一种水泥基材料抗裂性能评价方法

摘要

本发明涉及一种水泥基材料抗裂性能评价方法，所述的评价方法是：首先将待评价水泥基材料进行抗裂性能测试及力学性能测试。然后由测得的内环应变计算水泥基材料环环向拉应力，由测试得的力学性能拟合出随时间变化的水泥基材料抗拉或抗折强度。绘制出水泥基材料环环向拉应力与抗拉或抗折强度比值曲线，根据规定龄期该曲线的发展趋势和曲线包围的面积来对水泥基材料抗裂性能进行快速且正确的评价。

权利要求

1.一种水泥基材料抗裂性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照水泥基材料抗裂性能测试方法，进行水泥基材料环的浇注和内环应变数据的采集，所述水泥基材料抗裂性能测试方法是用一种水泥基材料抗裂性能测试装置测试水泥基材料抗裂性能的方法，该水泥基材料抗裂性能测试装置包括变形感应装置、应变仪和计算机，所述的变形感应装置上设有应变片，所述的应变片经导线与应变仪相连接，所述的应变仪经导线与计算机相连接；具体实现步骤如下：首先制作贴有应变片的变形感应装置，然后在所述的变形感应装置的内环、外环和底板间浇注水泥基材料环，经养护后拆去外环，采用防水材料密封水泥基材料环的上表面，并将它置于温度为20±2°C和湿度为20%～

70%的环境中，再将所述的应变片与应变仪相连接，将应变仪与计算机相连接，采用安装有检测专用软件的计算机自动实时采集应变片传来的数据，以进行检测工作；

（2）测试水泥基材料试件3d、7d、14d及28d的抗拉或抗折强度，水泥基材料试件与水泥基材料环同时成型，同时拆模，同条件养护；

（3）由步骤（1）采集的内环应变数据，计算随时间变化的水泥基材料环环向拉应力σθc(t)；

（4）由步骤（2）测得的抗拉或抗折强度数据，拟合出随时间变化的水泥基材料的抗拉或抗折强度ft(t)；

（5）由步骤（3）和步骤（4）中求解的σθc(t)和ft(t)，绘制Ft(t)曲线，Ft(t)=σθc(t)ft(t)；

（6）根据曲线进行评价，所述曲线上升的水泥基材料抗裂性能好于曲线水平的，曲线水平的水泥基材料抗裂性能好于曲线下降的；如果规定龄期曲线的发展趋势相似，比较规定龄期Ft(t)曲线包围的面积，包围的面积较大的，水泥基材料的抗裂性能较差。

2.根据权利要求1所述的水泥基材料抗裂性能评价方法，其特征在于：所述规定龄期Ft(t)曲线包围的面积通过对Ft(t)曲线进行积分得到。

3.根据权利要求2所述的水泥基材料抗裂性能评价方法，其特征在于：Ft(t)曲线包围的面积反映水泥基材料环的损伤程度，用于进一步判断混凝土的抗裂性能。

4.根据权利要求1所述的水泥基材料抗裂性能评价方法，其特征在于：对于混凝土，所述规定龄期为14天或28天；对于砂浆，规定龄期为7天或14天。

说明书

一种水泥基材料抗裂性能评价方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，更具体涉及水泥基材料抗裂性能评价方法。

背景技术

[0002] 水泥基材料包括混凝土和砂浆等，因其本身诸多优点，成为当今世界使用最普遍的建筑材料。然而，水泥基材料在养护和硬化过程中会产生收缩，当收缩受到约束时会产生拉应力，当拉应力超过其抗拉强度时，会出现开裂现象。水泥基材料一旦开裂，外界有害物质会侵入水泥基材料内部，造成材料劣化或钢筋锈蚀，从而影响结构的安全性和耐久性。

[0003] 大量的工程实践证明，水泥基材料（如“混凝土”）结构中的裂缝（或微裂纹）是不可避免的，最为重要的是应该正确认识裂缝的性质、扩展趋势和危害程度，并根据工程需要和结构所处的环境，对水泥基材料裂缝进行很好的预测和控制。因此，正确地了解、测试，评价水泥基材料抗裂性能，亦是确保建筑物安全性和耐久性的重要前提。

[0004] 关于水泥基材料抗裂性能评价方法，以混凝土为例，目前国内外有多种，但各个指标只是从某些方面反映混凝土抗裂性能的大小，每个指标都存在着一定的不足与局限性。现有的平板法和开裂环法存在的问题是裂缝分散不集中，无法在规定时间内对水泥基材料的抗裂性能进行正确评价。因此，目前国内外至今还没有较为统一的水泥基材料抗裂性能的评价方法。有关研究单位，检测单位，各商品混凝土厂家及工程施工单位都迫切需要一种能够简易且准确评价水泥基材料抗裂性能的方法。

