C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变行为试验研究.pdf

2023年第6 期（总第40 4期）Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.033混凝土ConcretePRACTICALTECHNOLOGY实用技术C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变行为试验研究刘掌红1a，崔冰2,3，阳逸鸣4，彭建新1a,b（1.长沙理工大学a.土木工程学院；b.桥梁安全控制教育部重点实验室，湖南长沙410 114；2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北武汉430 0 34；3.中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉430 0 34；4.湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳4130 0 0)摘要：为探究C60低收缩低徐变高性能混凝土不同加载龄期和应力水平下的收缩徐变机理,开展了常规环境下不同加载龄期和应力水平的C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变试验研究，对实测结果与常用规范模型结果进行对比分析。结果表明：在常规环境下，C60低收缩低徐变高性能混凝土加载龄期为7、2 4d持荷2 7 0 d的线性徐变系数分别为0.8 0 和0.38 左右，是C60普通混凝土的0.4 0.6 倍；收缩应变和徐变系数实测值相比GL2000、A C I-2 0 9、JT G 336 2 2 0 18 和AASHTO规范模型计算值均偏小，偏差达40%。根据实测试验结果，在线性徐变范围内，引人收缩修正系数对JTG33622018模型进行修正，分别建立常规环境下C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩应变和线性徐变系数预测模型，计算结果与试验结果误差较小，可为指导实际工程的应用提供依据。关键词：C60低收缩低徐变高性能混凝土；徐变系数；预测模型；修正系数；收缩应变中图分类号：TU528.01Experimental study on shrinkage and creep behavior of c6o low shrinkage and low creep high performance concrete(1a.School of Civil Engineering;b.Key Laboratory of Bridge Safety Control of Ministry of Education,2.State Key Laboratory of Bridge Structure Health and Safety,Wuhan 430034,China;3.China Railway Bridge Scientific Research Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430034,China;4.School of Civil Engineering,Hunan City University,Yiyang 413000,China)Abstract:In order to explore the shrinkage and creep mechanism of C60 low-shrinkage and low-creep high-performance concrete underdifferent loading ages and stress levels,the shrinkage and creep of C60 low-shrinkage,low-creep high-performance concrete under differ-ent loading ages and stress levels under conventional environments were developed.Experimental research,comparative analysis of themeasured results and the results of commonly used standard models.The results show that under normal conditions,the linear creep coeffi-cients of C60 low-shrinkage and low-creep high-performance concrete with a loading age of 7 d and 24 d and a load of 270 d are about0.80 and 0.38,respectively,which are 0.40.6 times that of C60 ordinary