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1、福州大学实验报告课程名称：实验名称：碱矿渣混凝土抗裂性能评价学院：土木工程学院一、实验目的1 .了解混凝土抗裂仪的工作原理，掌握混凝土抗裂检测和评价方法，评定混凝土抗裂性能。2 .掌握混凝土抗裂实验方法。二、仪器（1）新型环形约束收缩测试装置，主要由内钢环、外钢环、应变片和底板组成。装置图如图IT所示。（2）混凝土环形试件养护，主要控制其温度和湿度。（3）应变采集系统，主要包括应变采集仪、电脑和一定量的数据采集电缆线。主要为了采集内钢环处的应变数据。混凝土抗裂测试仪的相关实物贴片如图3-1所示。2(2%)(a)平面图（b）剖面图图1-1新型环形约束收缩实验装置三、实验内容3.1实验步骤（1）实
2、验前，为了保证内外钢环和底板与混凝土环的接触面光滑，对其进行抹油处理。并组装新型环形约束收缩测试装置。（2）将新拌混凝土浇筑于内外两个钢环之间，利用十字型临时固定工具来保证浇捣混凝土时内外环同心且不偏离底板，在浇筑混凝土环形试件的同时浇筑混凝土立方体抗压实验试块，为计算混凝土任一龄期试件劈裂抗拉强度做准备。（3）混凝土环成型后，调节试验室内的温湿度，温度设定为20,湿度设定为60%,开启应变采集系统进行应变采集。电脑程序里设置每30分钟采集一次数据。（4）24h后拆去外环，同时采用石蜡密封混凝土环的上表面和侧表面。（5）观察混凝土裂缝的产生和发展情况。（6）抗裂实验龄期结束后，采用应变采集系统
3、采集出的应变数据，根据公式（1）,求得混凝土环形试件内测点1和测点2处的拉应力。%,=2%,=华LGS（3-1）hc%式中：he试件厚度，hc=40mm；hst内钢环的厚度，hxl=12mm；Est内钢环弹性模量，为195GPa;加内钢环内表面应变，由应变采集系统测试得到。（7）绘制出混凝土的应变及应力曲线图，以观察混凝土应变及应力发展趋势，从而为混凝土抗裂性能评价做准备。3.2实验参数3.2.1碱激发剂NaOH由北京康普汇维科技有限公司生产，为颗粒状，纯度为99虬Na2SO采用上海埃彼化学试剂有限公司生产的无水硫酸钠，为颗粒状，纯度为99%。Na2SiO3采用液体水玻璃，Na2SiO3固体含
4、量为33.7%,其中SiCh含量为25.86%,NazO含量为7.84%。模数为3.3。3.2.2配合比本试验是针对碱矿渣混凝土的抗裂性能试验，变化参数是水玻璃的模数M（M=I.0、1.5、2.0）,研究水玻璃模数对碱矿渣混凝土抗裂性能的影响，借此试验了解抗裂性能试验的试验方法和混凝土抗裂性能的评价。本试验控制水玻璃的固体含量为12kgm3,并且考虑水玻璃里的含水量，碱矿渣混凝土配合比设计如下表3-1。表3-1碱矿渣混凝土配合比编号水泥石子砂水JZS4801157607168编号Na2SO4水玻璃矿渣水泥石子砂水JFLO3628.59408241157607151.41编号Na2SO4水玻璃矿
5、渣水泥石子砂水JF1.53631.22408241157607148.78编号Na2SO4水玻璃矿渣水泥石子砂水JF2.03632.97408241157607147.03单位：kgm33.2.3调配激发剂本试验使用NazSOi与水玻璃为复合激发剂，改变水玻璃的模数对混凝土工作性与强度的影响。按照试验所需的模数，通过NaOH进行调模。具体水玻璃调模所用NaOH的量如下表。表3-2水玻璃调模参数初始模数M=3.3模数M=LO模数M=L5模数M=2.0NaOH掺量/g0232.67121.3965.75固体含量33.7%41.97%38.44%36.4%含水量66.3%58.03%61.56%63
