钢管内核心混凝土的限制膨胀性能研究.pdf

袁文革： 钢管内核心混凝土的限制膨胀性能研究 1 5 钢管 内核心混凝土的限制膨胀性能研究 袁文革 ( 山西省运城市建筑工程有限公司， 山西运城0 4 4 0 0 0 l 【 摘要1 研究了密封条件下， 水胶比、 膨胀剂掺量以及预饱水陶砂对钢管混凝土内核心混凝土限制膨胀率 的影响， 结果表明， 随着膨胀剂掺量的增大、 水胶比的增加、 陶砂取代率的增大， 混凝土的限制膨胀率亦增大， 其中， 以预饱水陶砂对混凝土限制膨胀率的影响最为显著。 【 关键词】 钢管混凝土； 限制膨胀率； 陶砂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 钢管混凝土结构 自2 0世纪 6 0年代进入我国， 因 其具有截面面积小、 结构 自重轻、 承载力大、 延性好等 优越性能， 以及不需模板、 节点构造方便、 施工速度快 等特点， 在近些年来得到了广泛应用。但在取得良 好经济和社会效益的同时， 也暴露出了一系列问题 ， 如 在早期建造的钢管混凝土拱桥中大量出现的“ 脱空” 问题 ， 已经成为严重的潜在安全隐患。 钢管混凝土构件的核心混凝土通常为微膨胀高 强混凝土， 若膨胀剂的膨胀作用与混凝土的收缩不同 步， 很容易造成钢管混凝土桥梁拱肋钢管与混凝土之 间发生脱空现象 。钢管混凝土拱肋脱空通常以两 类情况为主： 一类是混凝土 自身质量较差或浇筑时密 实度不好而导致的硬化后混凝土产生空洞 ， 可通过严 格控制施工因素而有效避免； 另一类情况是在桥梁运 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 1 0 0 1 5 0 2 营过程中， 由于混凝土自身的收缩、 徐变以及微膨胀剂 失效等内部因素， 或者受到轴向压力、 温度变化等外界 因素的影响， 而使得钢管与混凝土在交界面处脱离， 是 目前钢管混凝土构件发生脱空的主要形式。 因此， 本文主要从混凝土原材料组成因素人手 ， 研 究水胶比、 膨胀剂掺量以及预含水陶砂对核心混凝土 在密封约束状态下的限制膨胀率的影响， 为解决钢管 混凝土工程应用中的脱空问题提供理论指导。 1 原 材料及 配合比 试验采用 P 0 4 2 5 R普通硅酸盐水泥 ； 级粉煤 灰 ， 需水量比9 8 ； 5 2 0 ra m连续级配碎石； 中砂， 细 度模数 2 6 ； 6 0 0级页岩陶砂 ， 1 h吸水率 1 3 6 ， 饱和 吸水率 2 0 3 ； 聚羧酸系泵送剂； U E A膨胀剂。混凝 土配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 钢管内的混凝土近似为密封状态 ， 混凝土受到钢 管的约束， 且与外界没有水分交换， 因此， 以密封状态 下， 混凝土的限制膨胀率作为评价指标， 以考察混凝土 在钢管内的变形情况。成型时， 将限制膨胀器事先放 人 1 0 0 m m1 0 0 m m 4 0 0 m m的试模中， 然后将混凝土 一 次装入试模， 混凝土试件的长度为 3 0 0 m m， 振动成 型后立即在试件表面覆盖一层塑料薄膜 以防止水分 散失 ， 并放置于标准养护室内养护， 成型后 2 4 h脱模 ， l 6 低温建筑技术 测量并记录试件初始长度， 然后将试件用石蜡密封， 至 1 d 、 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 5 6 d 、 9 0 d 、 1 8 0 d龄期 ， 采 用标 准方法进行测量， 且每次测量时试件测试方向均固定 不 变。 2 试验结果与分析 2 1 水胶比对混凝土微膨胀性能的影响 不同水胶 比时混凝 土的限制膨胀率试验结果如 图 1 所示 。 