机制砂混凝土梁收缩徐变试验研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 2 期 (总 第2 9 2 期 】 Nu mb e r 2 i 1 1 2 0 1 4 ( T o t a I No 2 9 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 0 3 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH 机制砂混凝土梁收缩徐变试验研究 郑怡 。张耀庭 。汪金育 ( 1 华中科技大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ;2 贵州高速公路开发总公 司,贵州 贵阳 5 5 0 0 0 4 ) 摘要:
2、 在 自然环境条件下 , 进行了 6 根石灰岩质机制砂混凝土简支梁收缩 、 徐变试验 , 其中徐变梁 4根、 收缩梁 2 根。 利用 A C I 2 0 9 、 C E B F I P 9 0 和 B 3 这 3 种常用的收缩徐变模型, 分别对 2 根收缩梁的收缩应变及 4根徐变梁的跨中挠度进行了计算, 并与梁的 收缩应变及跨中挠度的实测结果进行了对比分析。 结果表明: 将现行国际上常用的天然砂收缩、 徐变预测模型用于石灰岩质机制砂 混凝土收缩 、 徐变的计算时, 均存在不同程度的误差, 但 A C I 2 0 9 模型的计算结果相对最接近实测结果。 因此, 随着机制砂混凝土越 来越广泛的应用
3、 , 有必要对机制砂混凝土的收缩徐变特 陛及计算模型进行更加深入系统的研究, 从而更好地指导工程实践。 关键词: 石灰岩质机制砂混凝土 ;收缩与徐变 ;徐变挠度 ;预测模型 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 0 9 0 5 E x pe r i m e n t a l s t u d y o n t h e s h r i n k a g e a n d c r e e p b e h a v i o r o f c on c r e t e b e a m s w i t h m
4、a n u f a c t u r e d s a n d ZHENG , ZHANG Ya o t i n g , WANG J i n yu ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Me c h ani c s , H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 4 , C h i n a ; 2 G u i z h o u E x p r e s s w a y
5、 D e v e l o p me n t C o r p o r a t i o n , G u i y a n g 5 5 0 0 0 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e e r e 印 an d s h r i n k a g e t e s t s o f 6 l i me st o n e man u f a c t u r e d s and c o n c r e te b e a ms we r e c o n d u c t e d u n d e r n a t ura l e n v i r o n me n t c o n d
6、i t i o n , i n wh i c h t wo b e a ms we r e f o r s h r i nk a g e t e s t an d f o u r b e am s f o r c r e e p t e s t T h e s h r i n k a g e s t r a i n o f tw o b e am s a n d t h e mi d - s p a n c r e e p d e fle c t i o n o f f o ur c r e e p be am s we re c a l c u l a t e d by ACI 2 0 9,