concrete.Compared with the calculated values of GL2000,ACI-209,JTG 33622018 and AASHTO standard models,the measured values of strain and creep coefficients are all smaller,with a de-viation of 40%.According to the measured test results,within the linear creep range,the JTG 33622018 model was modified by introduc-ing a shrinkage correction coefficient,and the shrinkage strain and linear creep coefficient models of C6o low-shrinkage and low-creephigh-performance concrete under conventional environments were established respectively.The calculation results is in good agreementwith the test results and can provide a basis for guiding the application of actual projects.Key words:C60 high performance concrete with low shrinkage and low creep;creep coefficient;predictive model;correction factor;shrinkage strain文献标志码：ALIU Zhanghongl,CUI Bing2,YANG Yiming,PENG Jianxin la.bChangsha University of Science and Technology,Changsha 410114,China;文章编号：10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 16 3-0 5谓混凝土徐变是指在长期荷载作用下,徐变随持荷龄期的增0引言长而增大的现象 1-3,该现象会造成混凝土桥梁在服役过程混凝土收缩徐变是材料固有的、随时间变化的特性,所中预应力损失和下挠的增加。同时，随着经济的快速发展，收稿日期：2 0 2 2-0 3-11基金项目：国家自然科学基金面上项目（52 0 7 8 0 56)；桥梁结构健康与安全国家重点实验室开放课题（BHSKL20-07-GF）；湖南省自然科学基金创新研究群体项目（2 0 2 0 J1006）；国家重点研发课题（2 0 2 1YFB2600903）；长沙理工大学桥梁工程开放基金（14KB01）163大跨度桥梁结构的增多,对混凝土性能的要求也逐渐增加，目前许多学者主要集中在高性能混凝土不同配合设计上的收缩徐变性能研究，而在不同加载龄期和应力水平下的相关研究较少,这严重制约了高性能混凝土在工程上的推广应用。陈露一等 5开展C60低收缩徐变高性能混凝土的配制与试验研究，结果表明,掺加粉煤灰和矿粉均能降低收缩徐变，降幅达30%50%；陈雷 研究C60高性能混凝土的收缩徐变性能，发现掺加粉煤灰2 3%、矿粉10%的混凝土徐变系数相比纯水泥混凝土下降了10.4%；李北星等 7 通过掺加适量粉煤灰和矿粉，配制出C60粉煤灰高性能混凝土，并进行了相关收缩徐变性能研究,结果表明，该混凝土加载龄期2 8、6 0 d的徐变度均比普通C60混凝土小，分别降低了7.9%和2 0.6%；张奕等8 通过对矿粉与粉煤灰的掺量比例进行调整，对不同混凝土试件之间的收缩徐变性能进行对比研究，证明了矿物掺合料复掺对相关性能影响较大；姜丁等9以粉煤灰、水胶比为试验变量，对高性能混凝土徐变性能展开研究，提出了相关的徐变度函数表达式；邓宗才等 0 开展了不同外加剂、外掺料的高性能混凝土徐变试验研究，依据试验数据,提出了相关的徐变系数参考式。本试验是以C60低收缩低徐变高性能混凝土为研究对象,开展常规环境下的不同加载龄期和应力水平下的收缩徐变行为试验研究,揭示了C60低收缩低徐变高性能混凝土不同加载龄期和应力水平下的收缩徐变机理，建立了C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩应变和徐变系数模型。试验类别组成立方体抗压强度试验分组编号C1C18试件尺寸C150加载龄期/d一应力水平一数量18注：C150表示尺寸150 mmx150mmx150mm;P400表示尺寸10 0 mmx100mmx400mm;f为混凝土棱柱体抗压强度。力学性能试验根据GB/T50081一2 0 0 2 普通混凝土力学试验方法标准进行，相关力学指标数据见表3。本试验采用自行设计的弹簧压缩式徐变仪，加荷设备为液压千斤顶，将设计荷载以轴心压力的形式施加给试件。2混凝土收缩徐变试验结果和对比分析2.1混凝土收缩试验结果分析2.1.1混凝土收缩试验结果在常规环境下，收缩应变时变规律见图1。