粉煤灰混凝土硬化阶段温升效应研究.pdf
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1、2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0 NC RE T E AND C EME NT P RODUC T S 201 4 No 8 Aug us t 粉煤灰混凝土硬化 阶段温升效应研究 张大力, 李 东 , 伏 雷达 ( 上 海大学 土 木工 程 系 , 2 0 0 0 7 2 ) 摘要 : 对粉煤灰混 凝土力学性能进行 了试 验研 究分析 , 并将粉 煤灰组 分与混凝 土水化温升 效应关 系量 化 , 提 出了混凝土水化温升 系数 B的计算公式 , 可供设计施工参考。 关键 词 : 粉 煤 灰 ; 混 凝 土 ; 早 期 应 力 ; 温 升 系数
2、 Ab s t r a c t :T h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f fl y a s h c o n c r e t e a y e r e s e a r c h e d a n d a n a l y z e d , a n d t h e c o mp o n e n t o f fl y a s h a n d s t r e s s r e l a x a t i o n e f f e c t o f c o n c r e t e a r e q u a n t i f i e d Ad d i t i o n a
3、l l y , t h e c alc u l a t i o n f o r mu l a o f C O e f fi c i e n t o f c o n c r e t e h y d r a - t i o n t e mp e r a t u r e r i s e ( 13 ) i s p u t f o r w a r d , w h i c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e s i n s t r u c t u r e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n Ke y wo r ds
4、 :F l y a s h;Co n cr e t e ;Ea r l y s t r e s s ; Te mp e r a t ur e r i s e co e m c i e nt 中图分类号 : T U 5 2 8 2 文献标识码 : A 文章 编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 8 1 5 0 4 0前 言 近年来 , 人们对 建筑空间的需 求增加 , 使得 民 用建筑体量不 断增大 , 混凝土强度等级提高 , 钢筋 和水泥用量增大。虽然其体量相对于水工结构仍较 小 , 但是其早期硬化阶段仍会产生水工结构所存在 的开裂问题 , 且无法采用水工结构直
5、冷降温方式处 理。通常结构设计 中普遍认为混凝土结构在浇筑过 程 中处于零应力状态 , G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 混凝土结构 设计规范 中对于此也未予以详细说明。但研究发 现 , 混 凝 土结 构 在 硬化 阶段 存在 一 种 类 似 于钢 结 构 的“ 残余应力” , 此应力直接导致混凝土早期裂缝 。 王铁梦教授根据多年现场经验和研究提 出“ 跳 仓法” 施工方法及“ 抗与放” 原理 ; 吴 中伟院士在大 体积混凝土施工中首创了 “ 膨胀混凝土后浇带” 方 法 2 1 ; 张平等人针对不设缝大体积混凝土提 出了“ 可 呼吸” 体系3 1 , 都是 降低混凝 土早期应 力 的
6、有效 方 法 。随着粉煤灰在工程中的普遍使用 , 粉煤灰混凝 土性能的研究逐渐增多。黄波研究发现 , 在水胶 比 相 同情况下 , 粉煤灰掺量与混凝土的凝结时间成正 比, 且粉煤灰掺量对抗折性能有较大影响 。张庆欢 研究发现 , 混凝土强度随掺量 的增加而逐渐下降5 1 。 但在诸多研究结果 中, 粉煤灰组分对混凝土早 期物理力学性能的影响却鲜有涉及 。因此 , 本文对 粉煤灰混凝土力学性能进行试验分析 , 将粉煤灰组 分与混凝土温升效应关系量化 , 寻求降低混凝土早 期温度应力 、 控制混凝土早期裂缝 的方法 。 1 混凝 土早 期 温度 应力 混凝土是 由水泥 、砂石骨 料及 各种掺合料组
