钢筋对混凝土收缩性能抑制作用试验研究
【摘 要】本论文分析总结现有的自由收缩、约束收缩试验方法的基础上，通过配筋混凝土构件早期约束收缩性能的试验，分析钢筋约束在早期对混凝土收缩变形的影响，研究钢筋对混凝土早期收缩产生约束效应的时变规律，研究不同配筋率情况下钢筋对不同配合比混凝土早期收缩的约束程度。
【关键词】自由收缩 约束收缩 配筋率
混凝土早期收缩开裂问题是国内外较为关注的热点问题，已有研究从原材料组成、配合比设计、后期养护等角度探讨了改善收缩的方法，发现外加剂和掺合料对混凝土早期收缩性能有重要的影响，但上述研究一般是在自由收缩条件下进行的，实际工程中混凝土结构普遍受到钢筋限制，因此必须考虑钢筋对混凝土收缩性能的影响。
1 试验方案
1.1 试验准备
在收缩试验中，收缩试件尺寸为100mm×100mm×325mm。试验中试件的设计强度等级选定为C40，混凝土坍落度要求为200±20mm。在配合比设计中，采用了两种配合比。为了做对比研究，采用两组配合比，两组配比中所有试验材料由搅拌站提供，保证原材料上的同一性。配合比详细情况见表1.1.1（设计配合比时特意选择了收缩变化量不同的两种配合比，希望在不同大小的收缩情况下对比钢筋的约束状况）。
1.2 配筋设计
在素混凝土试件收缩试件对比试验的基础上，设计了从0.385～2.54%不同配筋率的试件来进行试验。对应钢筋的表面特征，选用光圆及有肋两种形式。试件的详细配筋情况见表1.2.1。
1.3 收缩量测
收缩试验的环境条件为恒温恒湿，保证标准室内温度20±2℃，相对湿度60±5%。正式读数时，0～3天龄期内，每3～6小时读数一次；3～7天龄期内，每6～12小时读数一次；7天以后间隔24～48小时读数一次。读数时同时记录环境温度、湿度，随时注意保持试验室标准条件。
2 试验结果及分析
2.1 天约束收缩试验
钢筋的存在对混凝土的收缩起到明显的抑制作用，这种抑制作用在混凝土初凝后就显现出来。混凝土自由收缩值在早期增长迅速，S组在24小时即达到了267με，N组在24小时达到494με，而在配筋混凝土中同时点对应的最大收缩值分别为139με和191με（即配筋率为0.385%的试件对应的收缩值），与自由收缩值相比仅有52%、39%。也就是将混凝土的自由收缩量减少了48%、61%，由此也可看出，在早期自由收缩值越大的混凝土，钢筋的约束作用也越明显。
配筋混凝土的收缩值的发展趋势与无筋混凝土是一致的。这是因为钢筋的约束是通过与混凝土的粘结而发生作用的，钢筋与混凝土的粘结强度也是随着混凝土的早期强度的增长而增长的。把试验中S组与N组的收缩情况绘成曲线，可以发现在不同配合比情况下，由于混凝土自由收缩发展及强度发展的历程不同，配筋混凝土收缩历程也不相同。N组收缩曲线的发展较S组更为平缓，但N组的早期收缩量较大，最终收缩量值也大；S组收缩发展曲线的斜率较大，但早期收缩量较小，最终收缩量也较小。
在S组中，7天的自由收缩量在0～380με，而ρ为0.385%时收缩量在0～292με，ρ为0.636%时收缩量下降到0～203με，当ρ>0.636%时，收缩量均小于200με。
在N组中，7天的自由收缩量在0～636με，ρ为0.385%时收缩量在0～314με，ρ为0.636%时收缩量下降到0～240με，当ρ>0.636%时，收缩量均小于240με。
配筋混凝土中，配筋率越大，钢筋的约束作用越强，随着配筋率的提高，混凝土的收缩量值降低。而且在配筋率差不多的情况下，光圆钢筋对混凝土收缩的约束能力不及带肋钢筋。
2.2 天约束收缩试验
在配筋混凝土中，配筋率越大钢筋的约束作用越强这一特点在7天后仍然明显。S组及N组的试件在7天后收缩仍在发展，但发展趋势相对7天前较为平缓。随着配筋率的提高，混凝土的收缩量值降低。S组中，ρ为0.385%的试件28天总收缩量为357με，是28天自由收缩量478με的74.7%；当ρ为0.636～1.57%之间时，28天总收缩量大致在230～290με；当ρ为2.544%时，28天总收缩量下降到153με，仅是28天自由收缩量478με的32.0%。N组中，ρ为0.385%的试件28天总收缩量为424με，是28天自由收缩量722με的59%；当ρ为0.636～1.57%时，28天总收缩量大致在250～350με；当ρ为2.544%时，28天总收缩量下降到103με，仅有是28天自由收缩量722με的14.3%。这表明，在不同配合比情况下，钢筋所发挥的约束程度不尽相同。从配筋混凝土28天总收缩量来分析，试验中，虽然N组的自由收缩值较S组的大了近244με，但其钢筋的约束作用更强。
按照以上思路将S组及N组的收缩发展计算结果列于表2.2.1。
3 结语
混凝土早期收缩受到钢筋的影响，钢筋的形式和配筋率都影响混凝土早期收缩，配筋率越大，对钢筋早期收缩的抑制作用越好；带肋钢筋对混凝土早期收缩的约束作用越明显；在相同钢筋形式相同配筋率的情况下，钢筋对自由收缩大的混凝土早期收缩抑制作用比自由收缩较小的混凝土早期收缩抑制作用明显。在施工中针对工程状况，选择合理的配筋率和钢筋形式，对混凝土的质量起到重要的影响。
