自密实混凝土模板侧压力测试方法研究.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 2年第 9期 ( 总第 1 7 1 期 ) 自密实混凝土模板侧压 力测试方法研 究 张嘉新 ， 高小建 ， ( 1 黑龙江省寒地建筑科学研究院。 哈尔滨1 5 0 0 8 0； 王子龙 ， 朱卫中 2 哈尔滨工业大学土木工程学院 哈尔滨1 5 0 0 0 6) 【 摘要】 研制了一种可准确、 定量评价不同浇注速度和高度条件下 自密实混凝土模板侧压力的实验装置 与测试方法。利用此实验装置对不同粉煤灰掺量的自密实混凝土模板侧压力进行测试， 结果表明： 白密实混凝土 产生的模板侧压力远远低于理论计算的静水压力值。在流动性相同条件下， 掺粉煤灰对自密实混凝土的模板侧 压力影 响不大。 【 关键词】 自密实混凝土； 模板侧压力； 实验装置； 测试方法 ； 粉煤灰 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 0 6 0 3 自密实混凝土( S C C) 是为了达到快速施工、 提高混凝土 浇注质量， 并且在致密钢筋的构件浇注中也能完全达到密 实效果的高性能混凝土 0 J ， 近年来已成为研究与施工应用 热点， 但工程实践发现， 由于 S C C自身流动性好， 易于下落 滑动， 施工过程中对于模板的稳定性会产生一定影响， 故通 常认为， 在 S C C浇注施工过程中， 由于其高流动性， 会使整 个薪拌混凝土产生的静水压力全部施加到模板上。因此 ， S C C施工常采用更多加肋的模板和密集加强的支撑系统 ， 拆 模时间也相对较晚。近期研究发现 ， S C C模板侧压力因 不同配合比混凝土的流变性 能和触变性不同而有很大差 异， 同时受浇注速度、 浇注高度等因素影响而使得模具系统 设计复杂 ， 且要求高， 费用多， 成本大。因此， 研究 S C C的模 板侧压力成为近年来国际上的热点课题 J 。测试混凝土 模板侧压力采用何种方法更为科学则是该课题研究的难 题 ， A s s a a d - 6 等采用圆柱体的侧面不同高度处安装可反映重 力变化的传感器法通过电子信号的转化来获取侧模板压力 表征信 号模拟值 ， 具体 圆柱体 的尺寸为 西 2 o o 2 8 0 0和 中2 0 o1 1 0 0两种， 由于尺寸效应所限， 该法仅能评价有效高 度条件下浇注S C C的侧模板压力， 而对于快速浇注的 S C C 在一次浇注高度为 1 01 2 m时则推断不 出其测试的准确 性。因此， 必须研究出一个新的方法来测试 S C C并反映出 S C C浇注在不同高度条件下的新拌混凝土对模板侧压力作 用的试验装置。本研究针对 A s s a a d法的缺陷， 取美国西北 大学 A C B M法之长， 通过反复测试 自己研究了一种可模 基金项目】 高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金课题( 2 0 1 0 C E M O 1 3 ) ； 先进土木工程材料教育部重点实验室开放基金课题 ( K 2 0 1 0 0 3 ) 0 OO oO oO OO O O 0O 0 O O0 O O OO OO OO OO OO O O O0 OO OO o O 0O OO OO OO OO OO OO O O O0 OO OO OO OO oO O O OO oO O O Oo OO 0O OO OO OO O0 O 0 O 并不是从一开始就发生的， 而是在垂直压力的作用下先发生 压缩， 待试样压缩到一定程度后， 才开始发生剪胀。对试样 发生剪胀时剪应力与垂直压力进行分析可以发现， 随着垂直 压力的增大， 试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。 