C~C大體積混凝土溫度控制方案報(bào)告篇34

PAGEPAGE21復(fù)雜約束條件下地下工程抗裂混凝土的研究及其施工技術(shù)開發(fā)課題背景隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，以及土地資源的日益緊缺，大規(guī)模的開發(fā)利用地下空間進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是必然的趨勢(shì)。國(guó)際上提出“21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間時(shí)代”。開發(fā)利用地下空間，發(fā)展地下交通系統(tǒng)可以改善城市交通擁擠狀況和居民生活環(huán)境。目前我國(guó)正在大規(guī)模興建地鐵、跨海過(guò)江隧道等大型地下交通工程，我省在武漢市的長(zhǎng)江隧道和城市地鐵工程也已在大規(guī)模施工建設(shè)之中。本課題即依托武漢市長(zhǎng)江隧道漢口段開挖部分側(cè)墻、頂板及底板抗裂高性能混凝土的設(shè)計(jì)與施工，開展相關(guān)研究工作。武漢長(zhǎng)江隧道漢口段明挖部分側(cè)墻厚0.8~1.1m、高3m左右，其澆注混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為S8，屬于大體積混凝土。大體積混凝土施工時(shí)遇到的普遍問(wèn)題是溫度裂縫。由于混凝土中水泥水化放熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期，降溫期和穩(wěn)定期三個(gè)階段，在這個(gè)過(guò)程中混凝土的體積在溫度變化影響下亦隨之伸縮，若混凝土體積變化受到約束就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂能力將導(dǎo)致混凝土開裂；因此為了提高混凝土施工質(zhì)量，必須采取溫控措施以防止溫度裂縫的產(chǎn)生,大體積混凝土施工中的溫度監(jiān)控是控制裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟。工程結(jié)構(gòu)裂縫不僅與結(jié)構(gòu)使用的安全性緊密相關(guān)，同時(shí)還影響工程結(jié)構(gòu)的耐久性能與使用性能，在地下侵蝕性介質(zhì)的作用下，容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕、硫酸鹽破壞等現(xiàn)象，使混凝土結(jié)構(gòu)劣化并破壞，造成巨大損失。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，裂縫的出現(xiàn)是難以避免的，關(guān)鍵之處在于如何將早期裂縫控制在可以接受的范圍之內(nèi)，而不影響結(jié)構(gòu)自身的使用性能、安全性能和耐久性能。在地下工程側(cè)墻施工過(guò)程中，普遍采用了大方量連續(xù)澆筑技術(shù)，然而混凝土早期產(chǎn)生的收縮裂縫仍然是該結(jié)構(gòu)部位經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，成為困擾設(shè)計(jì)、施工單位的一道難題?；炷凉こ探Y(jié)構(gòu)早期裂縫產(chǎn)生的原因收縮變形所引起的混凝土開裂收縮變形是混凝土自身的本質(zhì)特性之一，在混凝土當(dāng)中主要存在以下幾種類型的收縮變形：（1）化學(xué)收縮化學(xué)收縮是指由于水泥水化、漿體中的固體和液體絕對(duì)體積的減少。水化產(chǎn)物的絕對(duì)體積要小于水化前水泥與水的絕對(duì)體積。如果進(jìn)一步分析，則可以認(rèn)為是水泥與水起化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，原來(lái)的自由水成為水化產(chǎn)物的一部分，使它的比容由原來(lái)的1cm3/g變成約0.75cm3/g的緣故。也就是說(shuō)，硅酸鹽水泥的化學(xué)減縮量約為化學(xué)結(jié)合水的25%。因此可以認(rèn)為，化學(xué)結(jié)合水量大的水泥，其最終化學(xué)減縮量也大。硅酸鹽水泥的各個(gè)組成礦物有不同的化學(xué)減縮量，C3A的化學(xué)減縮量最大。