预制构件混凝土塑性开裂特征及防裂措施研究

本工作基于混凝土早期毛细孔负压发展规律,分析预制构件混凝土塑性开裂特征,并研究功能材料对混凝土早期抗裂性的影响。结果表明,混凝土表层失水快,负压峰值大,峰值出现时间早;越往混凝土内部深处,毛细孔负压增长越缓慢。预制构件C50混凝土在浇筑后4~10 h发生塑性开裂风险最大,5~25 cm区域内混凝土毛细孔负压梯度在6.6 h左右达最大值3.20 kPa/cm;早期开裂敏感性高、抗裂性差,平板总开裂面积高达310 mm^(2)/m^(2),圆环开裂时间52 h。减缩剂、内养护剂、膨胀剂的掺入均可使混凝土毛细孔负压峰值降低、峰值出现时间延后,减缩剂对降低混凝土毛细孔负压效果最佳;内养护剂、减缩剂对改善早期平板抗裂性效果显著,单位面积总开裂面积降低89%~96%;减缩剂对改善圆环法抗裂性效果更佳。

不同截面形状PP纤维对砂浆抗塑性开裂的影响及机理

为了揭示不同截面形状聚丙烯(PP)纤维对砂浆抗塑性开裂的影响,采用平板约束法、荧光分析技术和扫描电子显微技术(SEM)分别对砂浆塑性开裂、纤维分散和纤维/基体界面形貌进行研究.结果表明:纤维长度、当量半径和掺量相同时,异形截面PP纤维提升砂浆塑性抗裂性能的效果优于圆形截面;将三角形和三叶形截面PP纤维与圆形截面PP纤维相比,前二者纤维的本体抗弯刚度提高幅度均大于20.88%,比表面积分别提高了28.6%和37.1%,纤维分散有效利用率分别提高了17.62%和30.70%,同时,纤维/基体间界面更致密,纤维表面粘附的水化产物更多.本体抗弯刚度、分散性、比表面积和纤维/基体界面黏结力的提高是异形截面PP纤维提高砂浆抗塑性开裂能力的关键因素.

纤维对混凝土早期塑性开裂的影响

通过平板法试验,研究不同种类纤维对混凝土早期塑性开裂的影响。结果表明:改性聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维的掺入,可有效抑制裂缝的产生和扩展,显著提高混凝土抵抗塑性开裂的能力;平板法放大了混凝土塑性收缩裂缝,便于观察、比较,是一种较好的评价混凝土早期塑性开裂的试验方法,但在裂缝的量化、后期处理和评价方面还需要进一步的提高。

组成材料对混凝土早期塑性开裂分形特征的影响

目的应用分形几何理论,探索了混凝土早期塑性开裂的分形特征,为定量描述混凝土早期塑性开裂提供有力的工具.方法试验采用平板约束法,对多种因素(水泥用量、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量)下混凝土早期塑性开裂进行跟踪测试,并计算了各因素下混凝土塑性开裂的分形维数,探索了各因素对分形维数的影响.结果水泥用量的增加、砂率的增大及硅灰掺量的增加都会使裂缝的分形维数增加,裂缝复杂化趋势加剧;粉煤灰掺量的增加减小了裂缝的分形维数,裂缝复杂化趋势减缓.结论水泥用量、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量影响着塑性裂缝分形特征的变化,并且与6 h时开裂总长度、最大裂缝宽度的变化规律一致;应用分形理论分析评价混凝土早期塑性开裂特征是十分有效的.

矿物掺合料对高强混凝土塑性开裂影响的研究

采用自行改进的集中约束平板法测试系统,研究了粉煤灰、矿渣微粉及硅灰等矿物掺合料对低水胶比高强混凝土出现塑性裂缝的初始开裂时间、24h内最大裂缝宽度和裂缝总面积的影响。结果表明:粉煤灰的掺入能有效抑制低水胶比高强混凝土的塑性开裂,推迟裂缝出现的初始开裂时间,减小最大裂缝宽度和裂缝总面积;矿渣微粉的掺入在低掺量下对低水胶比高强混凝土的塑性开裂有一定的抑制作用,但在高掺量下有增大低水胶比高强混凝土塑性开裂的趋势;硅灰的掺入加剧了低水胶比高强混凝土的塑性开裂,表现为出现塑性裂缝的初始开裂时间提前和裂缝总面积的增大。

SAP对高水胶比混凝土塑性开裂的影响

针对高水胶比混凝土早期开裂严重影响混凝土耐久性能的问题,研究了掺量(质量分数)为0.2%,0.3%和0.4%的高吸水性树脂(SAP)对高水胶比(质量比0.5)混凝土特定状态下的早期抗裂性能、力学性能和体积稳定性能的影响,并结合水分蒸发试验,研究了掺入SAP后混凝土的失水规律.结果表明:掺入SAP后,可显著提高高水胶比混凝土的早期抗裂性能,SAP掺量为0.2%,0.3%和0.4%的混凝土早期开裂面积分别降低了81%,88%和98%,SAP的掺入能够明显减缓混凝土的水分挥发,抑制其体积收缩,并且不会对混凝土的力学强度造成较大的负面影响.

