机制砂混凝土早龄期热膨胀系数计算模型.docx

机制砂混凝土早龄期热膨胀系数计算模型StandardUsageofSoftwareinScientificSma11PaperJiTao,ZhouFeng(Co11egeofCivi1Engineering,FuzhouUniversity,Fuzhou,FujianProvince350108,China)Abstract:Atear1yagetherma1expansioncoefficient,whichisinqua1itativeana1ysisphase,on1ygivesthecurvesofconcreteatear1yagetherma1expansioncoefficientwithagedeve1opment,quantitativeana1ysistoo1itt1e,researchontheconcreteatear1yagetherma1expansioncoefficientformu1a,andevenfewer,sandConcreteofear1yagetherma1expansioncoefficientformu1ahasnotyetbeenputforward.SandConcreteear1yagetherma1expansioncoefficientformu1a,however,istoestab1ishmechanismssandear1yagecrackingmode1andpredictconcreteoncrackingofconcretefoundation,itisa1soveryimportant.Inthispaper,1stptsoftwaretofitonthethethreemechanismssandandanatura1sandconcreteear1yagetherma1expansioncoefficientofthetestdata,totrygivencoefficientoftherma1expansionformu1a,consideringtheage,thepowderashandfineaggregatecoefficientoftherma1expansionmechanismsandconcreteontherma1expansioncoefficientca1cu1ationformu1aforbetterfitting,subsequentresearchonsandConcreteofear1yagetherma1expansioncoefficient,withsomereference.Keywords:coefficientoftherma1expansion(CTE);manufacturedsand;stonepowder;ear1yage1前言目前国内外关于混凝土早龄期热膨胀系数的研究，大多处于定性分析阶段，只给出混凝土早龄期热膨胀系数随龄期发展曲线，而定量分析太少，关于混凝土早龄期热膨胀系数公式的研究，更是少之又少，机制砂混凝土早龄期热膨胀系数计算公式，尚未有人提出。然而机制砂混凝土早龄期热膨胀系数计算公式是建立机制砂混凝土早龄期开裂模型和预测混凝土早龄期开裂的基础，故又是十分重要的。本文采用IstOpt软件对三种机制砂和一种天然砂混凝土早龄期热膨胀系数试验数据进行拟合，尝试给出热膨胀系数计算公式，考虑龄期、石粉掺量和细骨料热膨胀系数对机制砂混凝土早龄期热膨胀系数计算公式的影响。2试验概况2.1 试验试样水泥采用福建炼石牌42.5R普通硅酸盐水泥，表观密度PC为3050kg粉煤灰采用宁德II级粉煤灰，表观密度PF为2120kgm粗骨料采用闽侯苏洋采石场所产碎石，参照建设用碎石卵石(GB/T14685-2011)",7.13.2.7.14.2规定的方法测得紧密堆积密度41为1540kgn?,饱和面干吸水率%为0.2%O细骨料采用一种闽江河砂和三种机制砂。将三种机制砂进行编号，分别为MSI、MS2、MS3。采用统一的颗粒级配如图1所示。使用摇筛机和0075mm方孔筛分别对三种机制砂进行筛分。收集小于0.075mm的筛下物，即为石粉。经EDAX能谱分析试验得知，MS1及其石粉母岩为纯石灰岩，MS2及其石粉母岩为凝灰岩，MS3及其石粉母岩为硅质石灰岩。外加剂为高效减水剂，采用福建建工建材科技开发有限公司生产的“建研”牌高效减水剂（缓凝型）。型号规格为TW4。减水率15%20%,推荐掺量为水泥的2.0%。混凝土拌合用水采用自来水，表观密度为1000kgm砂的表观密度按GB/T146842011进行测试；石子的表观密度按GB/T146852011,进行测试；石粉的表观密度按GB/T20894进行测试；砂石比表面积采用文献提供的方法进行测试，采用北京金埃谱科技有限公司生产的比表面积及孔径分布测试仪V-Sorb2800P测量石粉比表面积。测试结果见表1所示。表1表观密度与比表面积石子天然砂MS1MS2MS3MS1石粉MS2石粉MS3石粉表观密度（kgm3）26702620270327202700273627632732比表面积（fkg）0.39590.71144.18117.07122.89531559582余)条图1统一采用的筛分曲线2.2 试验方案2.2.1 试件及浇筑模具采用波纹管作为浇筑模具测量混凝土早龄期热膨胀系数，波纹管实物如图2(a)所示。