C3A的收縮率是C2S的3倍，幾乎是C4AF的5倍。因此C3A含量高的水泥易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。為了防止混凝土開裂，應(yīng)盡量使用C3A含量低的水泥。（2）塑性收縮（凝縮）混凝土拌制后一段時(shí)間內(nèi)，水泥的水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和體積縮小現(xiàn)象，這種體積縮小稱為塑性收縮（凝縮）。塑性收縮都發(fā)生在混凝土拌和后約3~12小時(shí)以內(nèi)，即在終凝前比較明顯。因?yàn)檫@種凝縮發(fā)生時(shí)混凝土仍處于塑性狀態(tài)，因此把這種凝縮稱為塑性收縮?；炷聊s導(dǎo)致骨料受壓、水泥膠結(jié)體受拉，故其既可使水泥石與骨料結(jié)合緊密，又可能使水泥石產(chǎn)生裂縫。凝縮的大小約為水泥絕對(duì)體積的1％?；炷了苄允湛s的物理化學(xué)機(jī)理非常復(fù)雜?；炷潦怯H水材料，故孔隙中水的液面呈凹液面。根據(jù)熱力學(xué)原理，同一溫度下，凹液面的飽和蒸汽壓力低于平液面的飽和蒸汽壓力，而且凹液面曲率半徑越小，其飽和蒸汽壓力越低，不易超過(guò)環(huán)境實(shí)際蒸汽壓力，所以水分不易蒸發(fā)；而孔越大，則飽和蒸汽壓越高，水分越易蒸發(fā)?；炷林械乃忠坏┱舭l(fā)，孔中出現(xiàn)凹液面，在水的表面張力作用下，便會(huì)發(fā)生毛細(xì)管壓力，向內(nèi)拉孔壁，使混凝土發(fā)生收縮，而且凹液面曲率半徑越?。讖皆叫。?，則產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力越大，混凝土的收縮就越強(qiáng)烈?；炷林写罂字械乃钊菀渍舭l(fā)，只要空氣相對(duì)溫度小于100%，即實(shí)際蒸氣壓力比大孔水液面飽和蒸氣壓力稍低，大孔水分就會(huì)蒸發(fā)，但不會(huì)產(chǎn)生收縮。這就是為什么混凝土的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)要求環(huán)境相對(duì)濕度是95%以上，因?yàn)樵谠摑穸葪l件下，凝膠孔、毛細(xì)孔中的水處于凝結(jié)和蒸發(fā)平衡狀態(tài)，而大孔中的水雖有蒸發(fā)，但混凝土不會(huì)發(fā)生收縮。實(shí)際工程中，環(huán)境相對(duì)濕度越低，即孔中實(shí)際蒸汽壓力越小，環(huán)境溫度越高，即水的飽和蒸汽壓越高，在這種情況下，會(huì)使更小孔中的水蒸發(fā)，產(chǎn)生更大的毛細(xì)管壓力，致使混凝土發(fā)生強(qiáng)烈的收縮。這并不是因?yàn)樵谶@種環(huán)境下水分失水得更多，而是因?yàn)槭チ烁】字械乃?，產(chǎn)生更大收縮力之故。（3）自生收縮（自收縮）混凝土在恒溫絕濕條件下，由膠凝材料的水化作用引起的體積變形稱為自生體積變形，而自生體積變形為收縮的稱自生收縮（自縮），這種收縮是由化學(xué)作用引起的，它與水化過(guò)程中產(chǎn)生的自干燥現(xiàn)象緊密相連。在水泥的水化過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)硬化水泥石不能再與外界水源接觸時(shí)，化學(xué)減縮就會(huì)不可避免地造成在原來(lái)水飽和的孔洞中形成氣孔，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，這種氣孔所占的空間會(huì)越來(lái)越大，水蒸氣和水的平衡壓也變得越來(lái)越低，這時(shí)就出現(xiàn)了“自干燥”現(xiàn)象。由于“自干燥”現(xiàn)象的存在而使毛細(xì)孔中液相存在拉(壓)應(yīng)力，因此固相承受壓迫而產(chǎn)生收縮。一些學(xué)者的計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)毛細(xì)管臨界直徑大于50?時(shí)，存在毛細(xì)管作用，當(dāng)毛細(xì)孔相對(duì)濕度在80%~100%之間時(shí)水化反應(yīng)將可以進(jìn)行，隨之而來(lái)的是自干燥現(xiàn)象的產(chǎn)生。