高原地区混凝土徐变性能控制研究.pdf

2 0 1 5年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 201 5 No 9 S e pt e mb e r 高原地区混凝土徐变性能控制研究 纳启财 ， 胡 玉兵 ， 陈红伟 ， 张云 必 ( 1 青海地方铁路建设投资有限公司 ， 西宁 8 1 0 0 0 1 ； 2 苏交科集团股份有限公 司， 南京 2 1 1 1 1 2 ) 摘要 ： 混凝 土的徐变容 易导致 大跨径连 续刚构桥 的长期 变形 ， 而高原地 区较低 的湿度会加剧 混凝土的徐 变 影响混凝 土结构的性能 。本文结合高原地 区的环境特点 ， 考察 大气温湿度对于混凝土徐 变的影响规律 ， 从 混凝 土配 合 比参数 、 加载龄 期以及早期 养护 方式的选择等 角度进行 了研 究分析 。结果表明 ， 减 小水胶 比、 掺 入粉 煤灰 、 减小砂 率、 延长加载龄期、 保证早期养护湿度能够有效控制混凝土的徐 变 ， 提升混凝土结构的质量。 关键词 ： 高原 ； 徐 变； 湿度 ； 早期养护 Ab s t r a c t ：C r e e p o f c o n c r e t e c a n r e s u l t i n l o n g - t e r m d e f l e c t i o n o f t h e l o n g - s p a n c o n t i n u o u s ri g i d a me b ri d g e L o w h u mi d i t y i n p l a t e a u a r e a w i l l i n t e n s i f y t h e c r e e p o f c o n c r e t e a n d a f f e c t s t h e p e r f o rm a n c e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e I i s p a p e r i n s p e c t s t h e i n f l u e n c e o f a i r t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y ，t h e n t h e mi x p ara me t e ， l o a d i n g a g e a n d e a r l y - a g e c u ri n g mo d e t o c r e e p l a w o f c o n c r e t e are s t u d i e d a n d a n a l y z e d r h e r e s u l t s s h o w t h a t r e d u c i n g t h e wa t e r - c e me n t r a t i o mi x i n g f l y a s h r e d u c i n g t h e r a t e o f s a n d ，e x t e n d i n g t h e a g e o f l o a d i n g a n d e n s u ri n g e a r l y c u rin g h u mi d i t y c a n c o n t r o l t h e c r e e p o f c o n - c r e t e e ff e c t i v e l y a n d e n h a n c e t h e q u a l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e Ke y wor d s ：P l a t e a u；Cr e e p；Humi di t y ；Ea dy a g e c urin g 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5) 0 9 2 0 0 4 O前言 随着西部 大开发战略的实施以及 开发进程 的 加快 ， 青藏铁路 的建设带动了新一轮高原地区连续 刚构桥的建造热潮 ， 许多重大工程 已在我国西部如 火 如茶 地开 展 。 大跨径连续刚构桥以其 跨越能力强 、施工便 捷 、桥面连续且行车舒适等优点而得到愈加重视 。 然而 ， 大跨径连续刚构桥容易出现的最大问题则是 随着运 营时间的增加 ， 其跨中挠度明显 ， 我 国虎 门 大桥辅桥建成 6年后跨 中挠度达 2 2 2 c m， 黄石长江 大桥建成七年后最大跨 中挠度达到 3 0 5 c m， 严重影 响结构的安全性及耐久性 ，大大降低其使用寿命。 