(凝结)基于早期变形特征的混凝土凝结时间的确定

· 1079 ·第36卷第7期基于早期变形特征的混凝土凝结时间的确定侯东伟1，张君1，孙伟2(1. 清华大学土木工程系，结构工程与振动教育部重点实验室，北京 100084；2. 东南大学材料科学与工程学院，江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189)摘要：通过考察新浇混凝土的凝结硬化过程，研究了普通混凝土与高强混凝土早龄期自由变形随龄期的发展规律，提出了确定混凝土凝结时间的新方法，与贯入阻力法测得的初凝和终凝时间进行了对比，并对混凝土早期变形特征进行了机理分析和讨论。

实验结果显示：新浇混凝土具有先膨胀后收缩的变形特征；与混凝土侧压力为零的时刻相对应，可将其膨胀变形结束点定义为混凝土的凝结时间。

以混凝土凝结时间为界，根据混凝土变形是否引起混凝土结构产生应力，将混凝土的变形划分为无害变形和有害变形。

混凝土凝结之前发生的变形为无害变形，凝结之后发生的变形为有害变形。

因此有物理意义的变形起始时间为早龄期膨胀变形的结束点。

关键词：新浇混凝土；凝结时间；膨胀；收缩中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1079–06DETERMINATION OF CONCRETE SETTING TIME BASED ON MEASUREMENTS OFDEFORMATIONHOU Dongwei1，ZHANG Jun1，SUN W ei2(1. Department of Civil Engineering, Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry,Tsinghua University, Beijing 100084; 2. Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, School of MaterialsScience and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)Abstract: A method to determine the setting time of concrete was developed based on measuring the development of deformation with time of very early age concrete. The experimental results show that the global deformation of very early age concrete first exhib-its plastic swelling in the first few hours after casting and then exhibits shrinkage, with a gradually reduced rate. The end of swelling normally corresponds to the point of concrete setting, at which the transformation of fresh concrete from liquid-like plastic state to solid state is complete. The above definition of concrete setting time is well coordinated with the determination method by measuring the lateral stress acting on the form of concrete. According to the definition of concrete setting time proposed in the present work, the deformation of concrete in the early age may be divided into two categories: non deleterious deformation and deleterious deformation. The deformation occurring after the setting point belongs to deleterious deformation, and the deformation occurring before the setting point is non deleterious deformation.Key words: fresh concrete; setting time; swelling; shrinkage新拌混凝土是一种介于流体与含湿粒子堆聚物之间的材料，具有流变性质，可用流变学相关模型予以描述。

[1]新拌混凝土的凝结硬化过程是由塑性流动状态向固体状态转变的过程，这一过程通常用初凝与终凝来描述。

初凝是水泥浆体固化的开始，对应浆体失去可塑性的时间；水泥浆体完全固化称为终凝，终凝后混凝土开始具有一定强度。

目前混凝土的凝结时间通常用贯入阻力的方法测定，[2] 其原理是通过测量混凝土的极限剪切应力来确定混凝土的凝结硬化程度，并规定贯入阻力为3.5MPa和收稿日期：2008–11–21。

修改稿收到日期：2009–03–30。

基金项目：国家“973”计划(2009CB623200)资助项目。

第一作者：侯东伟(1981—)，男，博士研究生。

通讯作者：张君(1962—)，男，博士，教授，博士研究生导师。

Received date:2008–11–21. Approved date: 2009–03–30.First author: HOU Dongwei (1981–), male, postgraduate student for doctor degree.E-mail: houdw06@Correspondent author: ZHANG Jun (1962–), male, Ph. D., professor.E-mail: junz@第37卷第7期2009年7月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 37，No. 7J u l y，2009硅酸盐学报· 1080 ·2009年28MPa分别对应混凝土的初凝和终凝。

上述对混凝土凝结时间的人为规定对于施工控制有重要意义，但并不能从机理上真正解释混凝土材料由塑性流动状态向固体状态转变的过程。

在混凝土的凝结过程中，水泥水化反应首先从局部开始进行，生成的水化产物逐渐联结成局部的网络结构，并限制结构内混凝土组分颗粒的可流动性，使得混凝土的塑性流动性能逐渐丧失，固态特征逐渐形成。

