钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析.pdf
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1、2 0 1 0年第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i ng l 3 3 文章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 8 - 0 1 3 3 -04 钢管微膨 胀混凝土 的水化 热与限制膨胀性能分析 陈梦成 , 袁 方 , 许 开成 ( 华东交通大学 土木建筑学院 , 南 昌3 3 0 0 1 3 ) 摘要: 以膨胀剂掺量为基本参数 , 对不同水化热温度影响下的 5根钢管微膨胀混凝土构件的膨胀性能扣 应 力场进 行 了研 究 , 考察 了水 泥水化 阶段钢 管微 膨胀 混凝 土构件 温 度 场及 其核 心混 凝 土 的 限制膨
2、 胀 特 性。结果表 明, 钢管微膨胀混凝土构件截面温度场的变化规律与普通混凝土构件类似; 核心混凝土 中掺 加 膨胀 剂 , 补偿 收缩 效果 明显 , 并且在 钢 管的 限制作 用 下产 生 了一 定 的预 压 应 力。根 据 试 验 结果 , 分 析 了核 心混 凝 土限制膨 胀 的应 变特 点及 其影 响 因素 , 研 究 了核 心 混凝 土预 压 应 力的产 生、 分 布特 点及其 与 膨 胀剂掺 量 的关 系, 为钢 管微 膨胀 混凝 土 的优 化 设计提 供 了依 据 。 关键 词 : 钢 管混凝 土 微膨胀 水化热 限制膨胀 中图分类号 : T U 3 9 2 3 文献标 识码
3、 : B 在普通 钢管 混凝 土 中 , 由于混 凝土 的收缩 和徐 变 , 使钢管的约束作用难 以发挥, 不能充分显示组合结构 的优 点 。在 钢管 核心 混凝 土 中掺 加适 量 膨 胀 剂 , 不 仅 可 以 补 偿 混 凝 土 的 收 缩 , 而 且 能 产 生 一 定 的 自应 力 ( 因混凝 土膨 胀而 在混 凝 土 中产 生 的预 压 应力 和 在 钢 管 中产 生 的预 拉 应 力 ) , 使 核心 混 凝 土 在钢 管 的 约束 作用下一开始就处于三向受压状态 , 显著提高 了其力 学 性能 , 同时也 解决 了 自应力混 凝土 限制 不足 的缺点 。 国 内外 已有研 究者
4、对 钢管 自应力 混凝 土 的性能进 行 了 研究 。卢 哲 安等 对 钢 管 高 强 低 热微 膨 胀 混 凝 土 进 行 了试验研 究 ; 姚武 和钟 文 慧 利用 掺 加 钢 纤维 和膨 胀剂 来控 制核心 混凝 土 的 早期 膨 胀 和 后期 收缩 , 取 得 了 良好 的效 果 ; 黄承逵 等 对 钢 管 自密 实 自应 力 混 凝 土短 柱轴压力 学性 能 进 行 了试 验研 究 ; 常旭 等 对 圆 钢管 自应力混 凝 土 自应 力 的大 小进 行 了计 算 , 并 对 其 进 行 了推 出试 验 。 本 文拟 以膨胀 剂掺 量 为 主 要参 数 , 研 究 钢 管 微膨 胀 混
5、凝 土 中核 心混凝 土 的水 化 热和 限制 膨胀 特 性 , 这 些 也是 目前有关 工程 界所关 注 的热点 问题 。 1 试件设计 1 1 试 件制 作 本次试验制作了 5根方钢管混凝土试件 , 其 中一 收稿 日期 : 2 0 1 0 - 0 3 - 1 8 ; 修回 日期 : 2 0 1 0 -0 5 1 5 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 6 8 0 0 6 ) , 江西省 自然科学基 金项 目( 2 0 0 9 G Z C 0 0 2 1 ) , 江西省教育厅科研项 目( G J J 0 8 5 0 1 ) 作者简介: 陈梦成( 1 9 6 2 一) ,
