混凝土裂缝产生的原因有很多,大致可分为荷载裂缝、次荷载裂缝和非荷载裂缝。在非荷载裂缝中,自由状态下的收缩对混凝土并无不良影响,但实际工程中,处于不同约束状态下的混凝土结构往往因收缩大而产生收缩裂缝,收缩裂缝会削弱混凝土的质量,影响其耐久性,甚至影响结构的整体性。检测水泥基材料收缩开裂性能的试验方法很多,其中圆环法使用最为广泛,被各国普遍采用,此法具有原理清晰和模具简单等特点,但是圆环法存在三个问题:(1)由于试件具有高度的对称性,使得收缩裂缝随机出现,不便于裂缝的观察;(2)混凝土圆环试件壁厚大多在30mm~35mm范围内,而粗骨料的最大粒径为10mm~15mm,这样的试件和骨料尺寸并不能真实的反应混凝土的收缩开裂性能;(3)砂浆圆环试件的最大壁厚为75mm,如果混凝土试件使用75mm的壁厚,则试件几乎是不开裂的,极大的降低了混凝土收缩开裂的时效性和敏感度。针对于以上三个问题,文中提出了外方内圆偏心约束试验方法和双圆偏心约束试验方法:通过数值分析确定了试验模具的尺寸,通过数理方法对试验结果(裂缝分布位置和开裂时间)做了统计分析,通过试验验证了外方内圆偏心约束试验方法的开裂敏感度,通过Weiss理论模型估算了混凝土试件的开裂应力。为了更直接和简单的检测试件收缩开裂时间,提出了一套水泥基材料收缩开裂时间检测装置,具体阐述如下:(1)净浆和砂浆外方内圆偏心约束收缩试验方法。外方内圆偏心约束试验方法是改变圆环法外边界的圆形为方形,同时将约束钢环沿其中两条对边的中线向一边移动,形成偏心,试件尺寸为170mm×170mm×35mm,最佳偏心距为20mm,通过对净浆和砂浆外方内圆偏心约束试件开裂时间和裂缝位置的数理统计发现:外方内圆偏心约束试件的平均开裂时间明显早于圆环试件,缩短了净浆和砂浆的收缩试验周期;98%的裂缝偏移量在预期开裂截面左右15.35mm以内,因此可以认为外方内圆偏心约束试验方法基本能起到限定收缩裂缝产生位置的作用。通过对比外方内圆试件和圆环试件在完全密封条件下收缩裂缝的发展路径发现,圆环试件从内侧先开裂而外方内圆偏心试件从外侧先开裂,验证了文中有限元计算结果的正确性,也说明外方内圆偏心约束试验方法提高了试件的开裂敏感度。(2)混凝土外方内圆偏心约束试验方法。混凝土外方内圆偏心约束试验方法与净浆(砂浆)外方内圆偏心约束试验方法原理相同,区别在于其尺寸,为了更真实的反映混凝土的收缩开裂性能,粗骨料最大尺寸选用25mm,试件尺寸为600mm×600mm×75mm,最狭窄处横截面尺寸为75mm×75mm,其中,约束钢环外直径为300mm,厚度为20mm,经过数值分析发现,外方内圆偏心约束试验方法能够形成一个预期的开裂位置,试验结果表明:0.5水灰比的混凝土外方内圆偏心约束试件不但开裂时间在两周之内,而且裂缝位置偏移量不大,而壁厚为75mm的圆环试件几乎是不开裂的。通过完全密封条件下外方内圆偏心约束试件的裂缝发展和开裂应力估算,证明了混凝土外方内圆偏心约束试验方法的开裂敏感度,以0.5水灰比的混凝土为例,混凝土外方内圆偏心约束试件在完全密封条件下依然能够开裂,而且裂缝从试件外侧向内侧发展,明显的提高了混凝土收缩开裂的敏感度。通过试件开裂应力估算可知,外方内圆偏心约束试件最大开裂应力大致为3.7MPa-4.2MPa。(3)双圆偏心约束试验方法。试件外边界为圆形,直径为600mm,高75mm,约束钢环直径为300mm,厚度为20mm,钢环沿模型直径向边框的某一点偏移,保证钢环外边缘与模具边框内边缘距离为75mm,双圆偏心约束试验方法同样能够有效的限制收缩裂缝的产生位置,通过试件开裂时间统计发现,双圆偏心约束试验方法能够提高混凝土收缩开裂的敏感度,但是效果不如外方内圆偏心约束试验方法。为了直接和简单地检测混凝土的收缩开裂时间,受到电路回路和断路的启发,提出了一套新的开裂时间检测装置,装置由导电性粘附材料、导线和指针型钟表组成,把导电性粘附材料涂抹在预期的开裂位置一定的范围内,导电材料干燥之后,与导线和钟表连接成回路,每12h观察一次钟表走动情况,如果试件开裂则电路由回路变为断路,钟表停止转动,此时钟表指针所指向的位置即为试件的开裂时刻,此方法能极大节省观察裂缝出现的时间,试验装置简单,操作方便,特别在净浆和砂浆试验中效果最为显著。