0 引言

　　混凝土应用范围越来越广，使用量越来越大，强度越来越高，但耐久性问题越来越突出。Mehta认为混凝土耐久性问题多由早期开裂导致，裂缝为有害物质进入混凝土内部提供了通道，如氯离子沿裂缝进入混凝土内部时，可引发钢筋锈蚀，使钢筋与混凝土相互作用力下降，造成保护层脱落。当细小微裂缝相互连通时，形成宏观裂缝，易使结构发生渗漏。引起混凝土开裂的因素较多，包括混凝土自身性质、施工质量、温度控制措施、气候环境等，干燥收缩、水化放热及温湿度变化是主要诱因，以收缩裂缝为主，据统计，混凝土收缩裂缝占裂缝总数的80%以上。实际工程中可采用低水化热水泥或优化混凝土配合比控制收缩裂缝，施工时应设置后浇带，采用跳仓法浇筑并进行实时监测，以得到整体结构温度分布情况，同时采取适当的降温措施。

　　对于新旧混凝土结合面的混凝土收缩问题，上述方法并不适用。近年来，国外学者对混凝土二次振捣增加强度机理进行了深入研究，得到适宜的二次振捣时间。日本等国家已在某些工程中将二次振捣作为混凝土施工优先采用的方法。因此，设计混凝土二次振捣收缩应变测定试验装置，完成4组对比试验，研究二次振捣对混凝土性能的影响。

　　1 试验概况

　　1.1 试验装置设计

　　自行设计混凝土二次振捣收缩应变测定试验装置，如图1所示。该装置可克服现有测试装置的不足，结构简单，操作方便，测试精度高。支撑底座上设有4根间隔布置的立柱，各立柱顶部设有高度可调的顶部横梁，相邻立柱间均设有用于混凝土浇筑及二次振捣的筒管(立于支撑底座上)，在筒管内壁涂覆机油，并粘贴薄膜。各筒管顶部与顶部横梁间均设有测试器，测试器包括千分表和测试插板，千分表顶部与顶部横梁相连。立柱顶部沿竖向设有多个安装孔，顶部横梁高度调节后，通过螺栓与相应位置的安装孔相连。支撑底座包括支撑座体及与立柱数量相匹配的底部横梁，各底部横梁安装在支撑座体上。各立柱与相应位置的底部横梁间均设有斜支撑杆。

　　图1 试验装置 

　　1.2 试验分组

　　本试验共分4组，每组包括3个直径35cm、高100cm圆柱体试件，其中A组试件混凝土振捣一次，不进行二次振捣。B,C,D组试件混凝土完成一次振捣后，分别间隔2,4,4.5h进行第2次振捣。

　　1.3 混凝土配合比

　　本试验采用C40混凝土，配合比为水泥∶水∶砂∶石=1.00∶0.52∶2.30∶3.45。要求坍落度为180～200mm，出站坍落度为200mm，现场坍落度为190mm。

　　1.4 试验过程

　　1)混凝土浇筑与振捣

　　正式试验前先在实验室完成4组试验装置的拼装，完成混凝土振捣后再安装顶部横梁。拼装完成的装置应无任何结构异常及肉眼可见的缺陷。在A,B,C,D组试件PVC管内依次浇筑、振捣混凝土，并记录第1次振捣时间。试验过程中发现B,C组试件混凝土可正常完成二次振捣，而D组试件混凝土凝结硬化程度不满足第2次振捣条件，振捣棒无法插入，所以A,D组试件混凝土均未进行二次振捣，第1次振捣完成后直接除去PVC管上部混凝土浮浆，并抹平表面，然后安装数据采集系统。

　　2)数据采集系统安装

　　在顶部横梁上安装磁性底座，用于固定千分表。在每个试件混凝土顶部插入方形不锈钢板，使千分表测头抵在不锈钢板上，千分表通过集线器连接计算机，在计算机上安装数据采集软件后自动采集数据，采集频率设为10min/次，连续采集133d。通过温湿自动调节系统调节试验环境，使温度为(20±2)℃，湿度为(60±5)%。