3结语 ( 1 ) 通过对 5种方案接触面水平位移沿试样高度的 变化规律的分析， 得出： 00 1 a m单一粒径粉砂接触面厚 度约为 3 7 m m； 1 0 2 0 m m单一粒径粗砂接触面厚度约 为 1 0 2 0 mm； 2 05 0 ram单一粒径砾砂接触面厚度约为 1 5 3 0 mm； 接触面厚度随粒径的增加而增加。 ( 2 ) 在法向压力较低( 5 0 k P a ) 时， 剪切应力 一位移关 系曲线呈现应变软化型； 随着法向压力的增高 ， 剪切应力 一 位移关系曲线逐渐呈现应变硬化型。此时， 不同单一粒径的 土与混凝土界面剪应力 一位移曲线可看成由一条斜直线、 一 条双曲线和一条平直线 3部分组成。 ( 3 ) 随着垂直压力的增大， 剪应力达到峰值时对应的 剪切位移也逐渐增大 ， 法向压力小于 1 0 0 k P a时， 试样破坏剪 切位移为 3 5 ra m； 法向压力较高( 2 0 0 、 3 0 0 k P a ) 时， 试样破 坏剪切位移为 61 0 mm。 ( 4 ) 单剪试验的 s 关系曲线显示， 垂直压力越低 剪胀越明显； 随着垂直压力的增大， 试样剪胀性逐渐减弱。 参 考文献 1 赵少伟， 窦远明， 等 砂垫层隔震性能的试验研究 J 】 河北工 业大学学报 ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 3 ) ： 9 2 9 7 2 U e s u g i M，K i s h i d a H F ri c t i o n a l r e s i s t a n c e a t y i e l d b e t w e e n d r y s a n d a n d m i l d s t e e l J S o i l s a n d F o u n d a t i o n s ，1 9 8 6 ，2 6( 4) ： 1 3 9 1 4 9 3 K i s h i d a H，U e s u g i M T e s t s o f t h e i n t e r f a c e b e t w e e n s a n d a n d s t eel i n t h e s im p l e s h e a r a p p a r a t u s J G e o t e e h n i q u e ， 1 9 8 7 ， 3 7 ( 1 ) 4 殷宗泽 ， 朱 泓， 许国华 土与结构材料接触面的变形及其数学 模拟 J 岩土工程学报 ，1 9 9 4， 6 ( 3 ) ：l 42 2 5 周小文 ， 龚壁卫， 等 砾石垫层 一 混凝土接触面力学特性单剪 试验研 究 J 岩土工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 7( 8 ) ： 8 7 68 8 0 收稿日期】 2 0 1 2 0 4 1 7 作者简介 刘江元( 1 9 8 5一)， 男 ， 河北邯 郸人 ， 硕 士， 研究 方 向： 地基处理和基础设计理论研究。 张嘉新等 ： 自密实混凝土模板侧压力测试方法研究 7 拟不同高度 S C C浇注时对模板作用侧压力试验装置 ， 并给 出测试操作步骤， 并对不同配合 比自密实混凝土进行实际 测试 。 1 实验装置与测试方法 ： 2 一 l l l l ： l I l I 图1 模板侧压力装置结构示意图 文中提出一种可以测试不同浇注高度条件下 S C C模板 侧压力的测试装置， 图 1 显示了其结构构造。测试设备主要 由数据采集显示仪、 压力传感器、 钢筒底盘、 螺旋千斤顶、 钢 筒密封活塞、 钢形圆筒主体 、 上板、 下板、 左右支柱、 上下压 强传感器等 1 0部分组成 ， 在图 1中分别用 1 2 3 4 、 5 6 7 8 、 9 、 1 0符号标注 ， 整个设备共由三个部分共同工作， 第一部 分为垂直压力控制系统， 由压力传感器采集显示仪 1 、 压力 传感器2和螺旋千斤顶4组成， 主要作用是控制与测量施加 在新拌自密实混凝土上的压力值以模拟不同浇注高度下的 新拌混凝土压力变化； 第二部分为设备支撑系统 ， 由上板 7 、 下板 8 、 两个支柱 9组成， 主要作用是对整体装置起支撑与 固定作用， 保证加载与测试过程中的数据稳定性与可重复 性； 第三部分为转化模板压力采集系统 ， 由压强变送器 1 O和 外连计算机组成， 主要作用是测量混凝土的模板侧压力数 据， 通过计算机软件采集并记录数据。