一种新的纤维增强水泥基材料塑性开裂试验方法

水泥基材料塑性开裂试验的新方法,采用试模外形尺寸为600mm×600mm×70mm,分两层浇筑,基层为C60高强混凝土,其间均匀分布垂直于底部的螺杆,上层可用来做水泥胶砂或水泥净浆试验,将其置于试验室进行恶劣环境条件试验,观察塑性开裂情况。采用不同聚丙烯纤维及不同配合比分析塑性开裂情况,研究结果表明该方法比加拿大的塑性开裂试验方法更先进,对合成纤维在水泥基材料中的作用可以定量化分析。

低热水泥混凝土早期塑性开裂风险研究

坝区大风、干热、强降温等气候特点,使得混凝土存在发生早期塑性开裂的可能。通过测定极端天气环境下(如:大风干热、大风寒潮)混凝土的含水量、贯入阻力和早期塑性开裂行为,对表面不处理、覆盖保温被和掺加聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维低热水泥混凝土的早期塑性开裂风险进行了研究。结果表明:在上述两种极端环境作用下,覆盖保温被是十分有效的保湿、抗裂措施,可以明显阻止低热水泥混凝土表层水分的蒸发和散失,进而显著降低甚至完全抑制早期塑性开裂的发生。掺加PVA纤维有利于提高混凝土的塑性抗开裂能力,这主要是与纤维的桥接阻裂作用以及它们三维乱向均匀分布阻止了浆料离析所产生的沉降裂缝有关。不过,PVA纤维的加入为水分的向外迁移提供了连通通道,导致水分蒸发速率明显增大,这可能会在一定程度上加大低热水泥混凝土早期失水收缩开裂的风险。鉴于覆盖保温被可以有效阻止水分蒸发散失的作用效果,今后研究可考虑将其与PVA纤维结合使用,以更好地降低极端环境作用下低热水泥混凝土的早期塑性开裂风险。

纤维对CA砂浆塑性开裂的影响

为研究纤维对CA砂浆抗塑性开裂性能的影响规律,采用自制开裂试验装置结合图像分析法研究了纤维品种、掺量及长径比等参数对CA砂浆抗塑性开裂性能的影响。结果表明,PVA纤维对CA砂浆抗裂性的影响最为显著,并略优于PET纤维,PP纤维最次;三角形截面的PP纤维抗裂性优于圆形截面的PP纤维;CA砂浆的抗塑性开裂性能随纤维掺量的增大逐渐提高,当体积掺量超过0.14%后,抗裂性增幅趋缓;纤维的长径比对其抗裂性有一定影响,直径相同的情况下,12 mm及3 mm长的PP纤维抗裂性优于6 mm长的PP纤维。研究结果可为CA砂浆用纤维的技术标准提供一定的理论与技术支撑,具有一定的理论和工程意义。

早期养护方式对高性能混凝土塑性开裂的影响

高性能混凝土比普通混凝土更容易发生塑性收缩开裂,适宜的早期养护措施是防止或减免高性能混凝土塑性开裂的重要途径。通过早期抗裂试验研究了几种养护方式以及养护起始时间对高性能混凝土塑性开裂的影响。结果表明:在干燥、高温、大风环境中,高性能混凝土浇筑后如果不及时进行养护,混凝土表面很容易产生较大面积的塑性开裂;养护起始时间对混凝土是否发生塑性开裂以及开裂程度的影响很大,混凝土浇筑成型抹面后应在1 h内对混凝土表面进行覆盖养护,才能有效防止或避免塑性裂缝的产生;覆盖塑膜养护与涂刷养护剂养护的防裂效果相近;在混凝土终凝时覆盖湿毯及时补水,能够有效抑制裂缝的产生和发展。

异形截面PP纤维增强砂浆抗塑性开裂性能研究

选择截面为圆形、三角形、三叶形3种聚丙烯(PP)纤维增强水泥砂浆,采用平板约束法、荧光分析技术和单根纤维拔出实验,分别研究PP纤维增强砂浆的抗塑性开裂性能、纤维分散性能和纤维/基体界面粘结性能。结果表明:当纤维长度、当量半径和体积掺量相同时,异形截面PP纤维提升砂浆抗塑性开裂性能的效果优于圆形截面PP纤维;与圆形截面PP纤维相比,三角形和三叶形截面PP纤维的纤维有效利用率分别提高了17.65%和29.41%,比表面积分别提高了28.6%和37.1%,纤维/基体的界面剪切强度分别提高了3.4%和8.9%;纤维的分散性、比表面积和纤维/基体界面剪切强度的提高是异形截面PP纤维有效提高砂浆的抗塑性开裂能力的主要原因。

粉煤灰掺量和细度对高强砼塑性开裂的影响

研究了粉煤灰掺量与细度对高强混凝土塑性开裂趋势的影响。试验结果表明:对于低水胶比的高强混凝土来说,随着粉煤灰掺量增大,其塑性收缩裂缝呈减少趋势;粉煤灰细度增大,塑性开裂并无增大趋势,反而有减小的作用。最后探讨了塑性开裂的机理。

