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1、等强条件下混凝土收缩徐变试验研究与现场监测2011年第1期1月混凝土与水泥制品CHINAC0NCRETEANDCEMENTPR0DUCTS20llNolJanuary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230032;2.东南大学材料科学与工程学院,南京211189;3.沪杭客专股份有限公司,上海200000)摘要:采用自制的试验装置,研究了混凝土组分对7d等强条件下混凝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JTGD622004(公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范的
2、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(SKA)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(PVA)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;排除弹性和温度应变的影响,现场监测的收缩和徐变应变在加载80d左右趋于稳定,保持在(165200)X10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Abstract:Theinfluencelawandmechanismofconcreteconstituentsonshrin
3、kageandcreepofconcretewith7dayssanlecompressivestrengtharestudiedbytheselfmadetestdevicetoproduceandoptimizeconcreteforhighspeedrailway.Theteststrainsofprestressedconcretebridgeunderconstructionbyfieldmonitoringarecomparedwiththecalculatedvaluesbyuseofthedesignspecificationsofprestressedconcretebrid
4、geandculvertandhighwayreinforcedconcrete(JTGD622004).TheresultsindicatethatshrinkagereducingadmixturefSRA1andthemassratio2:1offlyashandslagcanreduceeffectivelyshrinkageandcreepofconcrete,andtheeffectwithSRAisbest.Polyvinylalcohol(eVA)fibercandecreaseautogenousshrinkage,butincreasedryshrinkageandcree
5、p,whichisnotsuitabletoproduceconcreteforhighspeedrailway.Thetestshrinkageandcreepstrainsbyfieldmonitoringtendtobestableafterabout80daysloading,whichiskeepingon(165-200)x10,andthebottomplatestrainsofmidspansectionsarealittlemorethantheseofupperplateexceptelasticstrainsandtemperaturestrains.Thecalcula
6、tedvaluesdifferobviouslyfromthetestvalues,andthecalculatedvaluesareoverconservative,whicharenotsuitabletodirectlyguidetheengineeringconstruction.Keywords:Samecompressivestrength;Shrinkage;Creep;Monitoring;Shrinkagereducingadmixture中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:10004637(2011)0113050前言随着我国经济的发展,高铁建设大规模兴起,其中包
7、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.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着增加的重要原因之一lll.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(2010g004一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
8、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-71,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5-7d达到C50,弹性模量达到35.5GPa,以进行预应力张拉的要求,开展了7d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GD622004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(简称04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