　　2 二次振捣的影响

　　2.1 混凝土收缩性能

　　0～70d混凝土自然收缩应变如图2所示，由图2可知:(1)新浇混凝土处于泌水沉实和多余拌合水蒸发散失阶段，收缩应变随时间的增加线性增大，A,B,C,D组试件前7d收缩应变分别占前70d总收缩应变的75.4%,62.1%,63.9%,69.6%;(2)7～21d各试件收缩仍发展较快，收缩应变随时间的增加继续增大，A,B,C,D组试件7～21d收缩应变分别占前70d总收缩应变的17.0%,25.3%,27.4%,22.3%;(3)21～42d各组试件收缩应变仍有所增大，但收缩速度放缓，A,B,C,D组试件21～42d收缩应变分别占前70d总收缩应变的6.2%,6.3%,4.9%,4.4%;(4)42d后混凝土收缩应变随时间的增加略有增大，A,B,C,D组试件42～70d收缩应变分别占前70d总收缩应变的1.3%,6.3%,3.8%,3.8%。综上所述，各组试件收缩应变随龄期的发展规律基本一致，浇筑初期水泥水化反应较剧烈，混凝土失水后体积收缩，此阶段收缩应变最大;混凝土硬化阶段收缩应变增长较快，然后趋于稳定。

　　取4组试件收缩应变平均值进行分析，结果如图3所示。由图3可知，在温湿度恒定的条件下，A,B,C,D组试件前70d总收缩应变分别为4.17×10^-4,3.83×10^-4,3.34×10^-4,4.34×10^-4，这表明B,C组试件经二次振捣后收缩应变明显减小，且二次振捣时间间隔越长，收缩应变越小，即在适宜的时间内进行二次振捣可减小混凝土收缩应变。

　　根据试验测得的0～133d混凝土收缩应变及现有混凝土收缩应变计算模型，提出可考虑早期收缩的计算模型。绘制收缩应变散点图，利用最小二乘法对3组(AD,B,C组，其中AD组试件数值取A,D组试件平均值)试件收缩应变实测曲线进行非线性拟合，拟合曲线如图4所示，拟合方程如下:

　　图2 混凝土收缩应变 

　　图3 收缩应变平均值  

　　式中:ε(t)为龄期t时试件收缩应变;μ为一次振捣情况下混凝土收缩应变终值，计算得μ=4.6×10^-4;K为二次振捣修正系数;t为混凝土收缩应变计算龄期(d);t'为二次振捣时间间隔(h)。

　　图4 拟合曲线 

　　AD,B,C组试件压缩应变实测值与计算值均方差分别为0.87,0.92,0.88，这表明实测值与计算值吻合较好，因此式(1)可用于计算混凝土早期收缩。

　　2.2 混凝土力学性能

　　为研究二次振捣对混凝土力学性能的影响，制作边长150mm立方体试件，进行同条件下混凝土28d抗压强度测试，试件破坏形态如图5所示。由于D组试件混凝土未进行二次振捣，因此未进行强度测试。

　　图5 破坏形态  

　　各组试件抗压强度实测值如表1所示，由表1可知，A,B,C组试件抗压强度平均值分别为48.2,52.1,58.9MPa，这表明二次振捣可提高混凝土抗压强度。

　　表1 试件抗压强度 

　　MPa

　　表1 试件抗压强度

　　混凝土一次振捣后内部仍存在不同形状和一定数量的孔隙及气泡，凝结过程中粗骨料在自重作用下下沉，造成混凝土上下部强度不同。同时，水泥水化和多余水分蒸发也会形成孔隙和裂缝，从而影响砂浆与粗骨料、钢筋的黏结，使混凝土不够密实，且强度较小。二次振捣可排除多余空气，加速水泥水化，使混凝土更加均匀密实，从而改善性能，提高强度。

　　3 结语

　　通过设计试验装置并制作混凝土试件，进行收缩应变连续测试，主要研究二次振捣对混凝土性能的影响，得出以下结论。

　　1)二次振捣可减小新浇混凝土收缩应变，二次振捣时间间隔越长，收缩应变越小。施工时须保证二次振捣在混凝土初凝前完成。

　　2)二次振捣可使混凝土更密实，提高混凝土抗压强度。

　　3)混凝土收缩应变前期增长较快，后期增长缓慢，可根据本研究给出的公式计算混凝土早期收缩。

　　4)未进行混凝土延迟浇筑、延迟振捣对比试验，今后需进一步研究。