7、 CEB FI P 90 an d B3 mo d e l s Th e c a l c u l a t e d v a l u e s were c o mp a r e d wi th t e s t r e s uk s T he c o mp a r i s o n r e s u l t s s h o we d t ha t there we re d e v i a t i o n i n s h r i nk a g e an d c r e e p p r e d i c t i o n for l i me s t o n e ma nu f a c t ure d - s
8、 an d c o n c r e t e b y t h e t h r e e mo d e l s A n d the p r e d i c ti o n a c c ura c y b y ACI 2 0 9 mo d e l wa s t h e b e s t am o n g t h e t hre e mo d e l s As t h e a p p l i c a t i o n o f ma n u f a c t u r e d s an d c o n c r e t ei n c i v i l s t r u c t u r e si n c r e a s e
9、 s , a s y s t e ma t i c s t u d yo f i t s s h r i nk a g e an d c r e ep b e h a v i o ri s h i l yn e c e s s a r y K e ywo r d s : c r u s h e dl i me s t o n e s a n d c o n c r e t e ; c r e e pan d s h r i n k a g e ; c r e e p d e fle c t i o n ; p r e d i c t i o nmo d e l 0 引言 机制砂是指由机械破碎、
10、 筛分制成的, 粒径小于4 7 5 1 T I 1T I 的岩石颗粒 , 但不包括软质岩、 风化岩石的颗粒 1 。 在我国 的混凝 土工程建设 中 , 传 统的细集料是 天然砂 。 随着我 国 经济建设的飞速发展, 基础建设规模越来越宏大, 对建筑 砂材料的需求也是越来越大 , 但 目前我 国不可再生 的天然 砂资源逐渐短缺, 导致供不应求 , 所以急需寻找天然砂替 代 材料 。 机 制砂就是一个 很好 的替 代材料 , 且从 2 0 世 纪 6 0 年代就已在缺少天然砂 的贵州 、 四川等省份开展机制砂 的开发研 究及应用工作 , 目前在这些省份机制砂 的应用 已 相当普遍。 由于是经过机械
11、破碎生产, 机制砂的颗粒多棱 角且表面比较粗糙 , 并且不可避免会产生一定量的石粉, 这些均与天然砂有很大不同, 这些差异势必会导致机制砂 配制的混凝土与天然河砂配制的混凝土的性能有所不同。 从 2 0世纪 8 O年代开始机制砂的研究资料 0 1 见诸文献 , 并在 2 0 0 0 年以后逐年增加 , 到 目前为止已经取得 了不少的 收稿 日期:2 0 1 3 - 0 8 - 0 1 基金项 目:交通部及贵州省交通运输厅科技项 目( 5 6 2 3 7 8 4 5 ) 研究成果 , 概括起来 主要包含 以下两种 , 一是机制砂 的配 合比研究, 目前用机制砂已经可以配出强度等级为 C 1 0
12、0 的 高性能混凝土 ; 再就是石粉含量对机制砂混凝土的配合比 、 工作性、 强度和抗渗抗冻等性能方面的研究。 总所周知, 收 缩徐变作为混凝土的一个重要性能, 对大体积以及大跨混 凝土结构如桥梁的长期性能影响很大 , 但是 , 迄今为止有 关机制砂混凝土收缩与徐变方面的研究 2 】还很少 , 因而 , 开展对机制砂混凝土 的收缩徐变性能 的研究是非常有必 要的。 自 1 9 世纪末发现混凝土的收缩徐变特性 以来 , 国内外 学者针对这一课题已进行 了大量 的研究 , 取得 了丰富的研 究成果 , 一些常用 的混凝土收缩徐变预测模型 , 如 A C I 2 0 9 系列模型 、 C E B F
13、 I P系列模型及 B 3 模型等 , 已广泛地应用 于工程实践。 然而, 这些计算模型均是基于普通天然砂混凝 土 的试验 所得到 的, 由于机制砂与天然砂 的不同 , 这些计 算模型对机制砂混凝土是否适用, 需要我们进行深入的研 究与分析。 为此, 本试验将结合贵州省北盘江特大桥工程的 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 长期性能研究 , 在进行石灰岩质机制砂的材性试验的基础 上 , 设计制作 4 根机制砂混凝 土徐变试验梁 、 2 根机制砂混 凝 土收缩梁 , 并在 自然环境条件下 , 进行梁的试验 , 以期通 过试验研 究前述 三个计算模 型对石灰岩质机制