9、术指导.一】3一2011年第1期混凝土与水泥制品总第177期1试验1.1原材料水泥为P?I52.5级水泥;粉煤灰为电厂干排的I级粉煤灰,细度(45m筛余)为6.55%,表观密度为2.26g/cm;矿渣为江西某厂生产的$95级粒化高炉矿渣超细粉,比表面积为400mZ/kg;纤维为上海某工程纤维材料有限公司生产的6mm长PVA纤维,抗拉弹性模量为40GPa,断裂延伸率为13%;减水剂为江苏某公司研制的JMPCA聚羧酸高效减水剂;减缩剂为江苏某公司研制的JMSRA减缩剂;细骨料为河砂,细度模数2.50,级配区问2区,表观密度2.61g/cm;粗骨料为石灰石碎石,表观密度2.71g/cm,分为510m
10、m和1025ram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57d强度达到C50强度等级,弹性模量在35.5GPa以上,以有利于预应力的张拉.据此,开展了7d等强条件下双掺粉煤灰和矿渣(2:1),PVA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7d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7d抗压强度见表1.1.3试验方法混凝土的自收缩采用干分表测试.试件尺寸为自制O40mmx160mm的圆柱有机玻璃试模.混凝土与模具之间有一层
11、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llI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GB/T500822009(普通混凝土长期性能和耐久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7d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130mm130mmx4OOmm,采用木模成型,中问预埋PVC管作为加载时钢筋的通道,四个试件组成一串,俗称葫芦串,7d脱模,采用100t的穿心式千斤顶对预应力钢筋进行
12、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40%,应变采用振弦式混凝土应变计测定,如图2所示.试验期间环境温度控制在(20_+1),相对湿度为(605)%.压力传感器图2徐变试验简图一14一1.4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72h(3d)前发展速度很快,基本达到672h(28d)的80%以上,到168h(7d)基本达到672h(28d)的90%以上,而掺减缩剂的试件D在168h(7d)时仅为672h(28d)值157x10的76%,其发展速度表现出一定的滞后效应.从672h(28d)自收缩值来看,相比于空白混凝土试件
13、A的246x10,掺PVA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17.5%,30.1%和36.2%,可以看出,掺PVA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PVA纤维试件孟凡利,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.PVA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PVA纤维混凝土的自收缩;粉煤灰和矿渣的活性效应不一样,其二次水化反应有互补和协同效应,水化产物以凝胶相为主
14、,避免了大量Ca(OH)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,从而显着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lil,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4为混凝土组分对干燥收缩的影响.从干燥收缩发展速度来看,混凝土干燥收缩90d左右发展较快,达到365d的85%以上,趋于稳定;从365d干燥收缩值来看,相比于空白混凝土试件A的238x10,掺PVA纤维试件B增加了16%,而双掺矿物掺合料试件C和掺减
15、缩剂试件D分别下降了17%和27%.由此可以看出,双掺矿物掺合料或减缩剂均可以降低混凝土的干燥收缩值,以掺减缩剂降低幅度最大,而PVA纤维不利于降低混凝土的干燥收缩呈婚擎图4混凝土组分对干燥收缩的影响混凝土组分对干燥收缩的影响机理与对自收缩的基本相同,所不同的是,PVA纤维的乱向分布可以降低收缩应力集中,并减少试件表层的失水面积,有利于降低干燥收缩,但PVA纤维也容易在试件中形成直达表层的孔道,同时弱化其界面结构,增加内部水分迁移的通道2J,从而最终增加了干燥收缩值.1.4.3徐变图5为混凝土组分对徐变系数的影响.从徐变系数发展速度来看,混凝土徐变系数100d左右已达到450d值的90%以上,
16、趋于稳定;从450d的徐变系数来看,相比于空白混凝土试件A的0.86,掺PVA纤维试件B略微增加了10%,而双掺矿物掺合料试件C和掺减缩剂试件D分别下降了19%和27%,表现出与混凝土组分对干燥收缩影响相同的规律1?00.8O?60.40.20.005010ol5O20o25030o3504004505oo加载后龄期,d图5混凝土组分对徐变系数的影响混凝土徐变机理十分复杂,影响因素众多,以致目前提出的徐变理论均不能圆满解释混凝土的徐变机理,每种理论都有其合理正确的一面,但也都存在一定的局限性【l.一般认为,混凝土徐变与其中的水分迁移和水化有关.PVA纤维容易形成内部水分迁移的渗出通道,并增加和