而钢筒底盘 3 、 钢筒 密封活塞 5和圆形钢筒 6构成一个盛装新拌混凝土的密封 容器， 由螺旋千斤顶 4产生的压力通过钢筒密封活塞 5在圆 形钢筒内的轴向运动直接施加到新拌混凝土上。这样便形 成了一个模拟浇注 自密实混凝土的主体， 通过计算一定高 度现浇自密实混凝土产生的静压力并对新拌混凝土施加压 力， 便可模拟测试不同浇注高度条件下混凝土模板侧压力。 新设备操作过程具体如下： ( 1 ) 操作前首先检查圆形钢筒与钢筒底盘、 两个压强 传感器与圆形钢筒连接是否紧密， 以确定该装置上的圆形 钢筒是否有渗漏点； 之后将搅拌好的新拌 S C C缓慢装入圆 形钢筒中到达一定高度处， 在装入新拌 S C C之前应在钢筒 上边缘内壁上均匀涂抹少量凡士林， 保证钢筒与钢筒密封 活塞的严格密封。 ( 2 ) 其次将螺旋千斤顶置于钢筒密封活塞的上端面 上， 仔细调整螺旋千斤顶的位置， 并小心地使螺旋千斤顶的 竖向中心线与垂直压力传感器的探头和圆形钢筒的轴线在 一 条直线上， 以保 证垂直压力均匀加载到钢筒 中的新拌 S C C上 。 ( 3 ) 第三步将垂直压力传感器显示仪表清零， 旋转螺 旋千斤顶， 使其顶端与垂直压力传感器接触， 继续旋转螺旋 千斤顶， 通过钢筒密封活塞使圆形钢筒内的新拌 S C C承受 压力作用， 至于调节在活塞顶端的端承压力值 的大小和增 长快慢可通过螺旋千斤顶的旋转速度进行控制， 通过垂直 压力传感器显示仪表值和记录新拌 S C C的垂直压力数值。 ( 4 ) 当活塞端承面与新拌 S C C接触致密后螺旋千斤 顶旋转不动时， 既为活塞面对新拌 S C C产生的最大压力 ， 此 时， 就可以记录出钢筒的侧压力数据和垂直压力数据， 经过 传感器的电子信号转换即可读出所测试的新拌 S C C在一定 的压力作用下 ， 在相应的浇注高度上所产生的模板侧压力， 最后一步， 将本仪器在不同高度、 不同压力下的新拌 S C C测 试值包括压力值的大小和压力增长速率的快慢进行列表转 换模拟为不同浇注高度和浇注速率下的新拌 S C C对侧模板 的作用 ， 从而可 以测试 出不 同施 工 条件下 的 自密实 混凝 土 模板侧压力。 2实验装置校正 为了检验此装置中圆筒形容器的密封性、 加压控制系 统与侧压力测试系统的准确性好坏。以水为介质， 通过加 不同垂直压力测试水的侧压力值大小 ， 测试结果如图 2所 示。加载过程分为4段 ， 其模拟的水样高度分别为4 、 6 、 1 0 、 1 4 m在每一高度上的加压时间为 3 0 m i n记录测试数结果表 明， 由本仪器所测得在4 个时段高度上所产生静水压力转换 为侧模板的压力与理论计算得到的静水压力值非常接近， 两者之间的最大偏差值均小于 5 k P a 。而产生这种偏差的主 要原因是由于在# l, I n 压力作用下少量水和空气从圆筒容器 顶盖缝隙处泄露的原因。在实际测试中， 由于 白密实混凝 土材料相对于自来水更加粘稠， 发生这种泄露和测试偏差 的可能性极小。因此， 文中研制的这种模板侧压力测试装 置具有密封性好、 测试精度高的特点。 重 幽 嚣 辎 时间， l I 图1 水的模板侧压力与理论静水压力对 比 3实验部分 3 1 原材料与配合比 采用亚泰集团哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌 P 0 4 2 5 水泥， 粉煤灰为哈尔滨第三发电厂生产的 I级粉煤灰。