7、 成 , 并加水 拌合而成的混合材料 , 是一种典型的各 向异性材料 。混凝土在应力松弛作用下的本构关系 为 : o ( ) = o r x ( t ) 一 E ( ) J 1 K 丁 ) 0 )d n r t ) = o y (t ) 一 E ) J K ( t , ) ( 打 n r t ) 一 ) J 。 n f t ( ) = 丁 ( ) 一 E ( ) J K ( ,r ) y ( T )d r n f ( ) ( ) 一 刖 J r ) r ( r ) d r n f t ( ) ( ) 一 层 ( ) J 。 K ( , r ) r = ( r )d r 本构关系用矩阵表达为 :
8、 ) ) = cro (f) ) 一 E ( ) J 订 K 丁 ) ( ) 打 ( 2 ) 旧 式中: (f ) 为粘弹性应力场; c r u 为弹性应 力场 ; E ( f ) 为弹性模量 ; K , 为继效 函数 ; t 为龄期 ; 为荷载作用时间。 建立混凝土粘弹性本构关系后 ,可以通过推导 得到混凝土粘弹性应力的计算公式 。 由公式 ( 2 ) 变形 可 得 : 0 ro ( ) = ) )+ E ) J 。K (t,r ) (f) 打 ( 3 ) 将公式( 3 ) 中的积分式离散, 即得 : ) t ( 4 ) 7 1 一 一 】 5一 学兔兔 w w w .x u e t u t
9、 u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 其 中 : , = ti - tj l 又 令 ( = 了1( 一 ) l + ) ) ; = ( 一 。 + ) , 则公 式 ( 3 ) 可 化为 : f ) = ) + ( t j ) K ( tj, t) a tj ( 5 ) J I 大体积混凝土早期温度应力便可由上式求得。 实际现场施工中 ,采用上式计算应力较为复杂 , 且 所需数据繁琐 , 故文献 8 中建议混凝 土早期应力计 算 公式 : ( r ) = 一 E t o ( 1 一 e ) ( 6 ) 式 中 : E为 弹 性 模 量 ; 为 线
10、膨 胀 系数 ; T o 为 最 大温差 ; 3 为混凝土水化热温升系数 。 2粉煤 灰 混凝 土水 化温 升试 验 本试验 中, 将不同类型的粉煤灰加入到水泥胶 凝 体系中 , 制成 粉煤灰混凝 土 。由公式 ( 6 ) 可 以看 出 , 弹性模量 E、 线膨胀系数 、 温升系数 、 最大温 差 均为应力控制因素 。在粉煤灰各组分 中, 碳含 量是影响混凝土线膨胀系数 的最主要原因 , 当碳 含量不发生变化时 , 可 以认为混凝土的线膨胀系数 不变 。工程中使用的材料对碳含量均有限制 , 故本 文中统一取 = 1 l x l O - 6 C。粉煤灰混凝土的早期水 化热 最大 温 差 可 以通
11、 过试 验 实 际测 量获 得 , 并假 定弹性模量 E由混凝土强度决定 , 本文根据实测混 凝土强度取 3 0 1 O a MP a 。由此 , 本试验粉煤灰对 混凝土温度应力的影响 , 集 中体现于温升系数 3 。 2 1 试验概 述 本试验选用普通硅酸盐水泥 , 上海四座 电厂排 表 1 粉煤灰组分 比例组成 放的粉煤灰进行试验 。粉煤灰的化学成分及物理性 质分别列于表 1 、 表 2 。将其按掺量 2 0 等量替代水 泥制成粉煤灰混凝土 , 对其早期性能进行研究 。为 了对 比不 同组分 对 粉煤 灰 混 凝 土应 力 的影 响 , 按 照 表 1 所示的粉煤灰原成分 比例 N1 N
12、4组 , 重新混合 制备了两组粉煤灰 N 5和 N 6 。为充分体现粉煤灰不 同组分对混凝土早期性能的影响 , 将六组粉煤灰进 行 了控制变量分类 , 对 比试验分组列于表 3 。 本试验 目的是研究粉煤灰组分 对大体积混凝 土早 期水 化温 升 的影 响 。混凝 土水 化 反应 的影 响 因 素较多 , 本实验采用控制变量法 , 将水泥品种 、 骨料 品种 、 水灰 比 、 养 护相对湿 度 、 相对 温度等条 件统 一 。采取粉煤灰单掺方法 , 研究粉煤灰组分对早期 水化温升的影响。通过对试验结果的拟合计算 , 最 终得出不同粉煤灰对温升系数 B影响的规律 。 2 2 试 验结 果与 分析
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- 粉煤 混凝土 硬化 阶段 效应 研究
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