约束条件下混凝土开裂性能哑铃型测试方法研究

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发布时间：2021-09-05

资料介绍

约束条件下混凝土开裂性能哑铃型测试方法研究
刘岩，王培铭。，郭延辉。
(1．中国民航机场建设集团公司，北京100101；2．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，
上海200092；3．中国建筑科学研究院；北京100013)
摘要：在分析对比国内外混凝土开裂性能测试方法的基础上，研制了哑铃型混凝土开裂性能测试
仪．该测试仪采用应力发生器诱导混凝土试件快速产生裂缝，能快捷准确地评价混凝土材料开裂
性能．与现有的约束条件下混凝土开裂性能测试方法(板式约束法、圆环约束法等)对比后发现：哑
铃型混凝土开裂性能测试方法具有敏感性强、准确性高、测试周期短、工程应用简便等特点．
关键词：开裂；应力诱导；哑铃法；平板法；圆环法
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1007—9629．2011．05．023
Study on New Test M ethod for Concrete Cracking Resistance
under Constraint Condition
LIU Yan ， W AN G Pei—ming ， GUO Yan—hui。
(1．China Airport Construction Group Corporation of CAAC，Beijing 100101，China；2．Key Laboratory of Advanced
Civil Engineering Materials of Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 200092，China；
3．China Academy of Building Research，Beijing 100013，China)
Abstract：A dumbbell test device for evaluating the anti—cracking performance of concrete material under
constraint conditions was developed based on comparison of domestic and overseas anti—crack test methods
of concrete．This dumbbell test technology can help quickly and accurately evaluate the anti—cracking per—
formance of concrete material with the device of stress riser to quickly induce cricks．Compared with exist—
ing two test methods for testing anti—cracking performance of concrete(ring method and slab test method)
the dumbbell method has several advantages，such as good sensitivity，high accuracy，short testing cycle
and convenient operability．
Key words：crack；stress riser；dumbbell method；slab method；ring method
测试混凝土在约束条件下的变形性能，更能接
近混凝土在实际工程中的使用状况．目前国家标准
中尚无评价混凝土材料在约束条件下开裂性能的统
一测试方法；各国对混凝土开裂性能的测试方法尚
处于试验阶段，并未形成统一的标准[1]．
混凝土在约束条件下开裂性能的测试方法主要
有平板法、圆环法和棱柱体法．这些方法能够解决一
定的问题，但存在不足．平板法最早由Kraai于1985
年发明 ]，存在的主要问题是裂缝产生的无规律性
而使其量化与后期处理方面存在不足，从而无法精
确评价混凝土开裂情况．圆环法的主要问题是测试
时间长、敏感性差．棱柱体法存在的主要问题是不便
于进行现场检测，且仪器灵敏度要求高，造价较高．
针对上述不足，本课题研制了一种约束条件下
评价混凝土开裂性能的新型测试方法—— 哑铃型混
凝土开裂性能测试方法，为评价混凝土材料的开裂
性能提供了快捷的方法，便于现场工地进行实际模
拟试验．
收稿日期：2010—05—17 修订日期：2010-07—29
基金项目：中国民用航空局科技项目(MHRD2009206)
第一作者：刘岩(1978一)，男，辽宁沈阳人，中国民航机场建设集团公司高级工程师，博士．E—mail：tjdoc@tom．corn
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第5期刘岩，等：约束条件下混凝土开裂性能哑铃型测试方法研究 695
1 哑铃型混凝土开裂性能测试方法
本文研制的哑铃型混凝土开裂性能测定仪(见
图1)，基本原理是使试模本身带有应力裂缝发生
器，对被测材料实施有效的开裂诱导，并且在端部对
混凝土试件提供约束，使混凝土试件产生开裂．经过
多次试验证实，在其他试验条件相同的情况下，该方
法能使混凝土试件快速开裂．
(b)Section
图1 哑铃型混凝土开裂性能测定仪
Fig．1 Dumbbell device with stress risers for concrete
crack test
试模为全钢制材料，由两侧固定端与中间可调
应力发生器两部分组成．可调应力发生器角度可以
在一定范围内自由调节，由此选择最适合的角度，角
度太大会使混凝土试件尺寸过窄，失去材料代表性；
角度太小会影响试件的敏感性，因此该角度需要在
满足混凝土最大粒径要求的前提下进行多次调节测
试，直至调节到敏感性最强的角度．最佳角度确定
后，将各部分固定，即可进行开裂性能试验．混凝土
浇入试模后，在应力发生器的诱导下，试件在中间两
侧产生应力集中，试模两端则提供轴向约束．混凝土
收缩时，受到来自应力发生器和试模端部的约束，当
收缩应力大于混凝土抗拉应力时，试件即出现开裂．
因此，本方法适用于混凝土早期的开裂性能
评价，敏感性强，快捷准确，并方便在施工现场
使用．
2 新测试方法的机理分析
由约束条件下试件收缩时的受力分析(见图2)
可知，混凝土浇筑后在干燥环境下产生收缩，在收缩
作用力下，A点处，中央应力发生器一侧AB及AC
两表面上分别对混凝土试件产生反作用力F 和
F ，方向均垂直于表面；另一侧A 点处，A B 及A
C 两表面上分别对混凝土试件产生反作用力F
和F2 ．
图2 约束条件下试件收缩时的受力分析图
Fig．2 M echanical analysis of shrinkage of the specimen
under restriction
将应力发生器两侧的A 点与A 点的受力按照
力学三角形进行分解，如图3所示．由图3可知：
F1一F1H+ F1v (1)
F1 一F1H + F1v (2)
F2一F2H+ F2v (3)
F2 一F2H + F2v (4)
图3 A 点与A 点的受力分析
Fig．3 M echanical analysis of A point and A point
显然，当混凝土材料收缩时，应力发生器顶端A
点处的混凝土在收缩产生的作用力下，受到左右两
个方向相反的水平力F 和F 及垂直方向的F 、，
和F 、，的作用，故应力发生器顶端A 点存在应力集
中，属最危险点．
同理，A 点也为最危险点．由此可见，在应力发
生器的诱导以及端部约束下，试件的裂缝为单道裂
缝，走向贯穿A—A ，这样就可使裂缝观测和数据测
量更为方便快捷．