砂 子为松花江江砂， 其细度模数为 2 6 7 ， 属于 区级配中砂； 石子为5 2 5 m m的连续级配碎石。采用哈工大强石集团生 产的聚羧酸盐高效减水剂， 减水率达 3 0 以上。 8 低温建筑技术 2 0 1 2年第 9 期( 总第 1 7 1 期 ) 文中设计了4组 自密实混凝土， 基准混凝土配合比为： 水泥： 水 ： 砂： 碎石 =5 3 0： 1 9 1 ： 7 8 9 ： 8 9 0 。在此基础上， 固定水 胶 比和胶凝材料用量不变， 分别掺人 1 0 、 2 0 和3 0 粉煤 灰等质量取代水泥， 得到 F A 1 0 、 F A 2 0和 F A 3 0混凝土配合 比。各混凝土的工作性和力学强度如表 1 所示。主要通过 坍落度、 坍落扩展度、 和 V型漏斗流出时间等参数评价 其工作性能 ， 可见， 每种混凝土均可以达到自密实的要求。 表 l 试验用混凝土的工作性能与强度 3 2 实验 方法 采用文中研制的混凝土模板侧压力测试装置 ， 将混凝 土分两层浇入圆筒形容器中， 使混凝土上表面距离圆筒顶 部 2 0 m m左右； 将圆筒上部内外表面清理干清 ， 把带有橡胶 密封圈的钢筒密封活塞垂直平缓压入圆筒内并与混凝土表 面完全接触； 随后进行模板侧压力测试。根据实际工程现 浇 S C C的时间变化情况， 进行分段， 每一段的浇筑量根据新 拌 S C C性能参数确定， 按分段加压规则， 每 3 0 ra i n加压一 次， 每次加压相当于 3 5 m高度混凝土产生的静压力 ， 分四 次加到最大压力时， 对应于模拟 1 4 m高度混凝土； 加压结束 后， 继续保持压力6 h测试模板侧压力随时间变化值的变化。 3 3实验结果 重 R 莺 辎 时闻， h 图3 不同粉煤灰掺量S C C 的模板侧压力 各混凝土的模板侧压力测试结果如图3所示。试验结 果表明， 新拌 S C C的模板侧压力测试值均远低于理论计算 的新拌混凝土静水压力值， 随着浇注高度的增加垂直压力 逐渐的增加 ， 两者相差值也不断增大； 在达到最高垂直压力 时， 模板侧压力比静水压力值低 8 6 k P a ， 降低幅度约为2 5 左右。在前三段加压过程中， 随着粉煤灰的掺量增加， 自密 实混凝土产生的模板侧压力略低于不掺粉煤灰的混凝土， 其差值约为 1 5 k P a 。且掺 1 0 粉煤灰的 自密实混凝土模板 侧压力还高于不掺粉煤灰的基准混凝土， 掺 2 0 和 3 0 粉 煤灰的混凝土模板侧压力值则逐渐低 于基准 自密实混凝 土。当垂直压力增加到最高值后 ， 不同掺量粉煤灰的 自密 实混凝土模板侧压力随时间逐渐下降， 但掺 1 0 粉煤灰混 凝土的模板侧压力仍高于基准混凝土， 降幅平缓； 掺 3 0 粉 煤灰混凝土与基准混凝土的降幅基本一致 ， 最多达 4 左 右。对于掺入 2 0 3 0 的 I 级粉煤灰的 S C C而言， 在相 同流动性时混凝土中可以减少用水量5 8 ， ， 可使得泵 送剂的用量在原掺量的基础上减少 2 一3 ， 使混凝土模 板侧压力有所降低； 但也有学者认为， 由于 I级粉煤灰的取 代水泥作用及降低塌落度的损失作用， 也会在短时间内可 以保持较好的工作性能， 使得模板侧压力降幅减小。总体 来说， 在达到相同流动性条件下， 掺粉煤灰对 自密实混凝土 模板侧压力的影响不大。试验表明， 与基准混凝土相 比有 降低趋势。因此 ， 在自密实混凝土配合比设计时， I级粉煤 灰的掺量以2 0 3 0 为宜， 且取2 5 效果较好。 4结语 ( 1 ) 文中设计的由垂直压力控制系统、 支撑系统和模 板侧压力采集转换系统三部分 1 O个部件组成的 S C C模板 侧压力装置， 对于测试新拌 S C C在不同浇注高度时侧压力 参数， 具有测试方法易行， 操作简单 ， 便捷迅速， 测试精度 高， 模拟效果好的特点。 ( 2 ) 自密实混凝土的模板侧压力远远低于其产生的 静水压力值。在相同流动性条件下， 掺入粉煤灰 2 0 一 3 0 对 自密实混凝土模板侧压力值及其随时间衰减过程的 影响不大。 