水泥类型对钢管混凝土力学性能影响试验.pdf

8 低温建筑技术 2 0 1 1年第 l 2期( 总第 1 6 2期 ) 水泥类型对钢管混凝土力学性能影响试验 倪竹萍 ( 山西省运城市建筑 工程有限公司 。 山西运城0 4 4 0 0 0 ) 【 摘要】 研究了密封条件下， 三种不同水泥所配制的钢管混凝土的成型品质 、 混凝土力学性能、 限制膨胀 率以及轴心短柱抗载承载能力。结果表明： 快硬硫铝酸盐水泥混凝土的限制膨胀率 、 钢管混凝土短柱的轴压极限 荷载均最大， 低热微膨胀水泥钢管混凝土次之， 普通硅酸盐水泥钢管混凝土最小。 【 关键词】 钢管混凝土； 水泥； 限制膨胀率； 轴心抗压 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 0 8 0 2 0引言 我国近年来钢管混凝土在高层建筑、 桥梁等结构 中得 到了广泛的应用， 尤其是在拱桥中的大量应用， 很好地解决 了跨度和施工两大难题， 取得了良好的技术和经济效益。 但是 ， 随着时间的推移 ， 其弊端逐渐暴露出来， 即早期建造 的许多钢管混凝土拱桥出现了严重的脱空现象， 这一问题 亟待解决。钢管混凝土受到轴压作用、 核心混凝土温度下 降、 外钢 管温度上升 等因素都 可能 引起钢管混凝 土脱 空 j 。就钢管混凝土构件的核心混凝土 自身而言， 大多为 微膨胀高强混凝土， 水胶比通常较小 ， 在较少 自由水含量的 条件下膨胀剂的作用很难充分发挥， 若膨胀量与混凝土较 大的收缩率不同步， 则会造成钢管混凝土脱空； 此外， 浇捣 不密实、 排气孔设计不当等因素都会造成钢管混凝土脱空， 进而对钢管混凝土的承载能力和耐久性能产生不利影响。 因此， 文中主要研究了三种不同水泥所配制的钢管混凝土 的成型品质、 力学性能以及变形情况 ， 为不同水泥在钢管混 凝土工程中的应用提供借鉴。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料及配合比 试验采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥、 4 2 5低热硅酸盐 微膨胀水泥、 4 2 5快硬硫铝酸盐水泥； II 级粉煤灰 ， 需水量 比9 8 ； 52 0 mm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； 钢管， 外径 5 6 m m、 高 3 0 0 ra m、 厚 3 m m， 极限应力4 0 1 6 M P a 。在前期研究的基础上， 确定混凝 土水胶比为 0 3 4 ， 膨胀剂掺量为 1 0 ， 预饱水陶砂取代率 4 0 ， 具体混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 1 2 试验方法 钢管混凝土短柱轴心受压试验方法： 成型前预先将钢 管底 口密封， 置于平整钢板上， 将混凝土由高处抛入钢管， 成型后立即用塑料薄膜密封上管 口， 初凝后揭去薄膜改用 环氧树脂密封。至测定龄期。 将试件表面磨至与钢管平齐， 沿轴向对称布置位移计， 中部环向粘贴应变片， 以保证受力 均匀、 试验结果可靠。 限制膨胀率试验方法 ： 成型时将限制膨胀器事先放人 1 0 0 m m1 0 0 ram x 4 0 0 mm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， 测量并记录试件初始长度， 然 后将试件用石蜡密封， 至 l 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 钢管混凝土缺陷检测 根据 C E C S 2 1 ： 2 0 0 0 ( 超声波检测混凝土的缺陷技术规 程 的规定， 采用超声波法对钢管混凝土的密实度和均匀性 进行检测， 通过测定超声波通过钢管混凝土柱的时间计算 o o 0 oo oo O o o0 oo oo oo 0 o OO 0o Oo oo oo 0a 0O 000 Oo0 oo oo oo o0 o o 00 o0 0oo 0o Oo 0口0 00 Oo oo oo0 oo 00 0 00 oo o o 0o Oo 0 Oo o Oo 0oo 0O 0 4 H a n C h i n Wu ， Z h i y o u X u ， P a u l Wa n g T o r s i o n t e s t o f a l u m i 一 版社， 1 9 7 9 ： 1 1 7 1 3 6 1 1 1 1 11 1 i n t h e l a r g e s t r a i n l -d l e 【 J I n t J P l a s t i c i t y ， 1 9 97， 1 3 ( 1 0 ) ： 8 7 38 9 2 5 何蕴增， 邹广平， 潘信吉 扭转冷作硬化的试验研究及分析 J 实验力学， 1 9 9 4 ， ( 3 ) ： 2 6 3 2 6 9 6 上海交通大学编写组 金属断口分析 M 北京： 国防： r = 业出 收稿日期 2 0 1 l - 0 8 一l 5 作者简介】 杨 丽红 ( 1 972一) ， 女 ， 黑龙 江呼兰人 ， 博士 ， 副教 授 ， 从事工程力学的教学 和科研工作。 