6、男, 江西高安人 , 教授 , 博士。 根 灌人 的是普 通混 凝 土 , 其余 4根灌 入 的是 微膨 胀 混 凝 土 , 膨胀 剂 掺量 分 别 为 胶 凝 材 料 的 8 、 1 2 、 1 5 和 2 0 , 分 别 用 P 一 0 , P 一 8 , P 一 1 2 , P 一 1 5和 P 一 2 0来 表 示 。 钢 管边 长为 1 8 0 m m, 管长 为 6 0 0 m m, 由厚 度 为 4 mm 的 4块钢 板拼 焊而成 , 对应 每个 试件 加工 两个 厚 5 mm 的钢 板作 为盖板 , 先 在空 钢管一 端将 盖板 焊上 , 另一 端 要等混凝土浇灌后体 积稳定
7、( 1 d ) 再焊接 。钢材的屈 服强 度 、 抗 拉 强 度 、 弹 性 模 量 及 泊 松 比 分 别 为 3 1 2 MP a 、 3 8 6 MP a 、 1 8 11 0 MP a及 0 2 6。 微 膨胀 混凝 土采用 的材 料 是 : 4 2 5普通 硅 酸 盐水 泥 ; 花 岗石碎 石 , 最 大粒 径为 3 0 mm; 中砂 , 细度模 数为 2 6 ; 减水 剂为 P C A I V 高 效减水 剂 , 掺量 为胶 凝 材料 总 量 的 0 3 ; 采用 U E A膨 胀剂 , 等量 取 代水 泥 , 混 凝 土 配合 比见 表 1 。 混凝土采用搅 拌机搅拌 , 试 件
8、浇筑完成 后置 于实验 室 中 自然养护 , 同时制作 1 5 0 m m1 5 0 m m1 5 0 m m混 凝土立方体试 块 5组 , 每组 3个 , 均 与试 件 同条 件下 养 护, 测试方法依据 国家标准 普通混凝土力学性能试验 方法标准 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 进行, 测试结果见表 1 。 1 2试 验方 法 在 钢管两 相邻 外表 面 布置规格 为 3 m m 5 m m 的 应 变片 , 位置如 图 1所 示 , 用 D H 3 8 1 6静态 应 变数据 采 集箱 对 钢 管 的 应 变 进 行 采 集 。在 混 凝 土 内部 预 埋 J M
9、Z X 一 2 1 5应变计, 在各试件的中心位置布置一个横向 应变计 , 同时 可 以测 量 构 件 中心 位 置 的 温 度 , 用 一 台 J M Z X 一 3 0 0 1型综合智能读数测试仪对混凝土的应变和 温度进行观测, 前 7 d每天采集 3 4次数据 , 以后每 天采集一次 , 持续观测 3 3 d 。试件情况见图 2 。 1 3 4 铁道建筑 A u g u s t , 2 0 1 0 图 1 应变片布置 图 2 试 验 试 件 2 O 1 8 l 6 赠 1 4 l 2 2结果与分析 2 1 水 泥水化 阶段 温度 实测结 果与分 析 钢 管混 凝土试 件水 泥水化 阶段
10、温度实测 结果如 图 3所示。由图 3可知 , 混凝 土浇灌初期, 水化热较高, 最高温度出现在浇筑后 1 d左右 , 各试件截面中心与 室 内大气 最大温 差为 6 5 左 右 , 随着 热 量 的散失 , 2 d后水化热放热基本完成, 核心混凝土温度接近室 内 大 气温度 。 随着 膨胀 剂 掺 量 的增 加 , 核 心混 凝 土水 化 阶段 的水 化热 峰值 不断 降 低 , 这 是 因为 膨胀 剂 掺 量 的 增大使得水泥含量减小 , 从而在一定程度上影响 了水 泥 的水 化作用 。和 以往对普 通混 凝土水 泥水 化阶段构 件 温度 场 的研 究结 果相 比 , 钢管微 膨胀混 凝
11、土核心 混凝土温度变化的规律与其相似, 即混凝土内部温度 均是先上升然后下降 , 最后接近室内温度。 2 2 限制膨 胀变 形实测 结果 与分析 2 2 1 实测结果 分析 图 4给 出 了混 凝 土 的 横 向变 形 与 时 间 的关 系 曲 线 , 可 以看 出 , 钢管微 膨胀混 凝土 中核心混 凝土 的横 向 限制膨胀 变形 可 以归 纳 为 膨胀 期 、 收缩 期 和稳 定 期三 个 阶段 。第一 阶段膨 胀变形 增 长迅速 , 维持在 1 0 d左 右 , 说 明膨胀 混凝土 在早期 产生 了较大 的膨胀 , 膨胀效 4 6 8 l O 1 2 时 间f d 图 3 试件 内部温度
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