等强条件下混凝土收缩徐变试验研究与现场监测.pdf
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1、2 0 1 1 年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 0l l No l J a n u a r y 等强条件下混凝土收缩徐变试验研究与现场监测 孟凡利 , 何智海 , 钱 春香 , 钱桂枫 。 , 程 飞 。 ( 1 中铁 十二局 , 太 原 2 3 0 0 3 2 ; 2 东 南大 学材 料科学 与工 程学 院 , 南 京 2 1 1 1 8 9 ; 3 沪杭 客专股 份有 限公 司 , 上海 2 0 0 0 0 0 ) 摘 要 : 采用 自制的试验装置 , 研 究了混凝土组分对 7 d等强条件下混凝
2、土收缩徐 变的影响规律和机理 , 以配制 和优 化 高铁 混 凝 土 。 通 过 现 场 监 测 在 建 预 应 力 混凝 土桥 梁 的 应 变 , 并 与 J TG D6 2 2 0 0 4 ( 公 路 钢 筋混 凝 土及 预 应 力 混凝土桥 涵设计规 范 的计算值进行 了比较 。结 果表明, 双掺质量 比 2 : 1的粉煤灰和矿渣及掺 用减缩 剂( S KA) 可以 有效降低混凝土收缩徐 变, 其 中以掺减缩剂效果 最好 ; 聚 乙烯醇 ( P V A) 纤 维可 以降低 自收缩 , 但 会增加干燥收缩和 徐 变 , 不 宜 用 于 配制 高铁 混凝 土 ; 排 除 弹性 和 温度 应
3、变 的 影 响 , 现 场 监 测 的 收 缩 和 徐 变应 变 在 加 载 8 0 d左 右 趋 于稳 定 , 保持在( 1 6 5 2 0 0 ) X 1 0 之 间, 各跨 中截 面的下底板应 变略 高于上预板值 ; 计 算值 与监 测值 相差很 大 , 计算值过 于 保 守 , 不 宜 直接 用 于 指 导 工程 施 工 。 关键词 : 等强 ; 收缩; 徐变 ; 监测 ; 减缩剂 Ab s t r a c t : T h e i n fl u e n c e l a w a n d me c h a n i s m o f c o n c r e t e c o n s t i t
4、u e n t s o n s h ri n k a g e a n d c r e e p o f c o n c r e t e wi t h 7 d a y s s a n l e c o mpr e s s i v e s t r e ng t h a r e s t udi e d b y t h e s e l f ma d e t e s t d e v i c e t o p r o d uc e a n d o p t i mi z e c o nc r e t e f o r h i g h s pe e d r a i l w a y Th e t e s t s t r
5、 a i n s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b r i d g e u n d e r c o n s t r u c t i o n b y fi e l d mo n i t o r i n g a r e c o mp a r e d wi t h t h e c a l c ul a t e d v a l ue s b y u s e o f t h e de s i g n s pe c i f i c at i o n s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e brid g e
6、 a nd c u l v e r t a n d h i g h wa y r e i nf o r c e d c o n c r e t e( J T G D 6 2 2 0 0 4 ) T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t s h ri n k a g e r e d u c i n g a d mi x t u r e f S R A 1 a n d t h e m a s s r a t i o 2 : 1 o f f l y a s h a n d s l a g c a n r e d u c e e f f e c t i v
7、 e l y s h r i n k a g e a n d c r e e p o f c o n c r e t e , a n d t h e e f f e c t w i t h S R A i s b e s t P o l y v i n y l a l c o h o l ( e V A ) f i b e r c a n d e c r e a s e a ut o g e no us s h rin ka g e,b ut i n c r e a s e d r y s h r i n ka g e a n d c r e e p ,whi c h i s n o t s
8、ui t ab l e t o pr o d u c e c o n c r e t e for h i gh s pe ed r a i l wa y Th e t e s t s hrink a g e a n d c r e e p s t r a i ns by f i e l d mo ni t o r i n g t e nd t o be s t a bl e a f t e r a bo u t 8 0 d a y s l o a d i n g , w h i c h i s k e e p i n g o n ( 1 6 5 - 2 0 0 ) x 1 0 , a n d
