江市特大桥箱梁混凝土早期力学性能实验研究.pdf
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1、第 3 8卷 , 第 6期 2 0 1 3年 1 2月 公 路 工 程 Hi g hwa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8,No 6 De c 2 0 l 3 江市特大桥箱梁混凝土早期力学性能实验研究 周栋 梁 , 方 志 ,马智 慧 , 何 俊 荣 ( 1 湖南省 怀通 高速公路建设 开 发有 限公 司湖南 怀化4 1 8 1 1 6 ; 2 湖 南 大学 土木 工 程学 院 ,湖南 长 沙 4l 0 08 21 摘 要 混凝土的力学性能直接影响桥梁结构 的安 全和工作 性能 有必要对 其进 行现场测 试研究 。根 据标 准试验方法 , 分别测定了江市特大桥箱
2、梁混凝土的抗压强度 、 回弹 值 、 弹 性模量 等早期物 理力学 性能参 数 得 出了 现场 养护和标准养护两种条件下混凝土的力学性能发展 规律 , 建立 了江 市特大桥 箱梁混 凝土专 用测强 曲线 , 确定 了混凝土随龄期增长变化的物理力学参数发展模式 并对现场施工提出 了若干建议 , 对施 工具 有指导意义。 关键词 早 龄期;抗压强度 ;回弹值 ; 弹性模量 ;现场养护 ; 标准养护 中图分类号 u 4 4 8 2 1 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 7 9 0 5 Ex p e r i m e n t a l S
3、 t u d y o n M e c h a n i c a l Pr o p e r t i e s o f Ea r l y a g e Co n c r e t e i n t h e Bo x Gi r d e r o f J i a n g S h i Br i d g e ZHOU Do n g l i a n g ,FANG Zh i ,M A Zh i h u i ,HE J u n r o n g ( 1 Hu n a n H u a i t o n g E x p r e s s w a y C o n s t r u c t i o n& D e v e l o p me
4、 n t L t d ,H u a i h u a ,H u n a n 4 1 8 1 1 6 , C h i n a ; 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,H u n a n U n i v e r s i t y , C h a n g s h a ,H u n a n 4 1 0 0 8 2 , C h i n a ) A b s t r a c t Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e d i r e c t l y a f f e
5、c t t h e p e r f o r m a n c e o f t h e b r i d g e s t r u c t u r e Ac c o r d i n g t o t he s t a n d a r d t e s t me t h o d,t he p h y s i c a l a nd me c h a n i c a l p a r a me t e r s o f t h e e a r l y - a g e c o n c r e t e,i n c l u d i n g t h e c o n c r e t e r e b o u n d i n g
6、 v a l ue,c o mp r e s s i n g s t r e ng t h a n d e l a s t i c mo d u l u s,wh i c h wa s u s e d i n t h e b o x g i r d e r o f t h e J i a n g s h i b r i d g e ,we r e me a s u r e d,T h e l a w o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s d e v e l o p me n t o f t h e c o n c r e t e un d e r
7、 s i t e c u r i n g a nd s t a nd a r d c u r i n g wa s o b t a i n e d, a n d a d e di c a t e d c o n c r e t e s t r e n g t h c u r v e wa s e s t a b l i s h e d f o r J i a n g s h i b r i d g e T h e d e v e l o p me n t mo d e l o f p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p a r a me t e r
8、 s o f c o n c r e t e wi t h t h e a g e g r o wt h wa s a l s o e s t a bl i s h e d Ke y w o r d s e a r l y a g e ;c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ;r e b o u n d i n g v a l u e ;e l a s t i c m o d u l u s ;s i t e c u r i n g ; s t a n d a r d c u r i n g 1 概 述 混凝土结构在施工过程 中的力学表现 , 受诸多 可变
