝土的早期收缩开裂问题常见于楼板、路面、桥面板等平板式混凝土结构。裂缝的出现为外界物质入侵提供了传输通道，环境中的水、无机盐离子等通过收缩裂缝进入混凝土内部，加速内部钢筋的锈蚀和混凝土的劣化。美国试验材料学会(ASTMC1581/C1581M-09a)推荐了标准的约束环形试验用以评价限制收缩条件下早龄期混凝土的抗裂性能，其中混凝土环和钢环厚度分别为37.5mm和12.5mm，混凝土环内径(钢环外径)为150mm，试件沿混凝土外环表面干燥。此外，推荐采用4个应变片粘贴于钢环内侧，根据试验过程中钢环压应变曲线的回滞确定混凝土环的开裂时间。然而，根据已有的研究(Dong Wei,Zhao Xiaoyu,Zhou Xiangming,Yuan Wenyan.Effects of moisture gradient of concrete onfracture process in restrained concrete rings:Experimental andnumerical.Engineering Fracture Mechanics,2019,In press.)，混凝土环沿外环表面干燥时，径向湿度梯度引起的不均匀收缩会形成较强的自身约束。混凝土环中收缩裂缝的出现是钢环提供的外部约束和径向不均匀收缩引起的自身约束共同作用的结果。需要特别指出的是，ASTM推荐约束环形试验的初衷是评价混凝土材料在限制收缩(即钢环约束)条件下的抗裂性能。为了实现约束环形试验的最初目的，收缩裂缝的驱动作用中自身约束部分应当被消除。

Weiss等(Restrained shrinkage cracking:The role of shrinkage reducingadmixtures and specimen geometry.Materials and Structures,2002,35(246):85-91)通过减小混凝土环的厚度(25mm)以降低其径向湿度梯度，进而减小径向不均匀收缩引起的自身约束。然而，较小的试件尺寸无法满足材料均质性要求。Hossain等(The role ofspecimen geometry and boundary conditions on stress development and crackingin the restrained ring test.Cement and Concrete Research,2006,36(1):189-199)通过增加钢环的厚度以提高钢环提供外部约束，进而间接地减小径向不均匀收缩引起的自身约束。然而，研究结果表明该方法对于收缩开裂的约束作用影响并不明显。根据申请人的调查，目前仍未提出成熟的试验方法用以有效地降低环形试验中自身约束，仍未实现早龄期混凝土材料仅在限制收缩条件下抗裂性能的测试。实际上，由于混凝土环干燥面处(外环表面)湿度分布的高度非线性特征，外环表面具有高应力水平、高开裂风险的特点。收缩裂缝往往于混凝土环外环起裂并向内侧扩展，即使扩展过程中自身约束作用快速减小，但是裂缝起裂时刻自身约束起着不可忽略的作用。这正是该问题的关键所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种改进的约束环形试验方法，以有效地消除自身约束对混凝土环形试件收缩开裂的驱动作用，进而准确地应用约束环形试验测定早龄期混凝土在限制收缩条件下的抗裂性能。