高性能混凝土早龄期轴向拉伸特性.doc

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1、高性能混凝土早龄期轴向拉伸特性摘要：采用经改进的轴向拉伸试验装置对三种不同水灰比的高性能混凝土早龄期的抗拉强度和拉伸弹性模量等拉伸特性进行了实验研究。结果表明，所采用的试验装置和试验方法能较有效地评价硬化过程中高性能混凝土的轴向抗拉特性；早龄期高性能混凝土的抗拉强度发展迅速，轴心抗拉强度约为同龄期劈裂抗拉强度的0．96倍；高性能混凝土早期拉伸弹性模量的发展比抗拉强度的发展更快。关键词：高性能混凝土；早龄期；抗拉强度；拉伸弹性模量0前言凝结硬化期间，高强、高性能混凝土的开裂敏感性极高[1]。尽管自由状态下混凝土的体积变化并不会导致结构的开裂，但实际工程结构

2、大多处于各种形式的约束(如地基、相邻结构、内部钢筋等)之下，混凝土的体积变化不能自由发生，从而导致结构内部产生拉应力，导致早期裂缝的出现。早期开裂是否发生、何时发生，这与混凝土材料的力学性能，尤其是早期抗拉特性有着密切的联系。从已有文献[2]不难发现，由于混凝土早期，特别是硬化初期的抗拉性能极难通过试验测定，因而大多数研究的对象只集中于养护至少1d后的混凝土，且主要是针对普通强度等级的混凝土。这些试验结果并不能很好地反映高性能混凝土的早龄期抗拉性能。本文主要对轴向荷载作用下的高性能混凝土早龄期的抗拉强度、拉伸弹性模量等拉伸特性进行实验研究，为进一步研究和

3、探明高性能混凝土的早期开裂机理提供资料。1实验概要1．1早期轴向拉伸试验装置[3]高性能混凝土早期抗拉性能试验装置如图1所示。该装置通过空心液压千斤顶对试件施加轴向拉伸荷载。试验所采用的拉伸试件的形状表示于图1，其中部等截面段的截面尺寸为100mm×100mm，试件端部的断面尺寸逐渐放大，采用弧形过渡的方式以减小应力集中。试件端部与加载系统之间采用密布96螺杆的10mm厚的钢板进行锚固连接，以便利用螺栓与混凝土之间的粘结锚固作用均匀传递拉伸荷载。为了保证所施加的拉力为轴心拉伸荷载，试件两端分别采用相互垂直的万向轴承进行连接。试验中混凝土拉伸性能测试的最早

4、龄期为8h，考虑到早龄期混凝土强度低，且脱模困难，须带底部模板进行试验。为了尽可能减小试件与底模之间的摩擦对试验结果的影响，成型前在底模上铺一层厚度为0．5mm的特富龙塑料垫层。1．2原材料及混凝土配合比试验混凝土所选用原材料的基本物理性质见表1。混凝土的配合比见表2。1．3实验内容及操作方法为了充分把握高性能混凝土早期抗拉性能随龄期发展的规律，共设定了9个抗拉性能测试龄期。这9个测试龄期分别为8h、9h、10h、11h、12h和1d、3d、7d、28d。轴向拉伸试验的具体操作方法参考文献[3]。同时，对高性能混凝土的早期抗压强度和劈裂抗拉强度两项指标进

5、行了试验测定，其测试龄期的设置与抗拉性能基本相同[4-5]。混凝土采用强制式搅拌机进行搅拌。为防止水分逸散，试件表面抹平后，依次用塑料薄膜和湿布覆盖严密。所有混凝土试件成型后均静置于温度为(20±1)℃，相对湿度(RH)为(60+5)％的环境中养护。至预设测试龄期前20min拆模(1d龄期后测试的试件则均在1d龄期时拆模，并在上述环境中密封养护)，然后在预设龄期进行试验。测试时的环境温、湿度与养护环境相同。2实验结果及分析2．1早期抗拉强度在阐述高强混凝土的早期抗拉强度之前，先对其抗压强度作一简要说明。图2为本研究中三种配合比(即OP-25、OP-35、

6、OP-45)的混凝土的抗压强度随龄期发展的规律。从图中可以直观地看出，水灰比越低，早期力学性能发展越迅速，抗压强度越高。根据轴向拉伸试验中荷载传感器获得的荷载数据可以计算出不同龄期混凝土的轴拉强度。图3描述了轴拉强度L的经时发展规律(劈拉强度L的发展规律相同)。对高强、高性能混凝土而言，无论是轴拉强度，还是劈拉强度，早龄期(特别是1d前的龄期)发展甚为迅速。将本试验中获得的轴拉强度、劈拉强度数据在总体上加以比较，发现两抗拉强度指标极为接近，且呈显著的线性相关规律，轴拉强度约为劈拉强度的0．96倍(如图4所示)，这与文献中的结论十分接近[6-7]。但是，1

7、d龄期前两抗拉强度之间的差异较1d以后更为明显。2．2早期拉伸弹性模量高性能混凝土早期弹性模量发展迅速，且随着水灰比的减小，一方面可以使混凝土的“骨架”形成加快，另一方面使混凝土内部孔隙减少，故而拉伸弹性模量发展加快(见图5)。且高性能混凝土早期弹性模量的发展速率较强度更快(如图6)。这正是高性能?昆凝土容易发生早期开裂的重要原因之一。由于高性能混凝土早期约束应力的发展依赖于弹性模量(混凝土刚度)的发展，弹性模量发展越快，约束应力发展也越快，相应形成的拉应力的发展也越快；而开裂抵抗能力则更多取决于混凝土的抗拉强度，抗拉强度越高，开裂敏感性越低。3结论(1

8、)本文介绍的试验设备和试验方法能较有效地评价硬化过程中的高性能混凝土抗拉特性。(