早龄期高性能水泥基材料开裂机制试验研究

【摘要】：随着混凝土材料越来越广泛地应用于工程领域,高性能混凝土在拥有高工作性、高耐久性等优良性能的同时,由于高水泥用量、低水胶比导致的体积不稳定性,随之而来的结构早期开裂问题越来越严重。早龄期混凝土开裂问题已经成为导致混凝土结构性能劣化、影响其耐久性的重要原因。混凝土主要由水泥等胶凝材料将骨料、细砂等胶结而成,其早期开裂主要源于水泥凝胶体的收缩变形受到骨料、钢筋以及凝胶体自身的约束作用,裂缝主要产生于水泥砂浆基体内部及其与骨料的交界面处。因此,本文选择水泥砂浆作为主要研究对象,有效地研究水泥基材料的早期力学性能与收缩开裂机制。本文进行了早龄期砂浆试件抗折抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量的测试和分析,研究水胶比和掺入膨胀剂对基本力学性能的影响,同时通过改变水胶比、膨胀剂掺量以及不同水分干燥方向等方法探索砂浆的收缩变形规律,并对水泥砂浆试件的徐变性能进行了研究,得出结论:(1)降低水胶比会增大砂浆的强度、弹性模量以及收缩变形,而掺入膨胀剂能有效减少砂浆的收缩,不影响后期强度的发展,且限制水分干燥条件下的收缩变形减小;(2)降低水胶比减小了砂浆早期延伸性,掺入适量膨胀剂能增大其徐变松弛能力,对控制开裂敏感性有益。本文还使用圆环开裂装置测试了早龄期砂浆的抗裂性能,分析水胶比、膨胀剂以及不同约束度对水泥基材料开裂敏感性的影响,同时监测了圆环试件的温度发展状况,利用工业CT观测了圆环试件内部裂缝发展趋势。研究发现:(1)降低水胶比以及增大钢环厚度均会导致圆环试件提前开裂,而掺入适量膨胀剂能显著延长其开裂时间;(2)对砂浆环进行断层扫描,发现当收缩裂缝贯穿到圆环表面后,裂缝由内向外逐渐变宽。在进行圆环开裂试验时,还对给定水胶比的砂浆环试件进行了应变测量试验,除了利用传统的应变监测方法,还开发了一种利用埋入碳纤维丝应变片组合的手段来测量约束砂浆环的内部应变,试验结果表明:(1)使用内埋碳纤维丝应变片组合的手段测量砂浆环的内部应变是可行的,可以通过观察应变曲线上的突变和拐点来监测砂浆试件的开裂;(2)使用内埋应变片检测到的开裂时间要早于人工直接观察,证实了早龄期砂浆的内部开裂要早于外部开裂,同时这也说明在水泥基材料中埋设碳纤维丝应变片组合是一项较好的准确预警材料开裂的方法,能够监测到早期通过人工无法观测到的开裂现象。