計(jì)算結(jié)果表明毛細(xì)管壓對(duì)于早期水泥漿體自收縮的影響是非常顯著的，當(dāng)毛細(xì)管內(nèi)的相對(duì)濕度從100%降低到80%時(shí)，毛細(xì)管壓將從0MPa增大到30MPa，如此大的壓力必將導(dǎo)致水泥石的收縮。（4）溫度收縮（冷縮）混凝土隨溫度下降而發(fā)生的收縮變形稱為溫度收縮，簡(jiǎn)稱冷縮。對(duì)大體積混凝土，溫度變化所引起的收縮是裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。當(dāng)溫度下降（0℃以上）時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生溫度收縮變形（冷縮）。當(dāng)混凝土受凍時(shí)，其孔隙水和毛細(xì)管水的結(jié)冰將明顯影響其變形。一般情況下，當(dāng)混凝土溫度降至0℃以下時(shí)，混凝土不僅不收縮，反而會(huì)因結(jié)冰產(chǎn)生的壓力而引起膨脹變形?；炷恋睦淇s很容易引起其體積開裂，如何防止冷縮開裂，是混凝土技術(shù)中一個(gè)十分重要的問(wèn)題。在無(wú)約束條件下，混凝土溫差ΔT所引起的溫度收縮變形是ΔT與混凝土熱膨脹系數(shù)α的乘積(αΔT)?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)一般為10×10－6/℃，而水泥漿體的熱膨脹系數(shù)為13×10－6/℃，骨料的熱膨脹系數(shù)則與骨料品種有關(guān)，石灰?guī)r質(zhì)骨料的α值一般為(6-7)×10－6/℃，三種材料熱膨系數(shù)的差別造成了混凝土在降溫的過(guò)程中內(nèi)部局部溫度應(yīng)力的產(chǎn)生。另外由于混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性能差，混凝土的外部溫度可能已接近于環(huán)境溫度，而內(nèi)部溫度仍處于原始狀態(tài)，從整體結(jié)構(gòu)溫度分布來(lái)看，在混凝土結(jié)構(gòu)中形成較大的溫度梯度，從而產(chǎn)生相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)溫差應(yīng)力。二種不同形式的溫度應(yīng)力相疊加造成混凝土承受相當(dāng)大的溫度應(yīng)力，有時(shí)甚至比荷載產(chǎn)生的應(yīng)力還大，所以研究冷縮具有相當(dāng)重要的意義。（5）干燥收縮（干縮）置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的體積縮小變形，稱為干燥收縮變形，簡(jiǎn)稱干縮。嚴(yán)格來(lái)講，干燥收縮應(yīng)為混凝土在干燥條件下實(shí)測(cè)的變形扣除相同溫度下密封試件的自生體積變形。但考慮到干燥收縮變形與自生體積收縮變形對(duì)工程的效應(yīng)是相似的，為了方便起見，觀測(cè)干燥收縮變形不再與自生體積變形分開，故所測(cè)結(jié)果反映了這兩者的綜合結(jié)果。除以上各種類型的收縮變形之外，混凝土中還存在碳化收縮和徐變收縮等類型的收縮變形，但通常發(fā)生在中后齡期的混凝土中，對(duì)混凝土早期的收縮開裂影響較小?；炷猎缙诹芽p的生成，一般不是結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載直接作用的結(jié)果，而混凝土固有的體積收縮變形是引起其早齡期開裂的最重要原因之一，當(dāng)收縮變形所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大于相應(yīng)齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度之后，混凝土即會(huì)發(fā)生開裂，因此必須對(duì)早齡期的收縮變形進(jìn)行研究，采取措施進(jìn)行控制，從而降低混凝土早期裂縫產(chǎn)生的概率。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力荷載所引起的混凝土開裂由荷載應(yīng)力所引起的裂縫稱為荷載裂縫，一般可分為兩種形式：外荷載直接應(yīng)力裂縫和荷載、結(jié)構(gòu)次應(yīng)力裂縫。由外荷載引起的直接應(yīng)力在結(jié)構(gòu)體內(nèi)超過(guò)一定數(shù)值后在相應(yīng)部位產(chǎn)生裂縫，例如在受拉、受壓、受彎，以及受剪、受扭力矩等情況下均有可能在混凝土結(jié)構(gòu)的某些部位形成裂縫。