从 目前 的研 究来 看 混 凝 土 的收 缩 徐变 是 造 成 大跨 径连续刚构桥跨 中挠度不断增加的主要原 因之一 ， 国内外学者也对此作 了大量的研究 1 - 2 。影响混凝土 收缩徐 变的因素众 多且繁杂 ， 主要有水灰 比、 骨料 类 型 、 环 境 温 湿 度 、 构 件 厚 度 、 张 拉 龄 期 、 持 续 加 载 时间等I3 卅。 高原地区气候环境恶劣 ，具有昼夜温差大 、 E l 照时间长 、 太阳辐射强烈 、 干旱少雨等特点 ， 这些因 素都会加剧混凝土的收缩徐变 ， 从而影响结构的整 体性 能 。因此 ， 本文 将基 于高 原地 区 的环境 特征 ， 研 究环境对于混凝土徐变的影响 。 同时提出混凝土徐 变的控制措施 1 原材料 及试 验 方法 1 1 原材 料 采用青海某公司生产的 P 5 2 5级水泥 ， 密度 为 3 1 O O k m ： 粗骨料为 5 2 0 m m连续级配 ， 表观密 度 2 6 9 g c m ， 含泥量 0 4 ， 吸水率 0 4 2 ； 细骨料为 中砂 ， 细度模 数 2 8 6 ， 表观密度 2 6 5 0 g c m ， 含泥量 1 2 ； 减水剂为西宁某公司生产的 HA H P C聚羧酸 高性能减水剂 掺量 1 5 时 ， 减水率为 3 1 5 。 C 5 0混凝土配合比见表 1 。 1 2 试验 方法 本试 验采用的弹簧式徐 变装置 中选择 了弹性 限度 为 3 0 0 k N、 弹性 系数 为 3 k N m m 的 弹簧组 ， 混 凝 土试件尺寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 m mx 3 0 0 mm 每 台装置加 载两个 试 件 ，加 载值 为 棱 柱体 2 8 d抗压 强 度 的 表 1 C 5 0混凝土配合 比及性能 一 20 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 纳启财 ， 胡玉兵 ， 陈红伟 ， 等 高原地 区混凝土徐变性能控制研究 4 0 。主要 通过 徐变 度评 价混 凝 土徐变 性 能 。 2 环 境温 湿度 对 混凝 土徐 变 的影 响 高原地区 由于其海拔原因 ， 昼夜温差 大 、 阴阳 面温差大 、 气候干燥 ， 这些因素会对 桥梁混凝 土的 徐变带来影响。高原高海拔地区阴阳面的温差往往 能 达 到 5 1 0 左 右 ， 温 度 的不 同会 带 来 混凝 土 徐变 的差异 ， 从而影响到结构的整体性能 ； 而气候 干燥 时混凝 土的收缩徐变也会 明显提高 。因此 ， 有必要 研究 环境温湿度对于混凝土徐变 的影响规 ， 从而 提出相应的改善措施 。 2 1 温度 对混 凝 土徐变 的影 响 图 1是不 同温度下龄期对混凝土徐变的影响。 从 图中可 以看到 随着养护温度 的升高 ， 混凝 土徐 变度明显增大。可见温度对于混凝土的徐变有着明 显影响。这是 由于温度升高时 ， 混凝土失水 的速率 加快 。 干燥收缩加快 ， 而徐变 中往往 包括了干燥所 引起 的干燥徐变 ， 因此 。 徐变也随着温度的升高而 增大 ； 而徐变与水泥浆 中水 的运动有关 ， 温度的升 高 降低 了水 泥浆 的黏滞性 ，也加剧 了混凝 土的徐 变 。 由此可 见 ， 由于 阴 阳面 较 大 的温 差会 导 致 桥 梁 混凝土阴阳面混凝土的徐变存在较大的差别 从而 影响到桥梁结构整体性能。 6 0 5 O 4 0 耄 基 3 0 商 20 1 0 0 0 5 O 1 o o 1 5 O 2 0 o 2 5 0 加 载龄期， d 图 1 不同温度下混凝土徐变度的变化规律 2 2 湿度 对混 凝土 徐变 的影 响 图 2是 不 同湿 度 下 龄 期 对 混 凝 土 徐 变 度 的影 响。由于高原地区湿度较小 ， 通常都在 4 0 左右 ， 而 G BT 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久 性能试验方法标准 中规定 的徐变试验标准环境养 护湿 度 为 ( 6 0 5 ) ， 因此 ， 所 取 湿度 为 4 0 、 6 0 。 从 图中可 以看到 ，当养护湿度 由 6 0 减小到 4 0 时 ， 混凝 土 的徐变度 提 高 了 2 0 左 右 。湿度越 大 混凝 土 的徐 变越 小 有研究表 明。 处于干燥 中的混凝 土发 生的徐 变 比处于恒定 干燥 或者湿润状态下 的混凝 土的徐变量要大 相对湿度 5 0 时的徐变能达到相 对湿度 1 0 0 时的 2 3倍 。这是 由于湿度愈大 ， 吸附 水 的蒸发量 愈小 ， 水泥 的水化程度愈高 ， 水 泥凝胶 体的密度 愈高 ， 混凝土结构也更加密实 ， 因而其 收 缩和 徐变 也愈 小 。 