6、.60%3.2.4抗裂环尺寸本试验的内钢环厚度为12mm,具体尺寸如下表注：所配水玻璃容量为IoOOn11。表3-3抗裂环尺寸设计hst(mm)2rec(mm)2友(2%)(mm)H(mm)个数123953151003内钢环上的应变片贴片方式如图T所示，沿环高度方向在中间贴片，且在环的某处和对侧处分别都贴片，并涂上石蜡，防止浇筑的混凝土粘在应变片上，导致应变片测量的失效。图37应变片贴片方式四、实验结果4.1试验中的混凝土如图所示(a)整体拆模前(b)整体拆模后（c）采集系统（d）采集箱图4-1混凝土试验图示4.2试验数据分析4.2.1应变和应力（a）应变图（b）应力图图4-2应变图和应力图4
7、.2.2混凝土劈裂抗拉强度如下表。表4-1混凝土劈裂抗拉强度（MPa）编号时间（才八、JZSJFlJF1.5JF231.862.122.712.8772.012.292.893.22142.092.383.013.49282.232.893.123.84表4-2混凝土劈裂抗拉强度拟合计算结果组别拟合函数系数R（相关系数）JZSy=p1+p2*x+p3*x2.5+p4xP1=2.100854576P2=0.001588669P3=2.68E-05P4=-0.7381132931JFlP1=2.533243362P2=-0.015945466P3=O.OOO2O3137P4=-1.10572065
8、11JFl.5P1=2.90975525449137P2=0.0120536553824293P3=-2.46e-5p4=-0.7065985955691561JF2Pl=3.210571395P2=0.02771845P3=-2.44e-05P4=-1.2700379721（a）劈裂抗拉强度散点图（b）拟合劈裂抗拉强度图 图4-3劈裂抗拉强度图4.2.3抗裂评价指标混凝土开裂系数中用到的为混凝土的抗拉强度，而实际直接测得混凝土的抗拉强度较为困难。劈拉强度常用来反映混凝土的抗拉性能，劈拉强度与抗拉强度相比，更容易由试验测得，故可用混凝土的劈拉强度代替抗拉强度，重新定义开裂系数与抗裂评价指标。采
9、用劈拉强度代替抗拉强度，重新定义的混凝土开裂系数与抗裂评价指标的计算公式如式（4-1）与式（4-2）所示。(4-1)(4-2)式中：4（0混凝土在龄期，时的劈拉强度。混凝土的开裂系数乙与龄期，间的关系示意图如错误!未找到引用源。-4所示（这里不考虑在早期由于温度变化而引起的开裂系数数值的下降）。第四种情况第三种情况第二种情况第种情况图4-4开裂系数或（。与龄期，间的关系收缩环试验中，混凝土的开裂系数可能出现以下几种情况：1、在初始阶段，混凝土开裂系数随龄期不断增大，在某一龄期/时，混凝土达到极限开裂状态，开裂系数达到最大值，然后突然出现垂直下降段，降至为O左右。这时混凝土已经开裂，且开裂之后基