从图1可以看出：收缩应变实测值在前9 0 d变化较快，9 0 d后逐于平缓；收缩开始龄期对收缩应变也存在影响,由7 d增加到24d,收缩应变到2 7 0 d计算龄期时相差了约47%。2.1.2不同收缩应变规范模型对比分析通过国内外几种常用规范模型 12-15随时间变化的收缩应变预测值与实测值对比分析如图2 所示，从图2 可以看出：1641试验概况1.1原材料水泥采用英德台泥P52.5级水泥；砂采用本地河砂，细度模量介于2.5 3.1且含泥量不大于1.0%；粗集料采用石灰岩碎石，最大粒径小于2 5mm，紧密空隙率小于40%；矿渣粉采用S95级矿渣粉，由唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司生产；粉煤灰采用F类I级粉煤灰，由广州运宏粉煤灰综合开发有限公司生产；外加剂采用高性能缓凝型聚羧酸减水剂，由广州市建筑科学研究院有限公司生产,具有良好相容性,2 h损小于30 mm，含气量为2%4%。1.2试验方案及试验配合比徐变试验采用棱柱体试件，10 0 mmx100mmx400mm的尺寸，混凝土强度为C60，材料配合比见表1所示，徐变试验的试件共分为两大组，10 小组,每组均包含2 个棱柱体试件，试验在常规环境（平均温度2 2，相对湿度7 0%）下进行，总持荷时间为2 7 0 d。同时制作与徐变试件完全相同的参比收缩试件，收缩试件成型后分别标准养护至不同龄期（7、2 4d）,移入与徐变试验相同的环境下开始干燥，设计两组干燥收缩试件，每组干燥收缩试件3个试件，试验总体分组情况如表2 所示。表1C60低收缩低徐变混凝土配合比强度等级水泥粉煤灰矿粉砂石水外加剂C60368表2 试验分组情况棱柱体抗压强度和弹模试验P1P36P400一一36kg/m373491 13466614713.72徐变试验参比收缩试验CR1-1CR1-4CR2-1CR2-4P400P4007240.2f0.3fc、0.4f c.0.5f。0.2fe0.3f.0.4fe.0.5f88表3C60低收缩低徐变混凝土力学性能龄期立方体抗压强度/d/MPa759.321465.982466.305668.589073.7416073.89(1)各规范模型的混凝土收缩应变预测值之间差异性较大，实测值比各规范模型预测值都低。当为2 7 0,7 d收缩应变实测值与GL2000、A C I-2 0 9、JT G 336 2 2 0 18 和AASHTO等模型的预测值分别相差6 3.48%、8 3.8 4%、43.50%、7 3.2 5%；24d收缩应变实测值与GL2000、A C I-2 0 9、JT G 336 2 2 0 18和AASHTO等模型的预测值分别相差8 0.6 0%、90.0 2%、69.98%和8 5.7 9%，各规范预测模型的预测精度都偏低，故需建立运用于C60低收缩低徐变高性能混凝土的收缩应变修正模型。S1S6P4007、2 4一6棱柱体抗压强度弹性模量/MPa/GPa53.0142.0760.4043.1162.0744.2463.0945.3166.9846.0567.1446.9518016014031/120100806040200100806040200图1不同龄期的收缩应变曲线7d实测GL20001200-JTG33622018AASHTOACI-2099003/6003000306090120150180210240270(t-t.)/d(a)龄期7 d实测值与规范预测值收缩应变曲线24d实测1000JTG33622018 AASHTOACI-2098006004002000(b)龄期2 4d实测值与规范预测值收缩应变曲线图2 收缩应变模型预测值与实测值比较(2)在各规范预测模型中,JTG3362一2 0 18 模型预测偏差相对较小,而ACI-209模型的偏差最大。从收缩应变发展趋势上分析，JTG3362一2 0 18 模型与试验结果的吻合程度会有一定的提高。2.2混凝土徐变试验结果分析2.2.1混凝土徐变试验结果在常规环境下进行加载龄期7、2 4d的徐变试验，观察2 7 0 d,各组的徐变系数随持荷时间的变化如图3所示，可得到以下特点：实测徐变系数前9 0 d发展较快，9 0 d后趋于平缓；在1.20.90.60.3306090120150180210240270(t-t.)/d(a)龄期7 d的收缩应变曲线30 6090120150180210240270(t-t.)/d(b)龄期2 4d的收缩应变曲线GL2000306090120150180210240270(t-t.)/d+7-0.27-0.37-0.47-0.50306090120150180210240270持荷龄期/d(a)加载龄期7 d的徐变系数曲线0.70.60.50.40.30.20.10图3不同加载龄期和应力水平下的徐变系数曲线相同应力水平下，徐变系数随着加载龄期增长而减小，加载龄期7、2 4d持荷2 7 0 d的徐变系数分别为0.8 0 和0.38 左右，加载龄期2 4d相比于7 d减小了52%；在相同加载龄期下，应力水平为0.2 f0.4f。,徐变系数接近相同，但应力水平为0.5f。