6 0 5 0 4 0 享 0 3 0 2 0 1 0 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 加载龄期， d 图 2 不 同湿度下混凝土徐变度的变化规律 2 3 小 结 高原环境下阴阳面温差较大 。 导致混凝土阴阳 面的收缩徐变会有 明显差异 。 带来结构应力的复杂 性 。 而高原环境 的低湿度更会导致混凝土后期徐变 的明显提升 ， 带来桥梁( 尤其是大跨径连续刚构桥 ) 的长期下挠。因此 ， 有必要采取一定的措施 ， 抑制混 凝土的徐变 ， 保证混凝土结构的质量 。 3 高原环境下混凝土徐变的控制 高原地 区的低湿度带来混凝土收缩徐变 的提 高 ， 而混凝土结构所处的环境是无法改变的 ， 因此 ， 必须从 两方面着手进行 控制 ， 第一 ， 从 混凝土本身 质量提升着手 ， 如配合 比优化 ， 原材料质量控制等 ； 第二 ， 从施工角度进行控制。本文将从混凝土的早 期养护 、 加载龄期 以及配合 比设计的角度进行研究 分析 ， 从而提出合适 的控制措施。 结合桥梁上部结构施工的实际情况 。 将混凝土 试件置于高原环境 中， 采用表 2所示的养护措施进 行试 验 。 3 1 加载龄期对混凝土徐变的影响 不同养护条件 ( 高原环境 自然养护 、 标准养护 ) 下 ， 混凝 土试件 3 d 、 7 d龄期时进行加载的徐变性能 规律 见 图 3 一 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 9期 混凝 土 与水泥 制 品 总第 2 3 3期 8 0 7 0 6 O 5 0 享 晏4 0 3 O 2 0 l 0 0 0 5 0 1 0 0 1 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 加载龄期 d 6 0 5 O 二、 4 0 耄 暑 。 蠢 2 0 1 0 O O 5 0 1 0 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 O H D 3 5 0 加 载龄期 d 图 3 不 同龄期加载时的混凝 土徐变度变化规律 图 4 不 同早期养护方式时混凝土徐变度变化规律 从 图 3可以看到 3 d 、 7 d加载对混凝土 的徐变 度有明显影响，以标准养护组来看 ， 7 d后即对混凝 土试 件 加 载 3 2 0 d徐 变 度 则 为 4 6 8 5 1 0 M P a 。 而 3 d后 即对 混凝 土试 件 加 载 3 2 0 d的徐 变 度 达 到 5 3 2 6 1 0 MP a ， 提高了 1 3 7 。而比较早期无养护 以及早期标准养护组 混凝 土的徐变度发展规律来 看 ， 相 同加载龄期时 ， 无养护条件相 比标 准养护条 件下 ， 徐变度提高了 2 0 左右。 分析原因， 3 d龄期时 进行加 载 ， 混凝土 的强度较低 ， 抵抗 变形 的能力较 低 ， 因此 ， 徐变较大 ； 而高原地区气候恶劣 ， 气温低 、 温差大 ， 环境湿度低 ， 因此 ， 相 比标准养护环境下 的 混凝土早期强度大大降低 ，微观结构变得疏松 ， 弹 性模量较低 ， 因此 ， 徐变大大提高。 3 2 早期 养 护方式 对 混凝 土徐 变 的影 响 采 用 表 2中的 方 案 4 8进 行 混 凝 土 的徐 变 试 验 ， 变 化规 律见 图 4 从 图 4可 以看到 ， 相 比不采取养护措施 ， 采取 一 定 的早 期养 护 后 ， 混凝 土 的徐 变 度 明 显减 小 。从 养 护效 果来 看 ， 仅 采 取 暖棚 加 热法 进行 养 护 时 效果 相对较差 ，而配合 以洒水措施后养护效果 明显 改 一 22一 善 ， 混凝 土徐变显著降低 ： 而早期采取适 当的包裹 措施 ， 同时保持洒水 、 保证湿度 时， 混凝土的徐变也 能得到有效的控制。混凝土表面涂刷专用养护剂 ， 对 于混 凝 土 内部 水 分 的保持 具 有 良好 的效 果 ， 混 凝 土的徐变度大大降低 相比不采取养护措施 时减小 了 2 4 5 。由此可见 ， 对于高原地区的混凝土 ， 保证 早期养护湿度 ， 例如定期洒水 、 涂刷专用养护剂等 ， 能够有效减小混凝土的徐变 提升混凝 土的质量。 同时， 早期养护湿度保 持时间越久 ， 对 于混凝土 内 部 结 构 的形 成越 有 利 对 于控 制 混凝 土 的徐 变效 果 越 好 。 4配合 比参数 对 混凝 土徐 变 的影响 水 胶 比 、 粉煤 灰 、 砂 率 对 混 凝 土 徐 变 度 的影 响 见 图 5 图 7 由图 5可见 ， 混凝 土水 胶 比越 大 ， 徐 变度 越 大 ， 水 灰 比为 0 - 3 1时 3 2 0 d徐 变 度 相 比 0 3 5时 减 小 了 约 2 0 。 图 6为 水 胶 比 0 3 5 ，粉 煤 灰 掺 量 分 别 为 0 、 1 5 、 3 0 时 混 凝 土 徐 变 度 的变 化 规 律 。 