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在混凝土結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)嘏渲脴?gòu)造鋼筋，對(duì)于溫度應(yīng)力或收縮應(yīng)力而言，都能提高結(jié)構(gòu)的抗裂性。然而，混凝土配置鋼筋，也有可能增加混凝土的自約束應(yīng)力，配筋不合適時(shí)，甚至有可能增加混凝土結(jié)構(gòu)局部開裂的可能性。而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸大小等因素也對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)開裂行為有重要的影響。施工因素所引起的混凝土開裂在混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中也有可能由于各種原因而產(chǎn)生裂縫。例如，混凝土拌和不均勻，攪拌時(shí)間不足，澆筑不均勻；新拌混凝土出現(xiàn)離析泌水的現(xiàn)象；連續(xù)澆筑間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，接縫處理不當(dāng)，鋼筋搭接、錨固不良；模板拆除時(shí)機(jī)不當(dāng)，保濕養(yǎng)護(hù)不力；或者混凝土硬化前遭受擾動(dòng)或承受了荷載等等。這些原因造成混凝土內(nèi)部質(zhì)量不均，在內(nèi)部或外部應(yīng)力作用下薄弱環(huán)節(jié)即易出現(xiàn)裂縫。混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究（一）混凝土配合比表1C35抗裂混凝土配合比序號(hào)水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)有機(jī)纖維(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(Wb%)A1160250180177710730.8A2165270160177710730.8A3165.5290140177710730.8A4165310120177710730.8A5165290140077710730.6A6165290140177710730.8序號(hào)水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)仿鋼纖維(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(Wb%)B11652901404.5①77710730.8B21652901404.5②77710730.8序號(hào)水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)鋼纖維(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(Wb%)C11652901407877710730.8注：減水劑中引入的水分已包含在總用水量當(dāng)中，A3使用杜拉纖維，A6使用凱泰纖維，仿鋼纖維中①為仿鋼粗纖維，②為仿鋼細(xì)纖維。試驗(yàn)混凝土選用原材料如下：水泥：亞?wèn)|42.5普通硅酸鹽水泥粉煤灰：漢川Ⅱ級(jí)粉煤灰砂：中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.7石：石灰?guī)r碎石，壓碎值10.1％，針片狀含量7.9％減水劑：武漢浩源PC100聚羧酸系高效減水劑纖維：（1）杜拉纖維；（2）凱泰改性聚丙烯纖維；（3）凱泰有機(jī)仿鋼絲粗纖維；（4）凱泰有機(jī)仿鋼絲細(xì)纖維；（5）鋼纖維。纖維性能如下表2、表3、表4、表5和表6所示。