宝 X 瓣 罄 蛰 器 盛 龄期， d 图1不 同水胶 比时混凝土的限制膨胀率 由图 1 可见， 水随着水胶比的增大， 混凝土在密封 状态下的限制膨胀率明显增大。这是由于， 掺加 U E A 型膨胀剂混凝土产生膨胀 的根源是在早期水化过程 中生成大量的钙矾石 ， 且主要在 2 8 d龄期前生成 ， 而钙 矾石中含有大量的结晶水 ， 在没有外界水源的条件下， 水胶比较低时 ， 混凝土内部较少的自由水含量不足以 使膨胀剂充分发挥其膨胀效应， 因此， 水胶 比越小时， 混凝土的限制膨胀率亦较小。 2 2 膨胀剂掺量对混凝土微膨胀性能的影响 掺加 U E A膨胀剂后， 可 以产生钙矾石， 产生一定 的膨胀量， 但是过大的膨胀量会使混凝土内部结构遭 到破坏 ， 非但达不到补偿收缩的目的， 还会给混凝土的 耐久性能带来负面影响， 因此， 膨胀剂掺量的控制尤为 重要 ， 通过测定膨胀 剂掺量为 6 、 8 、 1 0 和 1 2 时 混凝土的限制膨胀率 ， 以确定其最佳掺量。 宝 I薹 L 凿 遴 器 龄期， d 图2不同膨胀剂掺量时混凝土的限制膨胀率 由图2可见， 随着膨胀剂掺量的增大， 混凝土的 限制膨胀率亦增大， 但是 ， 膨胀剂掺量 1 2 时较掺 1 0 时， 混凝土的限制膨胀率提高幅度较小， 仪 5 左 2 0 1 1年第 l 1 期 ( 总第 1 6 1 期 ) 右 ， 因此 ， 在后续试验 中 ， 选择膨胀剂掺量 为 1 0 。 2 3 陶砂对混凝 土微膨胀性能 的影 响 钢管混凝 土 中的核心 混凝 土 相 当于处 于密封 状 态下， 得不到充分的养护 ， 在水胶 比较低时， 混凝 土的 自收缩较 大 ， 即使掺加 大量的膨胀 剂往往 也达 不到预 期的膨胀效果， 而采用预饱水陶砂或陶粒取代普通骨 料 ， 不但可以降低结构自重， 还能够对t 昆 凝土起到自养 护的作用 ， 但同时也会给混凝土的强度带来负面影响， 因此 ， 采用部分预饱水陶砂等体积取代普通砂， 取代率 分别为2 0 、 3 0 、 4 0 和5 0 ， 以研究其对混凝土限 制膨胀率的影响规律， 试验结果如图 3 所示。 4 o o b 3 5 0 3 0 o 档 lL 2 5 0 羹 瞪 l o 0 5 0 龄期， d 图3不同陶砂掺量时混凝土的限制膨胀率 由图3可见， 随着陶砂取代率的增大， 混凝土的 限制膨胀率明显增加， 陶砂取代率 2 0 、 3 0 、 4 0 和 5 0 时， 混凝土的限制膨胀率较未掺加陶砂的基准混 凝土 7 d龄期时的限制膨胀率提高 3 7 2 、 7 9 8 、 9 4 7 和 1 2 3 4 ， 1 8 0 d龄期的限制膨胀率可提高2 2 5 、 4 2 3 、 5 4 0 和 6 8 1 。 3 结语 ( 1 ) 随着膨胀剂掺量的增大， 混凝土的限制膨 胀率亦增大， 但是， 膨胀剂掺量超过 1 0 时， 混凝土的 限制膨胀率 随膨胀剂掺量增 长不明显 。 ( 2 ) 自由水含量对混凝土限制膨胀率的影响非 常显著， 表现为水胶比越大、 预饱水陶砂的掺入量越 高， 混凝土的限制膨胀率越大。 参考文献 f 1 林存姣， 邱皆连， 秦荣 钢管混凝土拱肋混凝土脱空研究综述 J 【 1 外公路 ， 2 0 0 4 ，( 6 ) 2 李承木 ，陈学茂 ，挛晓勇 ， 等双膨胀水泥混凝 土 自生体积变 形的试验研究 j 水利水电科技进展， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 3 ) 3 姚彬 ，谢兵 ， 等 膨胀剂不同取代法和掺量对混凝 土强度 和限 制膨胀率的影响 c 第四届全国混凝土膨胀剂学术交流会 论文集 ， 2 0 0 6 收稿 日期 2 0 1 I O 9 2 8 作者简介 袁文革( 1 9 6 8 一) ， ， 山鹳运城人 I ： 程帅， 主要 从 施 j 许理工千 1 。