参考文献 1 P L D o m o n e A r e v i e w o f t h e h a r d e n e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e lf c o m p a c t i n g c o n c r e t e J C e m e n t & C o n c re t e C o m p o s i t ， 2 0 0 7， 2 9 ( 1 ) ： 11 2 2 刘运华， 谢友均， 龙广成自密实混凝土研究进展 J 硅酸盐 学报 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 5 ) ： 6 7 1 6 7 6 3 D F e d r o ff a n d R F r o s c h F o r mw o r k f o r s e l f c o n s o l i d a t i n g c o n c ret e J C o n c ret e I n t e rna t i o n a1 2 0 0 4 ， 2 6 ( 1 0 ) ： 3 23 7 4 K H K h a y a t ， J A s s a a d Me a s u reme n t s y s t e m s f o r d e t e r mi n i n g f o r m w o r k p r e s s u re o f h i s h l yfl o w ahl e c o n c r e t e J M a t e ri a l s a n d S t r u c t u res ， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 1 ) ： 3 74 6 5 J As s a a d ，KHK h a y a t E ff ect ofc o s r s e a g g r e g a t e c h a r a c t e ri s t i c s o n l a t e r al p re s s u re e x e r t e d b y s e l f c o n s o l i d a t i n g c o n c re t e J A C I Ma t e r i al s J o u rnal， 2 0 0 5， 1 0 2 ( 3 ) ： 1 4 51 5 3 6 J A s s a a d ， K H K h a y a C E ff ect ofc a s t i n g r a t e a n d c o n c ret e t e m p e r a t u re o nf o r mw o r k p ms s u re o f s e lf c o n s o l i d a t i n g c o n c ret e J Ma t e r i als a n d S t r u c t u res ， 2 0 0 6， 3 9 ( 3 ) ： 3 3 33 4 1 7 AG reg o fi， R P F e r r o n ， ZH S u n ， S P S h a h E x p e ri m e n t a l s i m u l a t i o n o f s e l fc o n sol i d a t i n g c o n c ret e f o n n w o r k p res s u re J A C I M a t e ri a l s J o u rna l ， 2 0 0 8， 1 0 5 ( 1 ) ： 9 71 0 4 收稿 日期 2 0 1 2 0 6- 2 0 作者简介】 张嘉新( 1 9 6 2一 ) ， 女 哈尔滨人， 高级工程师， 研 究方 向： 混凝土工程技术与冬期施 工。