表2杜拉纖維技術(shù)指標(biāo)纖維形狀纖維長(zhǎng)度/mm纖維密度/kg/m3彈性模量/MPa極限拉伸率/％抗拉強(qiáng)度/MPa纖維熔點(diǎn)/℃纖維含濕率/％吸水性單絲束狀190.91379315≥276165＜0.1無(wú)表3凱泰改性聚丙烯纖維技術(shù)指標(biāo)纖維形狀纖維長(zhǎng)度/mm纖維密度/kg/m3初始模量/GPa斷裂伸長(zhǎng)率/％斷裂強(qiáng)度/MPa纖維熔點(diǎn)/℃燃點(diǎn)/℃吸水性單絲束狀190.91＞3.515～35＞400165約580無(wú)表4凱泰有機(jī)仿鋼絲粗纖維技術(shù)指標(biāo)纖維形狀纖維長(zhǎng)度/mm纖維直徑/mm纖維密度/g/cm3彈性模量/GPa纖維根數(shù)，根/kg抗拉強(qiáng)度/MPa纖維熔點(diǎn)/℃燃點(diǎn)/℃單絲束狀30～501.00.91＞4.2150000＞410約165約580表5凱泰有機(jī)仿鋼絲細(xì)纖維技術(shù)指標(biāo)纖維形狀纖維長(zhǎng)度/mm纖維直徑/mm纖維密度/g/cm3彈性模量/GPa纖維根數(shù)，根/kg抗拉強(qiáng)度/MPa纖維熔點(diǎn)/℃燃點(diǎn)/℃單絲束狀30～500.50.91＞4.2150000＞410約165約580表6鋼纖維技術(shù)指標(biāo)型號(hào)規(guī)格長(zhǎng)徑比材質(zhì)形狀RC40/22BNφ0.55×2240冷拔鋼絲兩端帶鉤（二）、抗裂混凝土物理力學(xué)性能根據(jù)相關(guān)規(guī)范測(cè)得抗裂混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度如表7所示：表7C35抗裂混凝土物理力學(xué)性能序號(hào)抗壓強(qiáng)度(MPa)劈裂抗拉強(qiáng)度(MPa)3d7d28d3d7d28dA121.429.141.71.72.53.4A222.329.343.91.92.73.6A324.532.245.92.33.04.2A427.235.355.62.63.34.9A521.730.143.92.12.73.8A623.333.145.72.22.84.3B120.229.445.12.22.74.0B220.128.944.72.43.14.1C123.732.847.62.53.34.5為便于比較，將上表數(shù)據(jù)作圖如圖1所示：圖1混凝土力學(xué)性能對(duì)比圖（三）、抗裂混凝土的新拌工作性能根據(jù)相關(guān)規(guī)范，測(cè)得抗裂混凝土初始坍落度、擴(kuò)展度，以及1.5h坍落度和擴(kuò)展度如表8所示：表8C35抗裂混凝土工作性能序號(hào)初始坍落度/擴(kuò)展度(cm)1.5h坍落度/擴(kuò)展度(cm)A120/5415/42A221/6118.5/52A321/5817/48A418/5214/45A522/6220/55A620/5515/47B120/5616.5/50B220.5/5517.5/52C119/5517/52（四）、混凝土的抗裂性能1、平板開裂試驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)混凝土抗裂性能進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用了平板開裂試驗(yàn)方法。平板法試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)是能形象地反映出混凝土裂縫隨齡期的發(fā)展變化，平板約束模具在一定程度上能放大塑性收縮裂縫，較好的模擬實(shí)際工程中混凝土板的塑性收縮開裂，便于測(cè)量和比較不同混凝土的塑性收縮開裂情況。本實(shí)驗(yàn)采用我國(guó)新《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中推薦的一個(gè)混凝土(砂漿)早期抗裂性試驗(yàn)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法，同時(shí)參考了日本笠井芳夫教授提出的方法。試件尺寸為為600mm×600mm×63mm的平面鋼制模具，外形見圖2。模具的四邊用10/6.3不等邊角鋼制成，每個(gè)邊的外測(cè)焊有四條加勁肋，模具四周和底板通過(guò)螺栓固定在一起，以次提高模具的剛度；在模具每個(gè)邊上同時(shí)焊接(或用雙螺帽固定)兩排共14個(gè)φ10×100mm螺栓(螺紋通長(zhǎng))伸向錨具內(nèi)側(cè)。兩排螺栓相互交錯(cuò)，便于澆筑的混凝土能填充密實(shí)。當(dāng)澆筑后的混凝土平板試件發(fā)生收縮時(shí)，四周將受到這些螺栓的約束。