[0005] 专利ZL 200610069124.0提出了一种带隔板的水泥基材料抗裂性能测试装置及其测试方法，解决了裂缝分散不集中的问题，但配套的水泥基材料抗裂性能评价方法有待于进一步发明创造。

发明内容

[0006] 本发明基于发明专利“水泥基材料抗裂性能测试装置及其测试方法”（专利号：ZL200610069124.0，公开号为：CN1932512），本发明提出一种新的水泥基材料抗裂性能的评价方法，用于对水泥基材料（如混凝土和砂浆等）的抗裂性能进行快速且正确的评价。

[0007] 本发明采用以下方法实现：一种水泥基材料抗裂性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0008] （1）按照专利公开号为CN1932512的水泥基材料抗裂性能测试方法，进行水泥基材料环的浇注和内环应变数据的采集；

[0009] （2）测试水泥基材料3d、7d、14d及28d的抗拉或抗折强度，测试试件与水泥基材料环同时成型，同时拆模，同条件养护；

[0010] （3）由步骤（1）采集的内环应变数据，计算随时间变化的水泥基材料环环向拉应力 ；

[0011] （4）由步骤（2）测得的数据，拟合出随时间变化的水泥基材料的抗拉（或抗折）强度 ；

[0012] （5）由步骤（3）和步骤（4）中求解的 和 ，绘制 ( =)曲线；

[0013] （6）根据曲线进行评价，所述曲线上升的水泥基材料抗裂性能好于曲线水平的，曲线水平的水泥基材料抗裂性能好于曲线下降的；如果规定龄期曲线的发展趋势相似，比较规定龄期 曲线包围的面积，包围的面积较大的，水泥基材料的抗裂性能较差。

[0014] 所述步骤（2）中，水泥基材料的抗拉（或抗折）强度测试方法按本行业的标准进行，本行业的人员均应熟悉。

[0015] 所述步骤（3）中，可按式（1）计算随时间变化的水泥基材料环环向拉应力 。

[0016] (1)

[0017] 式中： —水泥基材料环环向拉应力； —内环弹性模量； —内环应变； —内环厚度； —水泥基材料环厚度。

[0018] 所述步骤（6）中，对于混凝土，规定龄期为14天或28天；对于砂浆，规定龄期为7天或14天。

[0019] 所述步骤（6）中， 曲线包围的面积反映水泥基材料环的损伤程度。水泥水化使水泥基材料产生收缩，当收缩受到内环约束时，水泥基材料内部微裂缝产生。因此，水泥基材料的损伤是随时间累计的；曲线包围的面积较大的，说明水泥基材料环环向拉应力与水泥基材料抗拉（或抗折）强度较接近，其损伤较严重，抗裂性能较差。

[0020] 本发明水泥基材料抗裂性能评价方法的优点：

[0021] （1）适用于水泥基材料，尤其是混凝土材料，评价结果对工程应用具有实际意义。

[0022] （2）采用该技术能对水泥基材料（如混凝土和砂浆等）抗裂性能进行快速且正确评价，能将建筑结构的事后修补变为事前的预测，减少开裂风险，提高建筑结构的使用寿命，具有非常好的经济效益和社会效益。

[0023] （3）所提出的方法简便易行，准确可靠，能在规定龄期内对水泥基材料的抗裂性能进行快速评价。

附图说明

[0024] 图1至图6分别对应为C30Ⅰ、C30Ⅱ、C40Ⅰ、C40Ⅱ、C50Ⅰ和C50Ⅱ内钢环采集的应变数据示意图。

[0025] 图7至图12分别对应为C30Ⅰ、C30Ⅱ、C40Ⅰ、C40Ⅱ、C50Ⅰ和C50Ⅱ混凝土环环向拉应力数据示意图。

[0026] 图13至图18分别对应为C30Ⅰ、C30Ⅱ、C40Ⅰ、C40Ⅱ、C50Ⅰ和C50Ⅱ混凝土抗拉强度示意图。

[0027] 图19至图24分别对应为C30Ⅰ、C30Ⅱ、C40Ⅰ、C40Ⅱ、C50Ⅰ和C50Ⅱ随龄期变化的 值曲线图。

具体实施方式

[0028] 下面以混凝土材料的具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

[0029] 实施例1

[0030] 1．试验原材料

[0031] P.O42.5水泥（炼石牌）、闽江河砂（细砂）、石子（福清砂石厂）、粉煤灰（华能电厂Ⅱ级粉煤灰）、减水剂（福建创先工程材料有限公司CX-8聚羧酸减水剂）、水。

[0032] 2．混凝土配合比

[0033] 所设计的混凝土配合比见表1，分为掺粉煤灰组(Ⅰ组)和不掺粉煤灰组(Ⅱ组)，强度等级为C30、C40和C50。比如，C30Ⅰ是指掺粉煤灰，且强度等级为C30的混凝土。