钢筋对混凝土收缩性能抑制作用试验研究
【摘 要】本论文分析总结现有的自由收缩、约束收缩试验方法的基础上，通过配筋混凝土构件早期约束收缩性能的试验，分析钢筋约束在早期对混凝土收缩变形的影响，研究钢筋对混凝土早期收缩产生约束效应的时变规律，研究不同配筋率情况下钢筋对不同配合比混凝土早期收缩的约束程度。
【关键词】自由收缩 约束收缩 配筋率
混凝土早期收缩开裂问题是国内外较为关注的热点问题，已有研究从原材料组成、配合比设计、后期养护等角度探讨了改善收缩的方法，发现外加剂和掺合料对混凝土早期收缩性能有重要的影响，但上述研究一般是在自由收缩条件下进行的，实际工程中混凝土结构普遍受到钢筋限制，因此必须考虑钢筋对混凝土收缩性能的影响。
1 试验方案
1.1 试验准备
在收缩试验中，收缩试件尺寸为100mm×100mm×325mm。试验中试件的设计强度等级选定为C40，混凝土坍落度要求为200±20mm。在配合比设计中，采用了两种配合比。为了做对比研究，采用两组配合比，两组配比中所有试验材料由搅拌站提供，保证原材料上的同一性。配合比详细情况见表1.1.1（设计配合比时特意选择了收缩变化量不同的两种配合比，希望在不同大小的收缩情况下对比钢筋的约束状况）。
1.2 配筋设计
在素混凝土试件收缩试件对比试验的基础上，设计了从0.385～2.54%不同配筋率的试件来进行试验。对应钢筋的表面特征，选用光圆及有肋两种形式。试件的详细配筋情况见表1.2.1。
1.3 收缩量测
收缩试验的环境条件为恒温恒湿，保证标准室内温度20±2℃，相对湿度60±5%。正式读数时，0～3天龄期内，每3～6小时读数一次；3～7天龄期内，每6～12小时读数一次；7天以后间隔24～48小时读数一次。读数时同时记录环境温度、湿度，随时注意保持试验室标准条件。
2 试验结果及分析
2.1 天约束收缩试验
钢筋的存在对混凝土的收缩起到明显的抑制作用，这种抑制作用在混凝土初凝后就显现出来。混凝土自由收缩值在早期增长迅速，S组在24小时即达到了267με，N组在24小时达到494με，而在配筋混凝土中同时点对应的最大收缩值分别为139με和191με（即配筋率为0.385%的试件对应的收缩值），与自由收缩值相比仅有52%、39%。也就是将混凝土的自由收缩量减少了48%、61%，由此也可看出，在早期自由收缩值越大的混凝土，钢筋的约束作用也越明显。
配筋混凝土的收缩值的发展趋势与无筋混凝土是一致的。这是因为钢筋的约束是通过与混凝土的粘结而发生作用的，钢筋与混凝土的粘结强度也是随着混凝土的早期强度的增长而增长的。把试验中S组与N组的收缩情况绘成曲线，可以发现在不同配合比情况下，由于混凝土自由收缩发展及强度发展的历程不同，配筋混凝土收缩历程也不相同。N组收缩曲线的发展较S组更为平缓，但N组的早期收缩量较大，最终收缩量值也大；S组收缩发展曲线的斜率较大，但早期收缩量较小，最终收缩量也较小。
在S组中，7天的自由收缩量在0～380με，而ρ为0.385%时收缩量在0～292με，ρ为0.636%时收缩量下降到0～203με，当ρ>0.636%时，收缩量均小于200με。
在N组中，7天的自由收缩量在0～636με，ρ为0.385%时收缩量在0～314με，ρ为0.636%时收缩量下降到0～240με，当ρ>0.636%时，收缩量均小于240με。
配筋混凝土中，配筋率越大，钢筋的约束作用越强，随着配筋率的提高，混凝土的收缩量值降低。而且在配筋率差不多的情况下，光圆钢筋对混凝土收缩的约束能力不及带肋钢筋。
2.2 天约束收缩试验
在配筋混凝土中，配筋率越大钢筋的约束作用越强这一特点在7天后仍然明显。S组及N组的试件在7天后收缩仍在发展，但发展趋势相对7天前较为平缓。随着配筋率的提高，混凝土的收缩量值降低。S组中，ρ为0.385%的试件28天总收缩量为357με，是28天自由收缩量478με的74.7%；当ρ为0.636～1.57%之间时，28天总收缩量大致在230～290με；当ρ为2.544%时，28天总收缩量下降到153με，仅是28天自由收缩量478με的32.0%。N组中，ρ为0.385%的试件28天总收缩量为424με，是28天自由收缩量722με的59%；当ρ为0.636～1.57%时，28天总收缩量大致在250～350με；当ρ为2.544%时，28天总收缩量下降到103με，仅有是28天自由收缩量722με的14.3%。这表明，在不同配合比情况下，钢筋所发挥的约束程度不尽相同。从配筋混凝土28天总收缩量来分析，试验中，虽然N组的自由收缩值较S组的大了近244με，但其钢筋的约束作用更强。
按照以上思路将S组及N组的收缩发展计算结果列于表2.2.1。
3 结语
混凝土早期收缩受到钢筋的影响，钢筋的形式和配筋率都影响混凝土早期收缩，配筋率越大，对钢筋早期收缩的抑制作用越好；带肋钢筋对混凝土早期收缩的约束作用越明显；在相同钢筋形式相同配筋率的情况下，钢筋对自由收缩大的混凝土早期收缩抑制作用比自由收缩较小的混凝土早期收缩抑制作用明显。在施工中针对工程状况，选择合理的配筋率和钢筋形式，对混凝土的质量起到重要的影响。