自生體積變形檢測技術及其核心檢測項目

一、自生體積變形的內涵與工程意義

二、核心檢測項目與技術要點

1. 早期自收縮檢測

• 檢測對象：材料凝結硬化階段（通常為澆筑后24-72小時）的體積變化。
• 檢測原理：通過埋入式應變傳感器或無接觸光學法（如激光散斑）監測早期微應變。
• 標準方法：ASTM C1698（非接觸式測定水泥漿體自收縮）、JIS A1129（混凝土自收縮試驗）。
• 設備要求：高精度振弦式應變計（分辨率≤1με）、恒溫恒濕養護箱（溫度波動±0.5℃，濕度≥95%）。
• 數據解讀：結合絕熱溫升曲線，區分化學收縮與自收縮貢獻量。

2. 長期自生膨脹/收縮演化監測

• 時間跨度：從初凝至數十年服役期（加速試驗模擬）。
• 測試技術：
  • 實驗室尺度：采用密封試件配合千分表或LVDT位移傳感器，依據GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》執行。
  • 原位監測：預埋光纖光柵傳感器（FBG）或電容式應變計，實現遠程實時數據采集。
• 關鍵參數：變形速率、變形閾值、時間-應變曲線的二階導數分析。

3. 水化熱耦合效應檢測

• 耦合機制：水化放熱引發溫度梯度，導致非均勻自生變形。
• 實驗設計：
  • 多參數同步采集：組合溫度傳感器（PT100）、應變計陣列，建立溫度-應變時空分布模型。
  • 絕熱與半絕熱對比試驗：參照RILEM TC 196-ICC建議，量化熱膨脹與自生變形的疊加效應。

4. 微觀機理關聯性檢測

• 相組成分析：XRD定量測定C-S-H凝膠、鈣礬石等產物的含量變化。
• 孔隙結構演變：壓汞法（MIP）或氮吸附法表征不同齡期孔隙率、孔徑分布。
• 化學收縮測定：基于ASTM C1608標準，通過水置換法精確測量水化反應導致的絕對體積減少。

5. 多因素交互作用檢測

• 環境變量控制：
  • 溫度循環試驗（-40℃~80℃）評估熱-自生變形耦合效應。
  • CO?濃度調控（0.1%~5%）研究碳化對自生膨脹的抑制作用。
• 力學約束影響：采用剛性框架約束試件，測定約束條件下自生應力累積規律。

三、齊全檢測技術應用

四、檢測標準與規范體系

• 國際標準：RILEM TC 238-SCM、ISO 1920-8
• 中國規范：JGJ/T 384-2016《混凝土自收縮試驗方法》、DL/T 5150《水工混凝土試驗規程》
• 行業定制協議：大壩混凝土需依據ASTM C157/C157M擴展修正條款執行1000天齡期監測。

五、工程決策支持應用

1. 開裂風險評估：基于自生變形-彈性模量-抗拉強度時序數據，采用FEM模擬裂縫萌生機理。
2. 補償材料設計：通過檢測結果優化膨脹劑（CSA、MgO）摻量，實現變形自補償。
3. 養護制度優化：根據早期自收縮速率動態調整蒸汽養護壓力曲線。

六、技術發展趨勢

1. 智能傳感網絡：基于MEMS技術的無線無源傳感器實現全壽命周期監測。
2. 多尺度建模：分子動力學-連續介質力學跨尺度關聯分析。
3. 機器學習應用：利用長短期檢測數據訓練變形預測神經網絡模型。

結語