14、砂混凝 土 的收缩徐变性能的适用性 。 1 试 验 概 况 1 1 原材料材性及配合比试验 混凝土的制备采用 P 0 5 2 5 R级水泥 、 细度模数为 3 3 及石粉含量为1 2 3 的贵州石灰岩质机制砂 、 粒径5 3 1 5 mm 石灰岩碎石 , 砂率为 4 2 。 C 3 0 混凝土的配合比及其力学性 能见表 1 、 2 。 表 1 机制砂混凝土的配合比 k g m 1 2试验粱设计 表 2 机制砂混凝土的力学性能 2 8 d立方体抗压强度 棱柱体抗压强度 MP a 弹性模量 MP a 4 2 8 2 9 2 3 9 2 3 9 9 1 0 4 1 8 x1 0 时仅考虑了配筋和荷载
15、对试验梁徐变的影响, 其中 2 根作 为收缩对比梁, 编号为 s l 、 s 2 , 其余4 根作为测试徐变用试验 梁 , 编号分别为 C 1 、 C 2 、 C 3 、 C 4 。 梁的截 面尺寸为 1 2 0 1T I n 2 X 2 4 0 m l 1 , 梁长 3 2 0 0 mm, 计算跨 长为 3 0 0 0 m m, 试件详细 本次试验总共设计制作 了 6 根机制砂混凝土梁 , 设计 试验参数见表 3 及图 1 。 厂厂 f J l l 。 I l l I l l l I I 。 1 1 1 是 1 1 1 1 - l l 、 l A 0 0 o 【 。 图 1 试件配筋图( 单
16、位 : mm) 对 4 根徐变试验梁 , 均采用三分点加载, 荷载的选取原 则是: 试验梁在长期荷载作用下发生的徐变在线性徐变范围 内; 徐变荷载小于梁 的开裂荷载 , 各梁的三分点荷载见表 3 。 对徐变试验粱在其跨 中及两端支座处安装机械百分表量测 其跨中及支座位移 , 在梁跨中截面顶部混凝土上安装振弦式 应变计量测混凝土的应变。 具体加载 、 测试仪器及测点布置 示意图如图 2 所示。 为模拟实际工程 中梁的收缩 、 徐变状态 , 所有试件均采用自然养护, 并在自 然环境下进行试验。 对于收缩试件, 为了使收缩梁的纵向收缩变形不受约束, l 0 图 2 试件测点布置图( 单位: mm)
17、在地上放置数根钢管, 然后把收缩小梁置于钢管上; 收缩梁 的变形测量装置除了不设置百分表测量沉降及挠度外 , 其余 与徐变梁测量装置一样。 图 3 为试验中的收缩和徐变试件。 图 3 试验梁收缩、 徐变试验现场照片 1 3试验结果 1 3 1 收缩对 比梁的试 验结果 试件加载后环境 的温湿度变化如图 4 所示 , 图 5为收 f _ 丑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 4 0 3 0 越 赠 2 0 1 0 0 持荷 时间 , d 图 4 试验时环境的温度和湿度时程图 l 5 O 1 2 0 l。 蟊 。 6 0 3 0 0 4 0 8 0 1 2 0
18、 l 6 0 2 0 0 龄 期 d 图 5 收缩梁 S 1 和 S 2的收缩应变平均值 缩对 比梁的收缩变形 曲线。 1 3 2 徐变梁的试验结果 图 6 则给出了四根徐变梁的跨 中徐变挠度时程 图。 g g 、 溜 制 持 荷 时 同 d 图 6 试件徐变挠度时程图 2 收缩梁的试验结果分析 图 7 给出了 3 种常用 的收缩预测模型( A C I 2 0 9 , C E B F I P 9 0 , B 3 模型 ) 的计算值与梁的收缩变形实测值的对 比。 收缩对 比试件是从龄期 4 5 d以后才开始进行 收缩应 变测 量 , 图中给 出的各预测模型计算值也是相应龄期 4 5 d 以后 的
19、收缩应变增量。 由图 7 可知 , A C I 2 0 9 模 型与实测值最为 接近; 其他各个预测模型都远远高估了收缩值 , 其中一个 重要原 因是各预测模型 收缩值是素混凝土在标准环境下 由试验统计得到的, 而实测小梁是配筋混凝土在 自然环境 下测得的。 因此 , 可选用 A C I 2 0 9 模型作 为机制砂混凝土收 缩计算 的基础模型。 3 徐 变梁的试验 结果分析 由于本次试验设计的是对称配筋的简支梁, 梁的收缩 在加载过程 中对梁的长期挠度影响不大 , 另外 , 本试验主 要探讨的是天然砂混凝土的收缩徐变计算模型对机制砂 混凝土的适用 性 , 因此 , 在徐变梁的挠度 分析过程