9、因素的影响, 是最典型的慢 速时变结构力学问 题 之一 。 混凝 土 材 料 的 物 理 力 学 性 能 诸 如抗 压 强度、 弹性模量等均随着龄期 的增 长而不断变化发 展 , 尤以早期最为剧烈 。混凝土早期力学性能的 研 究对 施 工期 间混 凝 土 的 结构 特 性 、 设 计 方 法 和 施 工 工艺 有重 要指 导 意义 。 关 于早 龄 期 混 凝 土 力 学 性 能 随 龄 期 发 展 的 规 律 , 国内外的研究主要集 中于标 准养护条件下的早 龄期混凝土的弹性模量和抗压强度。朱伯芳深入研 究了早龄期混凝土的抗拉强度 、 极限拉伸变形 , 以及 混凝土早龄期弹性 模量的时变规律
10、 , 分别给出了指 数型, 双曲线型、 对数型和插值公式型混凝土抗压强 度 和 弹 性 模 量 随 着 材 料 成 熟 度 发 展 的经 验 公 式 。 。N J G a r d n e r和 C A r i n o分 别 根 据 实 验 数 据 , 建 立 了考 虑 养 护 温 度 和 龄期 的强 度 计 算 公 式 。 目前 , 混凝土随龄期 增长的变化 的物理力 学 参数 在我 国现 行 规 范 尚无 规 定 , 多 采 用 欧 洲模 式 规范 C E BF I P MC 9 0和美国 A C I 2 0 9 R一 9 2建议的 公 式 。 本文对江市特大桥箱梁混凝土早期力学性能包 括抗
11、压强度 、 回弹值 、 弹性模量进行了实验研究 , 得 收稿 日期 】2 0 1 3 一I l 一 2 0 作者简介 】周栋梁 ( 1 9 6 9 一) , 男 , 湖南祁东人 , 高级工程师 , 主要从事高速公路勘察设计与建设管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 公路工程 3 8卷 出了现场养护和标准养护两种条件下混凝土的力学 性能发展规律, 建立了箱梁混凝土专用测强曲线, 确 定 了混凝土随龄期增长变化的物理力学参数发展模 式。结果表明, 箱梁混凝土早期力学性能优良, 发展 平稳; 专用测强曲线可为实桥箱梁混凝土强度 的测 量提供可靠依据 ;
12、根据混凝 土力学性能发展规律对 混凝土配合 比优化设计 , 预应力张拉龄期控制 , 开裂 控制等提出了若干建议 , 对 现场施工具有指导性意 义。 2早龄期 力学性 能实验 江市 特大桥是怀 通高速沿线较典型 的大跨桥 梁 , 主桥为分离式双幅预应力混凝土变截面连续刚 构桥, 采用 C 5 5混凝土 , 主桥跨 径布置为( 7 0+1 2 0 +1 0 5+6 5 ) m。左、 右幅桥宽相差很大, 左幅为一般 高速公路桥 梁很少 使用 的单 箱双室 箱梁 , 顶宽 达 2 1 5 m, 右 幅为常用 的单箱单 室箱梁 , 顶 宽 1 2 m。 采用 C 5 5混凝 土, 配合 比为: 每立 方
13、米 混凝 土 中 P 0 5 2 5普通硅酸盐水泥 4 8 0 k g , 中砂 6 5 6 k g , 碎石 1 1 1 7 k g , 水 1 6 5 k g , H DP C A一高效减水 剂 4 8 k g , L T微硅粉 1 8 2 k g , L T聚丙烯晴纤维 0 5 k g 。 2 0 1 1 年 7月2 2日在 1 8号墩箱梁施工时在现场 取样制作试块。其 中立方体抗压强度试 件尺寸为 1 5 01 5 01 5 0 m m, 每组为 3个试块 , 根据养护条 件以及养护时间共制备 1 0组试件 , 其 中标准养护条 件下和现场养护条件下各 5组。棱柱体弹性模量试 验所采用
14、的试件尺寸为 1 5 01 5 03 0 0 m m, 每组为 6个试块 , 根据养护条件以及养护时间共 制备 1 0组 试件, 其中标准养护和现场养护条件下各 5组 。 根据 公路工程水泥及水泥混凝土实验规程 ( J T E E 3 02 0 0 5 ) 提供的水泥混凝土立方体抗压强 度和棱柱体抗压弹性模量实验方法 , 每隔一定 的 时间试压并测取混凝 土的立方体抗压强度 , 棱柱体 抗压强度 和棱 柱体弹性模量。试件共 进行 了 3 d , 5 d , 7 d , 1 4 d , 2 8 d共 5组强度测试。 3 实验结 果 早龄期的混凝土试块( 养护期 7 d ) , 此 时标养试块与现
15、养试块外观有明显 区别 : 标养试块 外观呈乌灰色, 表面致密, 而现养试块呈纯灰色 , 表 面略有孔洞。此时的试块破坏时立方块环箍效应明 显 , 但破坏时剥裂成碎渣, 棱柱体破坏 时裂声清脆 , 完全分离成碎片。 实测的混凝土立方体抗压强度、 棱柱体抗 压强 度以及棱柱体弹性模量 的发展实测数据见表 1 。 表 1 混凝立方体 抗压强度、 棱柱体抗压强度及弹 性模 量实测数据 Ta b l e 1 Me a s ur e d d a t a f o r c o mp r e s s i v e s t r e n g l h o f c o nc r e t e c u bep r i s