17、弱化其界面结构21,不利于试件强度的继续增加,从而增加了徐变系数;双掺的粉煤灰和矿渣互相搭配互补,改善了界面结构,提高了自身抵抗变形的能力,具体表现为降低了徐变系数;减缩剂可以延缓试件内部的湿度变化f84/,增强其表面的保水性51,从而使混凝土水化更充分更完整,提高了密实度,显着降低了徐变系数.2现场监测基于低收缩徐变的设计要求,沪杭高铁特大跨预应力混凝土桥梁采用双掺粉煤灰和矿渣配合比C进行泵送施工,部分施工难度大的超长构件,在经济条件允许的情况下,采用掺减缩剂混凝土配合比一15一OOOOOOOOO09632011年第1期混凝土与水泥制品总第177期D泵送施工.2.1监测思路沪杭高铁特大跨预应
18、力?昆凝土桥梁采用悬臂挂篮施工,一期横载和预应力随施工进度分期分批施加,合拢时经体系转换,再施加二期横载,因此造成不同梁段混凝土的龄期不同,而同一梁段又可能承受多个不同时间施加的荷载或预应力,使其收缩徐变十分复杂,难以区分_l.为排除这些因素的影响,特选沪杭高铁某特大跨预应力混凝土桥梁分别采用配合比C和D施工的拱梁结合段跨中截面监测,其截面尺寸如图6所示,监测时间从7d预应力加载到体系合拢转换的180d,期间没有施加的横载及不同梁段的预应力影响.监控器卜l./,o暑l/盟图6混凝土梁截面(Il1)监测仪器采用江苏某公司开发生产的YXR一4051型振弦式混凝土应变计和温湿度传感器,埋入混凝土内部
19、,可以同时监测到该点的应变和温湿度变化.测量得到的应变应是荷载引起的弹性应变,混凝土收缩应变,温度变化引起的应变以及徐变应变的总和.通过监测的温度和混凝土热膨胀系数计算,可以分出温度应变;为避免荷载和非均匀热应力引起的弹性应变,选取上顶板和下底板温度相同的截面布置测点,于梁上人员和交通少的夜间进行监On,4;而混凝土收缩应变和徐变应变是完全耦合的,难以分开,因此将两者作为一类应变考虑,下文所述的应变即为收缩应变和徐变应变的总和.2.2结果与分析舍去仪器损坏所测的凌乱数据,选取其中有代表性的数据,排除弹性和温度应变的影响,得到现场监测的应变值,如图7所示.1和2分别代表上顶板和下底板位置.由图7
20、可以看出,应变发展速度较快,加载80d左右,趋于稳定,在(165200)10之间;各截面的下底板应变略高于上顶板值,主要是由于上顶板和下底板配筋和初始应力不同造成的;采用掺减缩剂混凝土D的应变低于双掺粉煤灰和矿渣混凝土C的值,与试验结果能够较好地吻合.一16200150岬0,X100制倒50004080l2O16o2oo加载后龄期,d图7截面测点应变为对比监测应变值与计算应变值之间的关系,考虑到各监测值发展趋势相近,故只选取应变最大的C2作代表与04公路规范计算值比较,如图8所示.可以看出,计算值在180d内没有出现收敛迹象,保持了较高的发展态势,15d的计算值就已经超过180d的最大监测应变
21、值19510,180d的计算值是监测值的2.3倍.由此可知,由o4公路规范得出的计算值过于保守,与实际监测值相差很大,不宜直接用于指导该项工程施工,必须做出相应的修正.岬宝图8监测应变与计算值对比3结论(1)双掺粉煤灰和矿渣及掺加减缩剂可以有效减小7d等强度混凝土的收缩和徐变,其中以掺加减缩剂效果最好;PVA纤维可以减小混凝土的自收缩,但会增加混凝土干燥收缩和徐变,不宜用于配制高铁混凝土.(2)排除弹性和温度应变的影响,现场监测的收缩和徐变应变在混凝土加载80d左右趋于稳定,保持在(165200)10之间,各跨中截面的下底板应变略高于上顶板值.(3)04公路规范的计算应变值与实际监测值相差很大
22、,180d内没有出现收敛迹象,保持了较高的发展态势,其值过于保守,不宜直接用于指导工程施工.t,J,i一00一00一孟凡利,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参考文献:【1】丁文胜,吕志涛,盂少平,等.混凝土收缩徐变预测模型的分析比较【JJ.桥梁建设,2004(6):1316.2】谢友均,马昆林,刘宝举,等.复合超细粉煤灰混凝土的徐变性能J】.硅酸盐,2007,35(12):1636-1640.【3赵庆新,孙伟,郑克仁,等.粉煤灰掺量对高性能混凝土徐变性能的影响及其机理J.硅酸盐,2006,34(4):446I451.4】王雪芳,郑建岚.矿物掺合料对高性能混凝土自收缩
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27、地址:江苏省南京市江宁区东南大学九龙湖校区橘园5舍306宿舍(211189)征订启事2011年度邮局报刊征订工作已经结束,凡未能在当地邮局订到本刊的读者,可直接从邮局汇款到本刊读者服务部办理邮购手续.2011年全年定价96元.另外,本部有售下列资料:1.混凝土与水泥制品)1999年合订本60元2.混凝土与水泥制品)2002年合订本60元3.混凝土与水泥制品)2003年合订本65元4.混凝土与水泥制品)2004年合订本65元5.混凝土与水泥制品2006年合订本70元6.混凝土与水泥制品)2007年合订本70元7.混凝土与水泥制品)2oo8年合订本7O元8.混凝土与水泥制品)2009年合订本7O元9.混凝土与水泥制品)2olo年合订本70元l0.2002年混凝土与水泥制品增刊50元11.2004年混凝土与水泥制品增刊45元12.2006年混凝土与水泥制品增刊50元13.2008年混凝土与水泥制品增刊50元14.2010年混凝土与水泥制品增:FIJ50元l5.建筑材料标准汇编(水泥制品2004)220元以上价格已含普通印刷品邮费,如需挂号或特快,请加付邮资.汇单上请注明所购资料名称及收件人详细地址,邮政编码.汇款地址:江苏省苏州市三香路718号邮政编码:215004收款单位:混凝土与水泥制品杂志社电话:05126828571605l268285793(兼传真)一17