远大于其他应力水平的徐变系数值，说明对于C60低收缩低徐变高性能混凝土徐变来说，在应力水平为0.2f0.4f。下发生线性徐变，应力水平为0.5f下发生非线性徐变,线性徐变和非线性徐变的分界点可推断为应力水平0.5f。左右。2.2.2不同徐变系数规范模型对比分析通过实测线性徐变系数值与常用规范模型计算值对比分析见图4，从中可得：(1)徐变系数实测值低于各规范模型计算值，差异性随持荷龄期的增长而逐渐增大。当持荷龄期为2 7 0 d时，加载龄期为7 d的徐变系数实测值与GL2000、A C I-2 0 9、JTG33622018和AASHTO等模型的预测值分别相差64%、40%、6 2.5%、43.35%，加载龄期为2 4d的徐变系数实测值与GL2000、A C I-2 0 9、JT G 336 2 2 0 18 和AASHTO等模型的预测值分别相差8 2%、6 6.6 7%、7 4%、6 8.48%，规范模型预测精度很小，故需建立运用于C60低收缩低徐变高性能混凝土的徐变系数模型。(2)在各规范预测模型中,各规范模型的预测结果普遍偏大，故有必要根据试验结果对模型进行修正，而国内用得较多的是JTG3362一2 0 18 模型，并且对于此试验不同加载龄期的影响条件，JTG3362一2 0 18 模型中存在加载龄期影响系数公式，容易适用于此类情况。3混凝土收缩徐变修正模型3.1混凝土收缩应变修正模型在常规环境下，以JTG3362一2 0 18 模型为基础，引入收缩修正系数，则修正预测模型为16524-0.224-0.3+24-0.4+24-0.5306090120150180210240270持荷龄期/d(b)加载龄期2 4d的徐变系数曲线7-0.27-0.33.07-0.42.5GL20002.01.51.00.50(a)加载龄期7 d的徐变系数实测值与规范对比24-0.2ACI-20924-0.33.0JTG33622018+24-0.4+AASHTO2.5GL20002.01.51.00.50(b)加载龄期2 4d的徐变系数实测值与规范对比图4几种模型的徐变系数预测值与实测值比较8s(t,ts)=k8co(t-t,)式中:8 eo（t-t）一名义收缩系数和收缩随时间发展的系数,其表达式见文献 14;k一一混凝土的收缩修正系数。依据试验结果，收缩应变修正系数式为k=19.257t,2.165+0.28在常规环境下，收缩应变实测值与修正值对比如图5所示，可见吻合较好，误差在5%以内。1801501209060300(a)龄期7 d收缩应变实测值与模型修正值对比100806040200(b)龄期2 4d收缩应变实测值与模型修正值对比图5修正预测模型的徐变系数预测值与实测值比较3.2混凝土徐变系数修正模型本试验是在常规条件、不同加载龄期和应力水平下开166ACI-209JTG33622018AASHTO30 6090120150180210240270持荷龄期/d306090120150180210240270持荷龄期/d7实测值-修正值306090120150180210240270(t-t)/d-24d实测值修正值306090120150180210240270(t-t)/d展的，在线性徐变范围内，徐变系数与应力水平无关，将加载龄期为7、2 4d的持荷2 7 0 d的实测徐变系数结果对比发现,2 4d的徐变系数相对7 d的缩小了0.54倍,对于线性徐变，减小的徐变系数主要是由于不同加载龄期造成的，故有必要对JTG3362一2 0 18 模型中的加载龄期影响系数计算式(3)进行修正。(to)0.1+(t/t)02由式(3)计算可得加载龄期为7、2 4d的分别为0.6 346和0.50 30,2 4d的徐变系数相对于7 d缩小了0.2 1倍，而实测2 4d加载龄期的徐变系数相对7 d减小了0.54倍。由此可见，JTG33622018模型中的加载龄期影响系数计算公式中定义的变化率偏小了，故有必要根据实测徐变系数对式(3)进行修正，假设：(to)修正=0.1+(t/ti)a根据试验结果对公式进行非线性回归分析，可得=0.67。将徐变系数修正值与实测值进行对比分析见图6。1.00.8数0.6(1)当亚装徐0.40.20(2)(a)龄期7 d徐变系数实测值与修正值对比0.450.360.240.180.090(b)龄期2 4d徐变系数实测值与修正值对比图6 徐变系数实测值与修正值比较从图6 看出，徐变系数实测值与模型修正值吻合较好，误差在5%以内，通过对JTG33622018模型中的加载龄期影响系数计算公式修正，大大提高了预测精度。综上所述,C60低收缩低徐变高性能混凝土的徐变系数预测模型为(t,to)=oe(t-to)Po=PRH(fem)(to)1-RH/RH。