图2浇筑模具各组成部件波纹管具有如下优点961：1 .由于波纹管的形貌效应，波纹管在很小力作用下，便容易伸缩，和圆柱型或长条形模具相比，波纹管对混凝土的自由膨胀与收缩阻碍较小。2 .波纹管和内部水泥基材料易为同一变形整体，且波纹管厚度仅为0.2m左右，无须考虑波纹管试模的温度膨胀系数造成的变形对水泥基材料变形的影响。3 .由于波纹管厚度只有0.02mm,导热时间也就大大减短，不会阻碍热量的传导，符合试验温度变化周期所要求的条件。4 .波纹管密封性极好，避免了外界湿度的影响。此外按照横截面积可把试件分为大试件和小试件：横截面积在dcm?左右的都属于小试件，横截面积在425cm2属于中试件，横截面积在25c)2以上的都属于大试件。危鼎发现中、小试件的“滞后变形”都非常明显，这可能与小试件变温速率快、内部较易发生很大湿度变化有关。在工程实际中构件的变温速率都较小，且由于水泥基材料的渗透性很小实际构件中的湿度一般也不易发生较大变化，因此虽然中、小试件比较容易实现试件温度的变化与变形的测量,但大试件在温度变化时表现出来的性状更接近于实际构件的真实情况且基本没有“滞后变形”。因此本文使用长度为50cm,直径为IOCm的波纹管试件进行试验。为了密封住波纹管两端，加工直径为IoOmm左右，厚度为2mm左右的圆形铁片，在铁片的一面圆心处焊一根长为80m,带螺纹的铁棒，如图2(b)所示，这样浇筑时铁片能插入刚拌好的混凝土内，使得铁片和波纹管能形成一个整体；在铁片上钻一个小孔，便于热电偶线的穿入，把热电偶线焊锡块那端缠在铁棒上，装入波纹管底部，如图2(c)所示。同时，由于波纹管较软，在混凝土浇筑过程中，会发生侧向弯曲，为防止这一情况发生,加工制作了直径为I1omnb长度为50OmnI的不锈钢圆管，如图2(d)所示。2.2.2 试验装采用自主研发设计的装置测量机制砂混凝土早龄期热膨胀系数，装置如图3所示。350<600350<b)IT剖面图(a)俯视图(c)2-2剖面图3自制的波纹管装置示意图(单位：mm)2.2.3 试验步骤1 .采用直径为IOOnIm的波纹管，截取其长度为500mm。2 .把热电偶线焊锡块那端缠在铁棒上，装入波纹管底部，如图2(c)所示。3 .将波纹管和铁片装入不锈钢圆管(图2(d)内，放置于振动台上，然后把拌好的混凝土分批次装入波纹管内，具体操作方法为：波纹管内混凝土每升高5cm,插入捣棒，沿螺旋方向从外向中心均匀插捣25次以保证混凝土密实；当拌好的混凝土装至波纹管中部时，另取条热电偶线，将热电偶线焊锡块那端插入波纹管圆心附近，埋好，再接着装填混凝土；最后当拌好的混凝土快装满至波纹管顶部时，再取一根热电偶线，把热电偶线焊锡块那端埋入波纹管圆心附近，继续装填混凝土至填满波纹管，将中部和端部埋入的热电偶线，都穿过圆形铁片的小孔，然后将铁片带螺纹铁棒那面，插入混凝土内，盖住波纹管。用手扶住不锈钢圆管并使波纹管混凝土试件保持不动，开启振动台振动，进一步让试件密实。把试件两端用保鲜膜包住，用橡皮筋箍住保鲜膜达到密封波纹管试件的效果。4 .把装有试件的不锈钢圆筒平放，抬入试验室内，把试件从圆筒内推出，在开始试验前测量试件长度1o将波纹管混凝土试件吊起放入铁箱内。5 .用位移传感器顶住波纹管混凝土试件两端，用铁块固定住位移传感器，每2分钟记录一次位移传感器数值。把热电偶线接入温度采集箱，每2分钟记录一次温度值。6 .在铁箱上方盖上铁板，插上电炉和摆头风扇插头，进行升温，拔掉电炉插头，即进行降温。7 .由电脑自动采集记录试件温度及位移数据，假设t1时刻试件内部温度为T1,试件两端位移传感器记录的位移为Sr52；G时刻试件内部温度为心，试件两端位移传感器记录的位移为邑、则根据式(1),即可测得试件各时段的热膨胀系数。1_(S3-S)+(S4-S?)ex-=(1)CAT1(T2-Ti)12.3试验配合比基于最少浆体理论设计的试验配合比如表2所示。表2试验配合比(单位:kgm3)编号水泥砂子普通石子粉煤灰石粉水减水剂A1353652113239.19701827.056B1383567116442.52801977.655B2368567116443.78826.2731927.356B3352567116445.14154.1701867.042B4336567116446.60083.8801806.710C1372606115541.35301927.443C2358606115542.58925.5541877.155C3343606115543.91952.7021816.851C4327606115545.35281.6331766.531D1376590115841.72901937.511D2361590115842.96325.7781887.218D3345590115844.29053.1481836.909D4I329I590I115845.71982.2941776.5833试验结果3.1 初凝时间和抗压强度各组试件初凝时间如表3所示，抗压强度如表4所示。表3各组试件初凝时间编号初凝时间(min)编号初凝时间(min)B1529C1522B2520C2537B3507C3531B4504C4534D1533D2528D3519D4511