新拌混凝土由塑性流动状态向固体状态转变完成的时刻无论对工程施工，还是对早龄期混凝土结构开裂控制与风险评估，均具有重要的理论与现实意义。

这一定义下的混凝土凝结时间，可通过测定新浇混凝土对侧向模板的压力变化或测量侧向变形性能随时间的变化予以确定。

Amziane[3]通过测量新浇混凝土模板侧压力的变化过程给出了一种确定混凝土凝结时间的方法，并定义侧压力为零的时刻为混凝土的凝结时间。

图1为侧压力法确定混凝土凝结时间的过程示意图。

通过实验测定新浇混凝土的自由变形随龄期的发展过程，提出了一种混凝土凝结时间的确定方法，同时阐述和讨论了混凝土凝结的物理意义及其对混凝土早期变形测定的影响。

图1 基于模板侧向压力变化的混凝土凝结时间的测定Fig.1 Determination of setting time of concrete based on lateral pressure variations 1 实验1.1原材料和配合比采用金隅牌P·O32.5和P·O42.5水泥为原料，密度为3.1g/cm3，分别用于普通混凝土(C30)和高强混凝土(C80)；石子为破碎石灰石，粒径5～25mm；砂子为天然砂，细度模数2.64；粉煤灰为内蒙元宝山发电厂生产的一级低钙灰；硅灰为贵州红枫铁合金厂生产，无定型SiO2含量为89.22%，比表面积200×103 cm2/g。

采用减水剂将混凝土坍落度控制在120～140mm之间，减水剂为FDN–A高效减水剂和SPA萘系普通减水剂。

混凝土配合比和28d平均抗压强度见表1。

1.2 混凝土自由变形和内部温度测量装置采用100mm×100mm×400mm的有机玻璃试模，试模内侧壁预置可拔出的有机玻璃薄片，厚约2mm，底面铺一层1mm厚的聚四氟乙烯片以减少试件底面的摩擦阻力。

混凝土浇注完成一段时间后，拔出试件四周的有机玻璃薄片，使试件处于无约束的自由变形状态。

混凝土的变形采用线性变形差动传感器测量，量程为2mm，测量精度1µm。

为了保证传感器准确测得混凝土的真实变形，测量时在混凝土试件两个长端中心处预埋铜质测头，其形状如图2b所示。

在铜质测头的一侧端面钻制直径2 mm深约5mm的螺纹孔，与M 3×50的细螺栓配合使用，并在有机玻璃试模端板中心处预留孔，实验时把细螺栓引出模具外与位移传感器接触测量。

试验采用数字式温度传感器测量混凝土的内部温度。

温度测定范围0～120℃，误差±0.5℃。

测量中传感器放置在内径15mm的PVC管中以保持其在混凝土中的准确位置。

PVC管底部用塑料薄片密封，在底部侧壁切割出两段宽约3mm的不连通的环状带，用于内置传感器与周围混凝土进行热交换。

PVC 管植入正在浇注的混凝土试件中时，为防止砂浆流入PVC管，预先在管内插入一根比PVC管内径略小的钢棒，混凝土浇筑后约3h拔出钢棒，放进温度传感器。

为了保证传感器测得混凝土内部的真实的温度而不受外界环境的干扰，在传感器距触头1 cm高处套上2个2mm厚的O型橡胶圈，以密封传感器与PVC管之间的间隙，同时在PVC管的管口处用高分子密封胶将开口密封。

这样传感器的感应部位只与待测的混凝土内部区域相接触，所测得的温度数据即为混凝土内部该处的温度。

PVC管的底部预切口的放大图见图2c。

侯东伟 等：基于早期变形特征的混凝土凝结时间的确定 · 1081 ·第36卷第7期表1 混凝土配合比和28 d 抗压强度Table 1 Concrete mix proportion and 28 d compressive strengthMix proportion/(kg ·m –3)Concrete CementWaterSandGravelFly ashSilica fumeCompressive strength/MPaC30 288 180 750 1 100 7234 C80450 150 580 1 140 0 5088图2 混凝土自由变形测量装置示意图Fig.2 Schematic diagram of concrete free deformation measurement1.3 混凝土搅拌及试件浇注过程混凝土搅拌时，首先将粗细骨料混合，然后加入胶凝材料(水泥和粉煤灰或硅灰)，再加入溶有减水剂的水，搅拌3 min 。