9、t h e b o t t o m p l a t e s t r a i n s o f mi d s p a n s e c t i o n s a r e a l i t t l e mo r e t h a n t he s e o f up p e r pl a t e e x c e p t e l a s t i c s t r a i n s a nd t emp e r a t u r e s t r a i n s Th e c a l c u l a t e d v a l ue s di f f e r o b v i o us l y f r o m t h e t
10、es t v a l u e s ,a n d t h e c a l c u l a t e d v a l ue s a r e o ve rc o n s e r v a t i v e , whi c h a r e n o t s ui t a b l e t o d i r e c t l y g ui de t h e e ng i n e e rin g c o ns t ru c t i o n Ke y wor ds :S a me c o mp r e s s i v e s t r en g t h;S hr i nk a g e ;Cr e e p;Mo n i t
11、o r i ng ;S h rin ka g e r e du c i ng a d mi x t ur e 中 图分 类 号 : TU5 2 8 文 献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 01 1 ) 01 1 3 0 5 0前 言 随着 我 国经 济 的发展 ,高 铁建 设 大 规模 兴 起 , 其 中包括 一些 大 跨度 预 应 力混凝 土 桥 梁 建设 , 其 沿 线 的服 役 环 境 严 峻且 差 别 较 大 , 施 工 工期 紧 , 同时 设 计 承受 的列 车 时速 高 。 因此 , 要求 混凝 土具 有 优 良的耐 久性 和体积稳 定性
12、 。收 缩徐 变是混 凝土体 积 稳 定性 最 重要 的 组成 部分 , 也是 造成 大跨 度混 凝 土 桥 梁 预应 力损 失 、 长期 变 形 和 内力重 分 布 显 著增 加 的重要原 因之 一l l l。因此 , 要 求 混凝土 收缩 徐变终 值 较 小 , 并尽 快 达 到 稳 定 , 以保 证 桥 梁 运 营 的安 全 性 和稳定 性 。高 铁混 凝 土强 度 一般 较 高 , 故 必须 考 虑 自收缩 的影 响 , 特 别是 对 短期 内要 求 进 行 预应 力 张 基金项 目:沪杭客运专线特大跨桥 梁主梁 昆 凝 土材 料收缩 徐 变 控 制 与 耐 久性 提 升技 术 项 目
13、( 2 01 0 g 0 0 4 一 h) 。 拉 的 混凝 土 。 目前 , 混凝 土 收缩 徐 变 的研 究 主要 集 中在 单 因素 控 制条 件 下 矿物 掺 合 料 对 其 影 响 规 律 和机理分析以及各种模型的修正和预测等 - 7 1 , 其强 度 在 不 断 变 化 , 对 工 程 缺 乏 相 应 的指 导 意 义 , 而纤 维 和减缩 剂 的研究 仅侧 重 于对 收缩 的影 响_8 姗, 鲜见 对 徐变 的影 响报道 。对于 既 定 的混 凝 土工 程 , 其 强 度 根据 结 构设 计 为 固定值 , 结 合 沪杭 高 铁特 大 跨 桥 梁 混凝 土 5 - 7 d达 到
14、C 5 0 ,弹性 模 量达 到 3 5 5 G P a , 以进 行 预应 力 张拉 的要 求 ,开展 了 7 d等强 条 件下 混凝 土 组分 对 收缩 徐变 的影 响研 究 , 以配制 和 优化 高铁 混 凝 土 , 然 后 对在 建 的预 应 力混 凝 土桥 梁 进行 现场 应 变 监测 , 并 与常 用 的 G D 6 2 2 0 0 4 公 路 钢 筋混 凝 土 及预 应 力 混凝 土 桥 涵设 计 规 范 ( 简 称 0 4 公路 规 范 ) 中收 缩 徐 变 计算 值 对 比 , 为 后续 的监 测 工作 和工程 建设 提供 技术 指导 。 一 】 3一 学兔兔 w w w .
15、x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 1 期 混 凝土与水 泥制 品 总第 1 7 7 期 1 试验 1 1 原材料 水泥 为 P I 5 2 5级 水泥 ; 粉 煤灰 为 电厂干排 的 I级粉 煤灰 , 细度 ( 4 5 m 筛余 ) 为 6 5 5 , 表观 密 度 为 2 2 6 g c m ; 矿 渣为江西 某厂生产 的 $ 9 5级 粒化 高 炉矿 渣超细粉 , 比表 面积 为 4 0 0 m Z k g ; 纤 维为上 海某 工 程纤 维 材料 有 限公 司 生产 的 6 m m 长 P V A纤 维 , 抗 拉 弹性 模 量 为 4 0 G P a ,
16、断 裂 延 伸 率 为 1 3 ; 减 水 剂 为 江苏 某 公 司研 制 的 J M P C A聚 羧 酸 高效 减 水 剂 ;减缩 剂为 江苏某 公 司研 制 的 J M S R A减 缩 剂 ; 细骨 料为 河砂 , 细度模 数 2 5 0 , 级配 区 问 2区 , 表 观 密度 2 6 1 g c m ;粗骨料 为石灰石碎石 ,表观密度 2 7 1 g c m ,分为 5 1 0 m m和 1 0 2 5 ra m 两种级 配 , 按 质 量 比 3 : 7掺用 ; 水 为 自来 水 。 1 2 试验 方案 沪杭 高铁 特大跨 桥梁 用 混凝土 要求 在 5 7 d强 度 达到 C