PRH-1+0.46(h/ho)1/35.3f1(to)修正0.1+(t/t)0.071130 6090120150180210240270持荷龄期/d+24-0.224-0.3+24-0.4修正模型306090120150180210240270持荷龄期/d(3)(4)+7-0.27-0.3+7-0.4修正模型(5)(6)(7)(8)(9)(t-to)/t)103（一a+(t-to)/tRH181hr=150|1+(1.2+2501500RH门ho式中：to-加载龄期,d;t计算龄期,d;ti=1 d;h构件理论厚度,mm;ho=100 mm;RH一一环境年平均相对湿度,%;RHo-100%;(t,to)加载龄期为to、计算龄期为t的混凝土线性徐变系数；名义徐变系数；-加载后徐变随时间发展的系数；-混凝土在2 8 d龄期时的平均立方体抗压强度,MPa,fam=0.8fau.k+8,其中fau.k,龄期为2 8 d、具有95%保证率的混凝土立方体抗压强度标准值,MPa;femo=10 MPao而对于非线性徐变,根据前文确定线性徐变和非线性徐变的分界点为0.5fc,因本试验只研究了应力水平0.5f。下的非线性徐变，缺少足够的非线性徐变应力水平，故无法构建C60低收缩低徐变高性能混凝土非线性徐变系数预测模型，仅可得到应力水平0.5f。下的非线性徐变有如下规律：(1)对于非线性徐变，在相同应力水平0.5f下,加载龄期对非线性徐变系数有影响,加载龄期为7 d、应力水平0.5f。下的持荷龄期为2 7 0 d的徐变系数为1.0 6 8，而加载龄期为24d的徐变系数为0.6 0 8,相对于加载龄期为7 d的徐变系数减小了 43.0 7%。(2)将应力水平0.5f。下的徐变系数实测值除以同加载龄期下线性徐变系数模型计算值,可得,对于加载龄期为7 d，应力水平0.5f。下的非线性徐变系数实测值约为加载龄期7d线性徐变系数的1.3倍，对于加载龄期为2 4d,应力水平0.5f。下的非线性徐变系数实测值约为加载龄期2 4d线性徐变系数的1.6 倍。4结论通过开展常规环境下不同加载龄期（7、2 d)和应力水平（0.2 f。0.3f。0.4f。、0.5f.)的C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变行为试验研究，可得到如下结论：（1)从试验结果来看，在常规环境下,C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变前9 0 d变化较快,9 0 d后逐渐变慢；线性徐变和非线性徐变的应力水平分界点在0.5f左右；加载龄期7、2 4d持荷2 7 0 d的线性徐变系数分别在0.8 0和0.38 左右，是C60普通混凝土的0.4 0.6 倍，说明C60低收缩低徐变高性能混凝土相比于C60普通混凝土具有更大的工程实用价值。(2)C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变试验结果相比于JTG33622018、G L2 0 0 0、A C I-2 0 9和AASHTO等规范模型的计算结果均偏小，偏差达40%，故对JTG3362一(10)2018规范模型进行修正，构建了常规环境不同加载龄期和应力水平的C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩应变和(11)线性徐变模型，并总结了应力水平为0.5f下的非线性徐变规律，为指导实际工程的应用提供了依据。（3)本试验是探讨在常规环境下不同加载龄期和应力水平对C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变性能的影响，只研究常规环境下两个不同加载龄期和4个不同应力水平，存在一定的不足，后续可开展腐蚀环境下、多个加载龄期和应力水平下、考虑温湿度变化等因素的相关试验研究。参考文献：1 SAVITA M,SHARMA R K,NAGPAL A K.Effect of creep andshrinkage in reinforced concrete frame-shear wall system with highbeam stiffnessJThe Structural Design of Tall and Special Buildings,2003,12(2):93-108.2 黄国兴,惠荣炎,王秀军.混凝土徐变与收缩 M北京:中国电力出版社,2 0 12.3 BAZANT Z PPrediction of concrete creep and shrinkage:past,presentand futureJ.Nuclear Engineering and Design,2001(203):27-28.4孟凡利,何智海,钱春香,等.等强条件下混凝土收缩徐变试验研究与现场监测 J,混凝土与水泥制品,2 0 11(1):13-17.5 陈露一,欧阳华林,苏祖平.C60 低收缩徐变高性能混凝土的配制与试验研究 J,世界桥梁,2 0 14(6):50-54.6 陈雷.C60 低徐变混凝土性能研究 D,长沙:中南大学,2 0 0 8.7 李北星,周明凯,王稷良.巴东长江大桥主梁 C60高性能混凝土的研究与应用 J.世界桥梁,2 0 0 8(2):53-56.8张奕,陆飞,毛江鸿，等.复掺矿物掺合料对混凝土收缩徐变的影响规律及应用 J,混凝土,2 0 2 1(3):1-6.9 姜丁,李东.粉煤灰对高强混凝土徐变性能影响的试验分析和计算研究 J.建筑结构,2 0 2 0(3):8 1-8 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