16、m a n d e l a s t i c mo du l us 混凝 土立 方 体抗压 强度 以及棱 柱体 抗 压强度 的 发展 规 律见 图 1 所 示 。 由图 1 ( a ) 可知, 现养和标养条件下立方体混凝 土 的 7 d抗 压 强 度 分 别 为 6 9 4 MP a和 7 1 1 M P a , 与标养试件相比, 现养立方体 3 d抗压强度要高 2 5 MP a ( 4 5 ) , 7 d抗压强度要低 1 7 MP a ( 2 4 ) , 2 8 d抗压强度要低 4 1 MP a ( 5 4 ) 。现养条件为 连续高温天气, 由于现养过 程中前期大气温度较标 养温度高, 使得现
17、养条件下混凝土立方体早期强度 发 展较 快 , 故 现养 条 件下 混 凝 土立 方 体 早期 强 度 比 标养条件下的强度要高。 由图 l ( b ) 可知 , 现养 和 标 养条 件 下 混凝 土 的 7 d棱柱体抗压强度分别为 5 0 0 MP a和 4 8 3 MP a 。与 标养试件相比, 现养棱柱体的 3 d抗压强度要高 0 1 MP a ( 0 2 ) , 7 d抗压强度要高 1 6 MP a ( 3 5) , 2 8 d抗压强度要高 0 1 MP a ( 0 2 ) 。由于现养过 程中前期大气温度较标养温度高, 使得现养条件下 混凝土立方体前期强度发展较快, 故现养条件下混 凝
18、土棱柱体早期强度 比标养条件下的强度要高。 由图 1 ( c ) 可知, 现养 和标养 条件下 混凝 土的 7 d棱柱 体 弹性 模 量分 别 为 3 5 51 0 MP a和 3 8 5 1 0 MP a , 与现养试 件相比, 标养试件 3 d弹性模 量要低 2 3 , 相应的7 d弹性模量要高 7 8 , 2 8 d 弹性模 量要 高 3 6 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 周栋梁 , 等 : 江市特大桥箱梁混凝土早期力学性 能实验研究 8 l 6 2 6 O 5 8 皇5 6 氲5 4 魑 5 2 蒙 5 0 48 46 44 测试 时间
19、h f a J 混 凝土立方 体抗压 强度 钡9 试 时 I司 h iI !j 试 时 I h ( b )混凝土棱柱体抗压强度 ( c ) 混凝土棱柱体弹性模量 图 1 主桥箱梁 混凝土 强度 及弹 性模量 发展规律 Fi g ur e 1 Th e d e v e l o pme n t l a w o f c o n c r e t e cu b e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h 下面 比较混凝土立方体抗 压强度 , 棱柱体抗压 强度以及棱柱体弹性模量随着加载时间的发展规律 和发展速率。以立方体抗压强度为例 , 以加载龄期 为 2 8 d时实测值作
20、为基准值 , 其他各加载龄期时的 实测值除以这个基准值 , 即得到了一个无量钢且小 于 l的数值。用相同的方法求出棱柱体抗压强度以 及棱柱体弹性模量发 展规律。作 出其强度发 展曲 线 , 如图 2所示。 瓣 瑙 皑 冁 速率 速率 速率 速率 发展 速率 发展速率 图 2混凝 土 强度 和 弹性 模量 随 加 载 龄 期 的 发展 规律 Fi g u r e 2 Th e de v el o p me nt l a w o f c o n c r e t e p r i s m c o mp r e s s i v e s t r e n gt h 由图 2可以看出, 由于现场气温较高 ,
21、现养条件 下的立方体抗压强度和棱柱体抗压强度在早期发展 速率均快于标 养, 1 4 d之后的发展几乎 一致; 标养 棱柱体弹性模量发展速率高于现养试件。 取 3 d , 7 d的强度和弹性模量与 2 8 d对应实测 结果的百分比, 见表 2 。表中厂 c l ( t ) : ( t ) 分别为养 护龄期 t 时刻的现场养护和标准养护立方体试块抗 压强度 , 。 ( 2 8 ) , ( 2 8 ) 分 别为其对 应 的 2 8 d强 度 ( t ) ,厂 c ( t ) 分别为养护龄期 t 时刻的现场养 护和标准养护棱柱体试块抗压强度, 厂 c ( 2 8 ) , ( 2 8 ) 分别为其对应的
22、 2 8 d强度; E, ( t ) , E ( t ) 分别 为养护龄期 t 时刻的现场养护和标准养护棱柱体弹 性模量 , E, ( 2 8 ) , E ( 2 8 ) 分别为其对应的 2 8 d弹性 模 量 。 由表 2可 知 , 箱梁 混凝 土强度 早期 发展 迅速 , 后 表 2 混凝土立方体抗压 强度 、 棱柱体抗压强度及弹性模量发展规律 Ta bl e 2 Th e d e v e l o pme nt l a w o f c o l np r e s s i v e s t r e ng t h a n d e l a s t i c mo du l u s 期仍有较 大发展。以
23、立方体试块 强度 为例 : 3 d立 方体抗压强度标 养和现养试块 分别为 2 8 d强度的 7 3 6 和 8 1 3 ; 7 d立 方 体 抗 压 强 度 标 养 和 现 养 试块分别为 2 8 d强度的 8 2 9 和 9 4 3 。 由上述可知 , 混凝土强度发展较为平稳 , 在本试 验 大气 环境 条件 下 , 现 养 条 件 下 3 、 5 d的 混 凝 土 强 度要高于标养条件对应 的强度( 标养条件下温度为 l 8 o C) , 而 现养 条 件下 7 、 l 4、 2 8 d的 混 凝 土 强 度 要 低于标养条件对应 的强度。因此 , 实际施工过程中 应具备现养试块 , 并
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