[0034] 表1 混凝土配合比

[0035])%(
率砂 73 73 53 53 33 33
比胶水 35.0 35.0 24.0 24.0 53.0 53.0
3 )
m/gk
(
剂水 70 78 88 26 56 43
减 .3 .2 .3 .3 .4 .4
3 )m/g
k(石 0421 5321 5321 6221 0321 5121
3 )m
/gk(砂 307 627 436 066 865 995
3 )m/g
k(
灰
煤粉 27 0 19 0 901 0
3 )m/
gk(水 251 251 251 251 251 251
3 )m
/gk(
泥水 532 782 792 263 653 434
Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ
号编 03C 03C 04C 04C 05C 05C

[0036] 3．试件制作

[0037] 采用专利ZL 200610069124.0的方法进行开裂试验及内钢环应变数据采集。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)方法制作标准试件，测试其3d、7d、14d、28d劈裂抗拉强度。内钢环采集的应变数据如图1至图6所示，劈裂抗拉强度见表2。

[0038] 表2 混凝土劈裂抗拉强度 (MPa)

[0039]编号 3d 7d 14d 28d
C30Ⅰ1.66 2.10 2.33 3.17
C30Ⅱ2.26 2.58 2.51 3.19
C40Ⅰ2.26 2.51 3.26 3.21
C40Ⅱ1.95 2.93 3.03 3.43
C50Ⅰ2.68 3.05 2.79 3.21
C50Ⅱ2.81 3.16 3.14 3.42

[0040] 4．根据采集到的内钢环应变（简称“应变”，单位为 ），如图1所示，利用公式，可求解混凝土环环向拉应力（简称“应力”），如图7至图12所示。在图1至图6中，1、2、3、4表示4个应变测点，从图1至图6中可以判断1、4为距隔板较近的两测点。在本实施例中，取1、4两点应变的平均值进行计算。

[0041] 5．由表2中的实测数据，采用matlab软件拟合出随时间变化的水泥基材料的劈裂抗拉强度 （简称“抗拉强度”），如图13至图18所示。

[0042] 6.结果计算

[0043] 利用origin软件画出 曲线，如图19至图24所示。规定龄期为28天，28天时曲线的变化趋势及包围面积如表3所示。

[0044] 表3 抗裂性能评价

[0045]混凝土 28天时曲线变化趋势 28天包围面积（d）
C30Ⅰ 降 11.725
C30Ⅱ 升 8.584
C40Ⅰ 降 7.906
C40Ⅱ 升 11.497
C50Ⅰ 升 8.547
C50Ⅱ 降 14.098

[0046] 6.混凝土抗裂性能评价

[0047] （1）比较C30Ⅰ和C30Ⅱ可知，C30Ⅰ的28天时曲线变化趋势为降，而C30Ⅱ的28天时曲线变化趋势为升。因此C30Ⅱ的抗裂性能优于C30Ⅰ的。

[0048] （2）比较C40Ⅰ和C40Ⅱ可知，C40Ⅰ的28天时曲线变化趋势为降，而C40Ⅱ的28天时曲线变化趋势为升。因此C40Ⅱ的抗裂性能优于C40Ⅰ的。

[0049] （3）比较C50Ⅰ和C50Ⅱ可知，C50Ⅰ的28天时曲线变化趋势为升，而C50Ⅱ的28天时曲线变化趋势为降。因此C50Ⅰ的抗裂性能优于C50Ⅱ的。

[0050] （4）比较C30Ⅰ、C40Ⅰ和C50Ⅰ可知，C30Ⅰ和C40Ⅰ的28天时曲线变化趋势为降，而C50Ⅰ的28天时曲线变化趋势为升。因此C50Ⅰ的抗裂性能优于C30Ⅰ和C40Ⅰ的。C30Ⅰ的28天包围面积11.725 d，大于C40Ⅰ的7.906 d，因此，C40Ⅰ的抗裂性能优于C30Ⅰ的。所以，按抗裂性能从高到低的排序为C50Ⅰ＞C40Ⅰ＞C30Ⅰ。

[0051] （5）比较C30Ⅱ、C40Ⅱ和C50Ⅱ可知，C30Ⅱ和C40Ⅱ的28天时曲线变化趋势为升，而C50Ⅱ的28天时曲线变化趋势为降。因此C30Ⅱ和C40Ⅱ的抗裂性能优于C50Ⅱ的。C30Ⅱ的28天包围面积8.584 d，小于C40Ⅱ的11.497 d，因此，C30Ⅱ的抗裂性能优于C40Ⅱ的。所以，按抗裂性能从高到低的排序为C30Ⅱ＞C40Ⅱ＞C50Ⅱ。