在模具底板的表面鋪有低摩擦阻力的聚四氟乙烯片材，使硬化之后的混凝土不受底板約束。模具作為試驗(yàn)裝置的一個(gè)部分，試驗(yàn)時(shí)與試件連在一起。（a）平板開裂儀實(shí)物圖（b）平板開裂儀結(jié)構(gòu)示意圖圖2平板開裂儀（2）實(shí)驗(yàn)步驟A.將混凝土澆筑到平面鋼制模具內(nèi)，然后振搗，直到混凝土被搗實(shí)且大約與模具頂部齊平。振搗后用抹刀把表面收平，使骨料不外露且表面平實(shí)，然后立即用塑料薄膜覆蓋，2h后取下薄膜。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果將表1配合比中A5、A3、A6、B1、B2、B3種混凝土，分別澆筑在模具中，振搗抹平后置于養(yǎng)護(hù)室中用塑料薄膜覆蓋2h后取下薄膜，開始用電風(fēng)扇直吹試件表面，試件的開裂情況如圖3所示：（a）素混凝土（b）摻杜拉纖維混凝土（c）凱泰聚丙烯纖維混凝土（d）粗仿鋼絲纖維混凝土（e）細(xì)仿鋼絲纖維混凝土（f）鋼纖維混凝土圖3平板試件裂縫觀察圖根據(jù)我國(guó)新《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中規(guī)定的平板開裂分析評(píng)價(jià)方法及一些科技文獻(xiàn)報(bào)道，主要記錄試件的開裂時(shí)間、裂縫長(zhǎng)度和寬度。計(jì)算下列四個(gè)參數(shù)：（a）平均開裂面積：(mm2/根)；（b）單位面積開裂裂縫數(shù)目：b=N/A(根/m2)；（c）單位面積的總開裂面積：C=a·b(mm2/m2)式中：Li—第i根裂縫的長(zhǎng)度，mm；Bi—第i根裂縫的最大寬度，mm；N—總裂縫數(shù)目，根；A—試驗(yàn)板面積，0.36m2（d）裂縫降低系數(shù)式中：Amcr—纖維混凝土板的總開裂面積，mm2；Afcr—對(duì)比用基準(zhǔn)板的總開裂面積，mm2；表9混凝土(砂漿)裂縫降低系數(shù)和防裂效能等級(jí)對(duì)照表防裂效能等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)η≥0.85二級(jí)0.70≤η<0.85三級(jí)0.50≤η<0.70試驗(yàn)結(jié)果如表10所示：表10混凝土早期平板開裂觀測(cè)結(jié)果編號(hào)纖維摻量/(Kg/m3)初裂時(shí)間/h裂縫最大寬度/mm裂縫平均開裂面積/mm2單位面積裂縫數(shù)目/根·m-2單位面積的總開裂面積/mm2裂縫降低系數(shù)/ηA504.80.352.1069144.900A31(杜拉)21.70.050.08141.120.99A61(凱泰聚丙烯)22.00.050.14172.380.98B14.5(仿鋼絲粗纖維)4.30.201.425071.000.51B24.5(仿鋼絲細(xì)纖維)5.00.151.354257.000.61C178（鋼纖維）4.00.100.575028.500.80編號(hào)纖維摻量/(Kg/m3)初裂寬度/mm最大裂縫寬度/mm裂縫總長(zhǎng)度/mm裂縫數(shù)/6h24h6h24h6h24hA500.200.250.35546.3650.71025A31(杜拉)0.0500.05016.205A61(凱泰聚丙烯)0.0500.05034.506B14.5(仿鋼絲粗纖維)0.150.150.20302.1416.71218B24.5(仿鋼絲細(xì)纖維)0.100.100.15276.8325.41015C178（鋼纖維）0.050.050.10207.5305.91218各種混凝土1d齡期時(shí)，混凝土的總開裂面積、總開裂長(zhǎng)度、總開裂條數(shù)、裂縫平均開裂面積和裂縫降低系數(shù)的對(duì)比見圖4所示。圖4各種混凝土的開裂度對(duì)比圖2、應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)開裂實(shí)驗(yàn)為更好地模擬混凝土在實(shí)際工程中的溫度－應(yīng)力狀態(tài)及其開裂敏感性的關(guān)系，采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的約束可調(diào)式單軸溫度—應(yīng)力開裂試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土開裂性能進(jìn)行研究。