10、本不再能承受拉应力的作用。2、在初始阶段，混凝土开裂系数随龄期不断增大，在某一龄期，时，混凝土达到其极限开裂状态，开裂系数出现垂直下降段，但开裂系数并不直接降至0,而是在下降一段后不再快速降低，之后仍能继续承受一定的拉应力。3、在初始阶段，混凝土开裂系数随龄期不断增大，在某一龄期f时，混凝土达到极限开裂状态，开裂系数达到最大值，但混凝土裂缝的展开过程很缓慢，开裂系数随龄期f的变化曲线在达到峰值以后缓慢下降，在裂纹展开的过程中仍能承受较大的拉应力。4、在整个试验周期内，混凝土开裂系数都小于对应龄期的极限值，整个试验周期内开裂系数仅存在上升段。从上述分析可知，在收缩环试验中，混凝土的开裂一般出现上
11、述四种情况。发生第一种情况，即混凝土突然开裂，并且开裂系数降至为0,发生这种情况的混凝土在达到极限开裂状态时，混凝土对裂缝的开展基本无任何抑制作用，抗裂性能最差。发生第二种情况，即混凝土突然发生开裂，开裂系数突然下降，但不会降至为0,混凝土仍承受一定的拉应力，发生第二种情况的混凝土达到极限开裂状态时，对裂缝的开展抵抗作用较小，但不至于开裂后完全裂开，形成贯通裂缝，抗裂性能较差，但好于第一种情况的混凝土。发生第三种情况，即混凝土达到极限开裂状态时，混凝土对裂缝的展开具有较强的抵抗作用，裂缝开展的过程很缓慢，开裂系数缓慢降低，裂缝的展开过程能够吸收较多的能量，故抗裂性能较好，优于第一与第二种情况的
12、混凝土。发生第四种情况，即混凝土在整个试验周期内仍未达到极限开裂状态，混凝土开裂的可能性最小。采用面积法抗裂性能评价方法时，按下述方法进行评价：1、环向拉应力仅存在上升段的混凝土的抗裂性能优于出现垂直下降段的混凝土。2、开裂系数出现垂直下降段的龄期相同时，残余开裂系数(开裂系数垂直下降后，混凝土中剩余的环向拉应力与劈拉强度的比值)越大，对应混凝土的抗裂性能越好。3、开裂系数仅存在上升段时，14d龄期时的抗裂评价指标4(14)越小，则抗裂性能越好。4、开裂系数不出现突然垂直下降段的混凝土的抗裂性能优于出现垂直下降段的混凝土。开裂系数出现缓慢下降段的混凝土，比较Md龄期抗裂评价指标4(14)的大小
13、，4(14)越大，对应的混凝土的抗裂性能越好。4.2.4抗裂评价结果t(d)(c)FHT、FHSJZT和JZS开裂系数随时间变化图图4-5开裂系数乙与龄期f间的关系碱激发矿渣混凝土与普通水泥混凝土的应力应变发展情况差异甚大。1）在普通水泥混凝土中，JZS组的应力应变以及开裂系数发展规律都相似,随着时间上升，混凝土开裂系数都小于对应龄期的极限值，在14天内开裂系数仅存在上升段。抗裂性能较碱矿渣混凝土的好；2）在碱矿渣混凝土中，JFl组,JFl.5组和JF2组的应力应变以及开裂系数随着时间的变化都是先有上升段，然后缓慢下降。在开裂系数随时间变化图中得知其发展规律属于第三种，即混凝土达到极限开裂状态
14、时，混凝土对裂缝的开展具有较强的抵抗作用，裂缝开展的过程很缓慢，开裂系数缓慢降低，裂缝的展开过程能够吸收较多的能量，故抗裂性能较好。而4）值：JFl组JF1.5组JF2组,根据判断标准中并没有说明第三种的情况，但是根据吸收的能量大小相比，抗裂性能：JFI组JF1.5组JF2组。3）普通混凝土与碱矿渣混凝土的应力应变以及开裂系数的发展规律都不一样。普通混凝土中，环向拉应力仅存在上升段，而碱矿渣混凝土却在达到一定值以后缓慢下降，故碱矿渣混凝土的抗裂性能比普通混凝土差,且水玻璃模数越大,碱矿渣混凝土的抗裂性能越差。五、心得体会通过这个实验，让我更加了解混凝土抗裂系统，对混凝土的抗裂性能评价理解更深。在这个实验中，要先贴好应变片，接线到应变采集箱并接入应变采集系统，这是由于碱矿渣混凝土本身凝结时间很短，所以要先贴片后浇筑混凝土。在浇筑混凝土环过程中，发现几个需要注意的地方