17、5 0强 度等 级 ,弹性 模 量在 3 5 5 G P a以 上 , 以有利 于预应力 的张拉 。据 此 , 开展 了 7 d等强条件 下双 掺粉煤 灰 和矿渣( 2 : 1 ) 、 P V A纤 维 和减 缩 剂对 混凝 土收 缩徐变 的影 响研 究 , 以便 优化 混凝 土 配合 比。保 持混 凝土 砂率 和胶 凝材料 总 量不 变 , 调整 水 胶 比 ,以保 证混 凝土 7 d等 强要 求 ;调 整外 加剂 掺 量 , 以保 证 混凝 土 的工 作性 , 并配 制 了空 白混 凝 土 做对 比, 具体 配合 比和 7 d抗 压强度见 表 1 。 1 3 试 验方法 混凝土 的 自收缩
18、 采用干 分表测试 。试 件尺寸 为 自制 O 4 0 m mx 1 6 0 m m 的圆柱有 机玻璃试模 。混凝 土 与模具之间有一层很薄的聚四氟乙烯薄膜 , 并涂抹 凡士林 以减小摩擦 , 混凝土初凝后抽掉薄膜 , 采用 柔性密封聚丙烯薄膜对试件进行多层密封 , 并在其 表面 涂覆 一层 石蜡 ,以保证试 件 收缩 不受 限制 , 同 时避免 水分损失 , 其测试 装置 如图 1 所示 。 磁 性 支 座 表 震 l l I 头 机 玻 璃试 模 于 底板 图 1 自收缩 测 试 简 图 混凝 土干燥 收缩按 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通 混凝 土长期性能和耐久
19、性能试验方法标准 中收缩试验 进行 测试 。 表 1 混凝 土配 合 比 和 7 d抗 压强 度 徐变试验采用 自制的徐变加载装置进行。试件 尺寸 为 1 3 0 m m 1 3 0 m m x 4 O O mm,采用 木模 成 型 , 中 问预埋 P V C管作 为加载 时钢筋 的通 道 , 四个试件组 成 一 串 , 俗 称 “ 葫 芦 串 ” , 7 d脱模 , 采 用 1 0 0 t 的穿 心 式千 斤顶 对预 应力钢 筋 进行 张拉 , 通 过振 弦式 压力 传感器控制加载至试件棱柱体抗压强度的 4 0 , 应 变采 用振 弦式 混凝 土应 变计 测定 , 如 图 2所 示 。试 验
20、期 间环 境温 度控 制 在 ( 2 0 _+ 1 ) , 相对 湿度 为 ( 6 0 5 ) 。 压力传感器 图 2 徐变试验简图 一 1 4一 1 4 结 果与讨论 1 4 1 自收缩 图 3为混 凝土组 分对 自收缩 的影 响 。从 自收缩 发 展速 度 来 看 , 混凝 土 自收缩 7 2 h ( 3 d ) 前 发展 速 度 很 快 , 基 本 达 到 6 7 2 h( 2 8 d ) 的 8 0 以 上 , 到 1 6 8 h ( 7 d ) 基本 达 到 6 7 2 h ( 2 8 d ) 的 9 0 以上 , 而掺 减 缩 剂 的试件 D在 1 6 8 h ( 7 d ) 时仅
21、为 6 7 2 h ( 2 8 d ) 值 1 5 7 x 1 0 的 7 6 , 其 发展 速度 表现 出一 定 的“ 滞后 效应 ” 。从 6 7 2 h ( 2 8 d ) 自收 缩值来看 , 相 比于空 白混 凝 土试 件 A 的 2 4 6 x 1 0 , 掺 P V A纤 维 试 件 B、 双掺 矿 物 掺 合料 试 件 C 和 掺 减 缩 剂 试 件 D 分 别 下 降 了 1 7 5 、 3 0 1 和 3 6 2 , 可 以看 出 , 掺 P V A纤 维 、 双 掺 矿物 掺合料和减缩剂均明显降低了混凝土的 自收缩值 , 其中以掺减缩剂效果最佳 , 双掺和掺 P V A纤维
22、试件 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孟 凡利 , 何智 海 , 钱 春香 , 等 等强 条件 下混凝 土收缩 徐变 试验 研究 与现场 监测 宝 姆 餐 皿 0 图 3混 凝 土 组 分 对 自收 缩 的 影 响 按顺序 次之 。 P V A纤维 是一 种 高 强高 弹模 纤 维 , 在混 凝 土 中 的三维 乱 向均 匀 分 布 , 可 以有效 降低 混 凝 土 的收 缩 应 力集 中 , 使 自收缩 分散 、 细 化 和均 匀 , 从 而 降低 掺 P V A纤 维 混凝 土 的 自收缩 ; 粉 煤灰 和 矿渣 的活性 效 应 不一 样 ,其 二 次水 化
23、反 应 有互 补 和 协 同效 应 , 水 化产物以凝胶相为主 , 避免 了大量 C a ( O H ) 晶体定 向排 列 , 提高 了混 凝 土 的弹 性模 量 并改 善 了界面 结 构 , 未 反应 的粉煤 灰 和矿 渣发 挥 的微 集 料 效应 也 起 到 了抑 制 双 掺 混凝 土 自收 缩 的作 用 ; 减 缩 剂 可 以 降低混凝土中毛细孔溶液的表面张力 , 从而显著降 低 混凝 土 的 自收缩 , 同时 减缩 剂 也会 延 缓胶 凝 材 料 早期 的水化速率l i l , 细化其孔隙结构 , 提高混凝土密 实度 , 故 而降低 了 自收缩 发展速 度 。 1 4 2干燥 收缩 图
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- 条件下 混凝土 收缩 试验 研究 现场 监测
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