該機(jī)器是一種研究混凝土開裂性能的精密設(shè)備，一端約束，一端松弛完成水化熱、溫度跟蹤試驗(yàn)、低溫收縮試驗(yàn)、高溫試件線膨脹試驗(yàn)（主機(jī)構(gòu)造見圖5所示）。約束條件下，環(huán)境溫度變化中試件的內(nèi)應(yīng)力變化測(cè)定試驗(yàn)，在同箱環(huán)境溫度中試件抗裂抗拉能力。WTST-150約束可調(diào)式單軸溫度—應(yīng)力開裂試驗(yàn)機(jī)的研制解決了長(zhǎng)期不能有效對(duì)混凝土開裂性能進(jìn)行研究的局面。該試驗(yàn)機(jī)能夠測(cè)量彈性模量，徐變松弛能力，熱膨脹系數(shù)等水化熱、絕熱溫升試驗(yàn)和自由收縮試驗(yàn)不能從獲得的參數(shù)。試驗(yàn)機(jī)獲得的數(shù)據(jù)能夠正確地反映混凝土的開裂趨勢(shì)?？蛇M(jìn)行混凝土基準(zhǔn)試驗(yàn)、等溫控制試驗(yàn)、環(huán)境條件變化試驗(yàn)、約束度變化等試驗(yàn)研究。圖5溫度應(yīng)力實(shí)驗(yàn)機(jī)主機(jī)示意圖1、主機(jī)架2、步進(jìn)電機(jī)3、壓力傳感器4、位移傳感器5、試件6、模板7、環(huán)境箱8、升降機(jī)構(gòu)其主要技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試值A(chǔ)3A4A5新拌混凝土溫度T0/℃19.1220.2019.40最大壓應(yīng)力/MPa0.3790.3920.375最大壓應(yīng)力時(shí)的溫度/℃33.9636.7234.23最高溫度Tmax/℃36.3540.1237.12溫升/℃17.2319.9217.72升溫時(shí)間/min124214421312第二零應(yīng)力溫度/℃30.0533.0230.01降溫前溫度/℃24.1825.4323.21開裂應(yīng)力/MPa－1.65－1.82－1.15開裂溫度/℃20.2619.9119.80試驗(yàn)歷時(shí)/min372636263326備注：—為拉應(yīng)力；+為壓應(yīng)力。A3配合比混凝土應(yīng)力-時(shí)間曲線圖A3配合比混凝土溫度-時(shí)間曲線圖A4配合比混凝土應(yīng)力-時(shí)間曲線圖A4配合比混凝土溫度-時(shí)間曲線圖A5配合比混凝土應(yīng)力-時(shí)間曲線圖A5配合比混凝土溫度-時(shí)間曲線圖由表及圖分析可以看出：A3配合比由于水泥用量較低，并且大量摻入了粉煤灰，因而水泥水化放熱所引起的溫升較低，澆筑溫度（19.12℃）與最高溫升（36.35℃）之差只有17.23℃。在1242min之前，混凝土由于水泥的水化熱基本處于升溫的階段，之后溫度逐漸降低；同樣地，由于粉煤灰早期水化反應(yīng)較慢，總體而言升溫速率較緩，溫升幅度較小，因而在混凝土由體積熱脹而產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力較小，僅為0.379MPa。隨溫度下降，在2000min、30.05℃時(shí)混凝土中由溫度梯度而產(chǎn)生了拉應(yīng)力，在剛性約束條件下，試件于3726min時(shí)開裂，開裂拉應(yīng)力為1.65MPa。水泥用量為310kg/m3的A4、以及未摻纖維的A5配合比混凝土溫度-時(shí)間及應(yīng)力-時(shí)間變化趨勢(shì)曲線圖相近，但相比較而言，水泥用量高的A4配合比混凝土升溫階段持續(xù)時(shí)間稍長(zhǎng)，而最高溫升及內(nèi)外溫升幅度也較大，由于其早期強(qiáng)度較高，因而其開裂應(yīng)力值也大于A3配合比混凝土；未摻纖維的A5配合比混凝土開裂應(yīng)力值小于A3配合比混凝土，同時(shí)開裂時(shí)間也較早，表明其開裂敏感性強(qiáng)于A3配合比混凝土，即說(shuō)明在其余條件相同的情況下，摻入纖維后可以提高混凝土的抗裂能力。（五）抗?jié)B性能按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗?jié)B性實(shí)驗(yàn)，表1中各配合比混凝土均能滿足S10要求。