20、中, 将主 要考虑徐变的影响。 宝 、 好 擎 熙 林 龄 期 d 图 7 常用收缩应变模型预测值与实测值比较图 3 1 常用徐 变预测模 型介绍 目前国际上应用较广且预测效果较好的通用预测模型 主要有 : 美 国混凝土学会 A C I 2 0 9系列模型, 欧洲 C E B F I P 模式规范系列模型 , B a z a n t 等学者提 出的 B P系列模 型以 及 G a r d n e r 等学者提 出的 G L 2 0 0 0 模型等 。 我国关于收缩 徐变的研究开展相对较晚, 试验数据不多 , 没有建立相应 的收缩徐变预测模型。 我国的J T GD 6 2 -2 0 0 4 (
21、公路钢筋混 凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 中收缩徐变预测模型 采用的是 C E B F I P 9 0 模 型, G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 ( 凝土结构设 计规范 则采用的是对 C E B F I P 9 0 模型进行继承发展了的 E N 1 9 9 2 2 模型。 以上各种混凝土收缩徐变预测模型 , 由于 研究者采用的基本理论不同 , 考虑的影响参数也有所不同 , 再加上参考 的试验数据有差异 , 得到 的预测模型在形式和 预测结果上均有 一定 的差异。 下面主要详细介绍本研究 中 用到的三种最常用的徐变预测模型 , 分别是 A C I 2 0 9 ( 1 9 9
22、 2 ) 模型, C E B F I P 9 0 模型和 B 3 模型。 3 1 1 A C I 2 0 9 ( 1 9 9 2 ) 模型 A C I 2 0 9 ( 1 9 9 2 ) 模型 1 3 采用连乘 的形式考虑各个 因素 对徐变的影响, 具体考虑了加载龄期、 养护条件、 环境相对 湿度、 构件尺寸、 混凝土中空气含量、 坍落度以及细骨料含量 等参数。 由于没有考虑混凝土强度 的影响 , 很多文献 1 4 1 5 1 研究均表明其低估了低强混凝土的徐变, 对高强混凝土徐 变的预测精度则相对较好 。 A C I 2 0 9 ( 1 9 9 2 ) 模型的徐变计算模型具体如式( I )
23、所示: ( t ,to 嵩 ( 1 ) 式中: ( z , t o ) 从加载开始到龄期时刻发生的徐变系数; t o 混凝土的加载龄期 , d ; 南张袱态下混凝土的名义极限徐变系数, v - 2 3 5 ; 徐变系数修正系数的乘积 , 1 ; 对加载龄期的徐变修正系数 , 对于湿养护 : y 1a : 1 2 5 0 。 ) 钏 , 对于蒸汽养护 : 1a = 1 1 3 0 0 ) ; 对结构工作环境相对湿度的徐变修正系数 , 1 2 7 0 0 0 6 7 R H, 其中 4 0 R H1 0 0 ; 对 构 件 尺 寸 的徐 变 修 正 系 数 , 7 , = 2 3 1 + 1 1
24、3 e x p ( 一 0 0 2 1 3 ) ; 对混凝土空气含量的徐变修正系数, 0 4 6 + O 0 9 a; 对混凝土坍落度的徐变修正系数 , y s = O 8 2 + 0 0 0 2 6 4 s ; 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m m 对 细 骨 料 含量 的 徐 变修 正 系数 , 0 8 8 + 0 0 0 2 4 0。 3 1 2 C E B F I P 9 0 模型 C E B F I P 9 0 模型 1嗣 适用条件如下: 混凝土强度等级为 1 5 9 0 MP a , 环境相对湿度为 4 0 1 0 0 以及环境平均温 度 为
25、5 3 0。 它考虑 了加载龄期 、 水泥种类 、 环境相对湿 度和构件尺寸以及强度对混凝土徐变的影响。 下面给 出了 C E B F I P 9 0 模 型徐变系数的详细计算公式。 4 , 0, t o ) ; 9 c ( 一 t 。 ) ( 2 ) 咖 0 = 卢 ( ( 。 ) ( 3 ) 1 一 旦 币 l + ( 4 ) 6 ( ) 卢 ) = ( 5 ) 、 如 ) ( t - t o ) =t - to ) ” ( 7 ) ( 1 + ( o 1 2 R H) ) + 2 5 0 0 0 ( 8 ) 式中 : t o 混凝土的加载龄期 , d ; f 计算时刻 的混凝土龄期 ,
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- 机制 混凝土 收缩 试验 研究
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