保水率和含气量对水泥砂浆抗塑性开裂性能影响的研究

通过研究在三种不同环境条件下的砂浆保水率、含气量与塑性抗拉强度和水分蒸发速率的关系,探讨砂浆保水率和含气量对砂浆塑性收缩开裂的影响。试验结果表明,保水率是决定砂浆阻裂性能好坏的主要因素,其原因主要是高保水率砂浆表面水分蒸发速率较小。

玻璃纤维对水泥混凝土塑性开裂性能的影响

依据GB/T 15231—2008《玻璃纤维增强水泥性能试验方法》,对不同玻璃纤维掺量的改性水泥混凝土进行了早期塑性收缩开裂试验,基于浇筑后暴露于模拟自然条件后第1个24 h内产生的裂缝数量、裂缝总面积以及开裂指数,发现加入玻璃纤维可以有效抑制24 h内塑性收缩裂缝的形成和发展,且裂纹数量会随着纤维掺量的增大呈递减趋势。

粉煤灰、石灰石粉对高性能混凝土塑性开裂的影响

为探讨粉煤灰和石灰石粉两种常用矿物掺合料对高性能混凝土塑性开裂的影响规律,本文通过碘钨灯和可调节风速的风扇在实验室内模拟西部地区高温低湿的蒸发环境,采用集中约束平板法系统研究了内掺粉煤灰及石灰石粉的高性能混凝土在高温低湿环境下的塑性开裂。结果表明:粉煤灰的掺入对高性能混凝土的塑性开裂有明显的抑制作用,有效降低裂缝宽度和裂缝总面积,粉煤灰掺量越大,裂缝宽度和裂缝总面积降低的幅度越显著;石灰石粉对高性能混凝土塑性开裂的影响与其掺量有较大的相关性,低掺量时石灰石粉加剧了高性能混凝土塑性开裂趋势,高掺量时石灰石粉抑制了高性能混凝土塑性开裂风险。

预吸水SAP对高强混凝土毛细管负压和塑性开裂的影响

通过混凝土内部毛细管负压试验以及混凝土抗裂性能试验,研究分析预吸水SAP对高强混凝土塑性开裂的影响。试验结果表明:混凝土塑性阶段初始裂缝出现时间与混凝土毛细管负压曲线的拐点出现时间成正比;塑性阶段裂缝数量、裂缝面积与毛细管负压增长坡度成反比。SAP额外引水量比越大,混凝土毛细管负压拐点出现时间越迟,毛细管负压增长坡度越平缓,混凝土塑性阶段抗裂性能越好。

矿物掺合料对道路水泥混凝土塑性开裂和抗冻耐久性影响的研究

抗裂性和抗冻性是影响道路水泥混凝土性能的重要因素,为比较粉煤灰、硅灰、矿渣微粉等矿物掺合料对道路水泥混凝土塑性开裂和抗冻耐久性的影响,采用平板法、电通量法和慢冻法,测定了矿物掺合料混凝土的塑性开裂时间、条数、面积,氯离子扩散系数和相对动弹模量。结果表明,矿物掺合料可加速或延缓混凝土塑性裂缝的发生时间,掺量与平均开裂面积、单位面积上的开裂面积呈正相关,但与裂缝条数无显著相关性;矿物掺合料可有效降低混凝土的氯离子扩散系数,但掺量超过20%后,降低速率有所减缓;矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性的作用在冻融后期愈发明显。掺量适宜时,3种掺合料均可达到相似作用效果,过量后相对动弹模量均呈下降趋势,冻融后期的下降更加显著。

矿物掺合料对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响

为了解矿物掺合料对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响,本文采用了平板约束法和图像分析技术进行研究,结果显示:掺入粉煤灰或矿渣能够有效增强低水胶比水泥基材料的抗塑性开裂能力,从而显著降低开裂风险,预防塑性开裂;而硅灰的掺入则会明显促进低水胶比水泥基材料塑性开裂,使裂缝面积及宽度大大增加。

膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂能力研究

采用平板受限法和图像法,研究了膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的能力。研究结果表明,吹风加速混凝土表面失水条件下,不同水胶比(0.21～0.43)的混凝土均会发生塑性开裂,且随着水胶比的降低,混凝土的塑性开裂状况加剧;膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的能力与混凝土的水胶比有关,膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的效果随着水胶比的降低而减小,甚至出现负作用。同时,研究结果表明,吹风加速表面失水对诱导混凝土产生塑性开裂有显著作用,因此,对浇筑成型的混凝土结构进行及时的养护,在避免和减缓混凝土结构的塑性开裂方面具有重要作用。

减水剂对水泥浆体塑性开裂的影响规律及作用机理

研究了萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂对水泥浆体塑性开裂的影响规律。通过溶液表面张力、浆体表面水分蒸发速率和毛细管负压的变化,分析了减水剂对水泥浆体塑性开裂的作用机理。