（六）結(jié)果分析由混凝土各配合比的物理力學(xué)性能、新拌工作性能、抗裂性能及抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果分析可知：（1）從各配合比混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度可以看出，隨水泥用量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)；當(dāng)水泥用量達(dá)到270kg/m3時(shí)以上，A2配合比即可滿足C35強(qiáng)度等級(jí)要求，水泥用量達(dá)到290kg/m3的A3配合比28d強(qiáng)度值有一定的富余量。對(duì)比A3、A6、B1、B2、C1和A5配合比，可以發(fā)現(xiàn)，在其余組分及比例相同的情況下，摻入纖維后對(duì)混凝土強(qiáng)度有一定作用效果，其中，摻入杜拉纖維和凱泰聚丙烯纖維可以較明顯提高混凝土的強(qiáng)度，特別是劈裂抗拉強(qiáng)度；但在本實(shí)驗(yàn)的混凝土配合比當(dāng)中，摻入凱泰粗仿鋼絲纖維、細(xì)仿鋼絲纖維及鋼纖維對(duì)提高混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度效果不太明顯。（2）隨著水泥用量的增加，新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失大致呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，同時(shí)摻入纖維之后對(duì)混凝土的新拌工作性能有一定的不利影響，從實(shí)際的新拌混凝土性狀判斷，摻入纖維之后混凝土坍落度和擴(kuò)展度有所降低，其中凱泰聚丙烯纖維和鋼纖維影響較大，杜拉纖維和仿鋼纖維等影響較小。但總體而言，通過(guò)調(diào)整用水量和高效減水劑品種和摻量，混凝土新拌工作性能能夠滿足泵送施工要求。（3）從表1各配合比的混凝土抗裂性能而言，可以發(fā)現(xiàn)纖維的摻入能夠起到較顯著的抗裂作用。除對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和工作性能產(chǎn)生影響外，纖維對(duì)混凝土基體的另外兩種作用分別是阻裂和增韌。鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高最大為18.4％，其次是凱泰聚丙烯纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高為13.2％，接著是杜拉纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高為10.5％，再次是仿鋼絲細(xì)纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高為7.9％，最后是仿鋼絲粗纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高為5.3％。在本實(shí)驗(yàn)中加速開裂的條件下，裂縫的發(fā)生及發(fā)展主要發(fā)生在1d前，從混凝土的總開裂面積、總開裂長(zhǎng)度、總開裂條數(shù)、裂縫平均開裂面積和裂縫降低系數(shù)這五個(gè)指標(biāo)來(lái)看，纖維混凝土比素混凝土有較大的提高。以素混凝土為基準(zhǔn)，杜拉纖維混凝土的裂縫降低系數(shù)η最高為0.99，屬于防裂效能等級(jí)的一級(jí)；其次是凱泰聚丙烯纖維混凝土，其裂縫降低系數(shù)η為0.98，也屬于防裂效能等級(jí)的一級(jí)；接著是鋼纖維混凝土，其裂縫降低系數(shù)η為0.80，屬于防裂效能等級(jí)的二級(jí)；再就是仿鋼絲細(xì)纖維，其裂縫降低系數(shù)η為0.61，屬于防裂效能等級(jí)的三級(jí)；最后是仿鋼絲粗纖維，其裂縫降低系數(shù)η為0.51，屬于防裂效能等級(jí)的三級(jí)。因此，綜合考慮混凝土的物理力學(xué)性能、工作性能、抗裂性能等，以及經(jīng)濟(jì)成本，建議采用表1中A3配方混凝土，即：序號(hào)水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)有機(jī)纖維(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(Wb%)A3165.5290140177710730.8抗裂混凝土的施工及養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從材料的角度提