倪竹萍 ： 水泥类型对钢管混凝 土力学性能影 响试验 9 出超声波在核心混凝土中的声速 J 。 经测定， 普通硅酸盐水泥混凝土中超声波声速为 4 1 6 7 4 2 1 2 m s ， 快硬硫铝酸盐水泥混凝土声速为4 0 1 2 4 0 7 8 m s ， 低热微膨胀水泥混凝土中声速为 4 1 2 64 2 3 3 m s 。均达 到3 3 0 0 m s以上， 大部分超过 4 1 2 0 m s ， 混凝= 匕 质量优 良。 2 2 水泥种类对混凝土变形性能的影响 在密封养护状态下 ， 采用三种不同水泥所配制混凝土 的限制膨胀率随龄期变化试验结果见图 1 。 2 得 当 纂 磋 龄期 ， d 图1 不 同水泥混凝土的限制膨胀率 由图 1可见， 普通硅酸盐水泥混凝土的限制膨胀率最 小 ； 快硬硫铝酸盐水泥混凝土的限制膨胀率最大， 且大部分 在 1 4 d以前发生， 7 d的膨胀率达到 1 8 0 d膨胀率的半数以 上 ； 低热微膨胀水泥混凝土的限制膨胀率发展相对缓慢， 但 后期仍持续增长。 在水胶比较低的高强混凝土中， 若没有外界水源的补 充， 即使掺加了膨胀剂组分， 混凝土试件 的限制膨胀率仍然 较小， 常常会有收缩现象发生。本研究在满足混凝土配制 强度的前提下， 采用预饱水陶砂取代部分普通砂掺入到混 凝土中， 引入大量 自由水， 且陶砂的颗粒半径较小 ， 水分易 于释放出来， 对混凝土起到内养护的作用， 可促进水泥水 化， 还能与膨胀组分及硫铝酸盐发生反应， 生成大量钙矾 石， 使混凝土产生膨胀。 2 3 水泥种类对混凝土力学性能的影响 在密封养护状态下， 采用三种不同水泥所配制混凝土 立方体抗压强度随龄期变化规律见图2 。 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 3 7 1 4 2 1t 龄期， d 图2 不同水泥混凝土的抗压强度 由图2可见， 密封养护状态下 ， 三种水泥混凝土强度发 展规律与标准养护混凝土强度发展规律相似 ， 均为随着龄 期的延长， 混凝土抗压强度增大， 早期快硬硫铝酸盐水泥的 强度最高， 3 d可达 2 8 d抗压强度的 7 5 以上， 7 d可达 2 8 d 抗压强度的8 5 ， 但后期强度增长幅度很小 ， 2 8 d强度低于 普通硅酸盐水泥混凝土； 低热微膨胀水泥混凝土的抗压强 度介于另二者之间。 2 4 水泥种类对钢管混凝土短柱轴心抗压强度的影响 三种不同水泥所配制的钢管混凝土短柱2 8 d轴心抗压 强度试验结果见图3 。 Z 晕 寿 ； 粒 2 o o O 1 5 0 O l 0 0 0 5 0 O 0 0 l O 2 O 3 0 4 0 5 0 变形 mm 图3 钢管混凝土短柱轴心抗压荷载一 变形关系 由图3可见， 采用快硬硫铝酸盐水泥配制的钢管混凝土 短柱的极限荷载最大， 较低热微膨胀水泥钢管混凝土和普 通硅酸盐水泥钢管混凝土的极限荷载分别高出 1 8 3 k N和 2 8 4 k N， 屈服荷载高出1 2 2 k N和2 4 7 k N。试验中还发现， 在较 低荷载阶段， 钢管与核心混凝土共同承受荷载作用， 随着荷 载的增大， 钢管屈服后 ， 上下端部发生屈曲， 达到极限荷载 后 ， 柱体出现剪切滑移， 随着试验的持续， 其现象越来越显 著， 直至试验结束。 3结语 ( 1 ) 快硬硫铝酸盐水泥混凝土的限制膨胀率最大， 大 部分在 1 4 d以前发生， 7 d的膨胀率达到 1 8 0 d膨胀率的5 0 以上； 低热微膨胀水泥混凝土的限制膨胀率发展相对缓慢， 但后期仍持续增长； 普通硅酸盐水泥混凝土的限制膨胀率 最小 。 ( 2 ) 密封养护状态下， 三种水泥混凝土强度发展规律 与标准养护混凝土强度发展规律类似； 快硬硫铝酸盐水泥 配制的钢管混凝土短柱的极限荷载最大， 低热微膨胀水泥 钢管混凝土次之 ， 普通硅酸盐水泥钢管混凝土最小。 参考文献 1 王海军， 尚作庆， 董广， 高华国， 李兴权， 冯艳峰 方钢管砼柱 轴压力学性 能的试验研究 J 沈 阳工业大学学报 ， 2 0 0 5 ， ( 1 ) 2 涂光亚， 颜东煌 ， 邵旭东 脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力 性能的影响 J 中国公路学报， 2 0 0 7 ， 2 0 ( 6 ) ： 6 1 6 6 3 张宏， 余钱华 ， 吕毅刚 超声透射法测试钢管拱桥拱肋混凝土 质量应用研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 4， 3 7 ( 8 ) ： 5 05 3 收稿 日 期】 2 0 1 1 1 0 1 4 作者简介】 倪竹萍( 1 9 7 5 一) ， 女， 山西临猗人， 工程师， 从事 混凝土施工管理工作。 F d 窆趣 慧