由 图 6可 知 。 当粉煤灰掺量为 1 5 、 3 0 时 ， 相 比不掺 时徐变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 纳启财 ， 胡玉兵 ， 陈红伟 ， 等 高原地区混凝土徐变性能控制研究 I 善 京 制 7 0 6 0 0 5 0 1 0 o 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 3 5 0 加 载龄期， d 图 5水胶 比对混凝土徐变度的影响 O 5 O l o 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 o o 3 5 0 加载龄期， d 图 6 粉煤灰掺量对混凝 土徐变度 的影 响 6 O 5 0 4 0 莹 3 O 2 0 1 O 0 O 5 0 1 0 o 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 加载龄期，d 图 7砂率对混凝土徐变度的影响 度 明显减少 ， 粉煤灰对于徐变的抑制效果较好 。不 过有研究表明 5 1 ， 粉煤灰掺量达到 6 0 时 ， 混凝土的 徐变反而大大提高 这和粉煤灰与基体界 面结合的 情况有着直接的关系 ， 因而粉煤灰掺量不宜过大。 图 7为水胶 比 0 3 5 ，砂率 3 6 、 3 9 、 4 2 时混 凝土徐 变度的发展规律。由图 7可见 ， 砂率对混凝 土的徐变度有着一定的影响 ， 但是相对水胶比以及 粉煤灰来说影响程度较小。一般而言 ， 砂率越小 ， 混 凝土中粗骨料的比例相对越大 ， 而粗骨料作为混凝 土 的骨架 ， 其含量越 大 ， 对混凝土收缩徐变 的抑制 作用也越大 ， 混凝土徐变越小。 从各配合 比参数对混凝土徐变的影响来看 ， 水 胶 比的变化对混凝 土的徐变影响最大 ， 而粉煤灰在 一 定的掺量下也能明显抑制混凝土的徐变 。因此 ， 在高原地 区桥梁混凝土配制时 ， 需从水胶 比、 粉煤 灰掺量 以及砂率 的角度综合考虑 ，降低水胶比、 掺 人适量粉煤灰、 适当减小砂率， 控制混凝土徐变 ， 保 证桥梁混凝土质量。 5 结语 ( 1 ) 对混凝土过早加载容易导致混凝土的徐变 明显增加 ， 因而对 于预应力混凝土宜适当延长其张 拉 时 间 。 ( 2 ) 早期养护对混凝 土的徐变有很大影 响 ， 尤 其是在 高原地 区环境湿度较低 的情况下 ，因而保 证早 期养护的湿度对混凝 土徐变 的控制有着 良好 的效果 。 ( 3 ) 从 配合 比设计 的角度来看 ， 降低混凝土水 胶 比效果最好 ， 同时 ， 可 以掺人适 量粉煤 灰 、 适 当 减 小砂 率 ，都能够有效地控制徐变 ，保证混凝土 的质 量 。 参 考 文 献 ： 1 】 惠荣炎， 黄国兴， 易若冰 混凝土的徐变 M 】 北京 ： 中国铁 道出版社 ， 1 9 8 8 2 汪维安 高墩 大跨 连续刚 构桥 的收 缩徐变 效应 分析【 D 】 长 沙 ： 长 沙 理 工 大 学 2 0 o 5 3 】M a c g r e g o r J G C o n c r e t e s t r u c t u r e s ： s t r e s s e s a n d d e f o r m a t i o n s J C a n a d i a n J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 9 8 8 ， 1 5 ( 1 ) ： 1 4 1 4 】 杨小兵 混凝土收缩徐变 预测模型研究 D 】 武汉 ： 武汉 大 学 2 O 0 4 【 5 赵庆新 ， 孙 伟 ， 缪 昌文 粉煤灰掺 量和水胶 比对高性 能混 凝土徐变性 能的影响及 其机理 J 土木工程 学报 ， 2 0 0 9 ， 4 2 ( 1 2 ) ： 8 4 9 O 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 7 2 0 作者 简介 ： 纳启财( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯 作者 ： 胡玉兵 ( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 助理工程师 。 通讯 地址 ： 江苏省南京市江宁区诚信大道 2 2 o 0号 联 系电话 ： 1 5 9 5 1 0 7 0 9 5 5 E ma i l ： 3 0 4 5 8 6 3 4 7q q c o m 一 2 3一 加 m O 一 享_ 0 _【 ) 、 髓 加 m 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m