膨胀剂掺量和含钢率对钢管混凝土徐变性能的影响.pdf

第 1 8卷第 5期 2 0 1 5年 1 O 月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS V0 1 1 8 No 5 Oc t ， 2 0 1 5 文章编号 ： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 O 1 5 ) O 5 一 O 7 4 9 0 8 膨胀剂掺量和含钢率对钢管混凝土徐变性能的影响 张戎令 ， 王起才 ， 马丽娜 ， 龙广成 ， 葛 勇 ， 杨 阳 ( 1 兰州交通大学 土木工程学院 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ； 2 中南大学 土木工程学 院， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要 ：对膨 胀 剂掺 量( 质 量分数 ) 为 4 ， 8 和 1 2 的 3种 钢 管混凝 土 ( C F S T，c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ) 在含 钢 率 ( 面积分 数 ， 钢 管与 混凝土 的截 面 面积 比) 为 3 8 ， 4 1 ， 6 6 ， 9 2 和 1 O 8 的 5种情况下进行 了徐 变性能试验 结果表 明： 膨胀剂掺量为 4 时钢 管混凝 土徐 变度 最大， 掺 量为 8 时徐变度次之 ， 掺量为 1 2 时徐变度最小； 膨胀剂掺量 1 2 相 比膨胀 剂掺量 8 时的钢管混凝 土徐 变度 下降并不显著； 含钢率的增加有效分担 了钢管混凝土的外部荷栽， 使其徐 变度有所减 小 应用扫描 电镜( S E M) 观测及能谱仪 ( E D S ) 分析得 出膨胀 剂的作 用机理： 膨胀剂反应生成钙矾石， 一 方 面通过 钙矾 石 的微膨 胀补 偿 了收 缩 ； 另一 方面钙 矾 石填 充 在 结 构孔 隙 中， 使 水 泥石 更加 密 实 分析合钢率对钢管混凝土徐变性能的影响机理后认为混凝土应 力随着含钢率的增加 而减小， 原因 是含钢率的增加使得钢管对混凝土的约束也有所增加 ， 由此限制了混凝土的变形 关键词 ： 钢管混凝土；膨胀剂；含钢率 ； 徐 变；机理 中图分类号 ： T U3 9 8 文献标志码： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 0 1 5 0 5 0 0 6 Ef f e c t s o f Ex pa nd i ng Ag e nt Co nt e nt a nd S t e e l Ra t i o o n Cr e e p Cha r a c t e r i s t i c s o f Co n c r e t e Fi l l e d S t e e l Tu b e ZHANG Ro n g l i n g ， WANG Qi c a i ， MA Li n a ， LONG Gu a n g c h e n g。 ， GE Y o n g ， Y ANG Y a n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g。La n z h o u J i a o t o n g Un i v e r s i t y，La n z h o u 7 3 0 0 7 0，Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y，Ch a n g s h a 4 1 0 0 7 5，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ex p e r i me n t s wi t h e x p a n d i n g a g e n t p r o p o r t i o n ( b y ma s s )o f 4 ，8 a n d 1 2 we r e c a r r i e d o u t r e s p e c t i v e l y i n o r d e r t o c l a r i f y t h e e f f e c t s o f e x p a n d i n g a g e n t p r o p o r t i o n a n d s t e e l r a t i o o n c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ( C FS T) S c r e e p c h a r a c t e r i s t i c s Th e r e s u l t s s h o w t h a t 4 o f e x p a n s i v e a g e n t a d d i t i v e a f f e c t s t h e c r e e p d e g r e e mo s t ，t h e 8 o f e x p a n d i n g a g e n t a d d i t i v e d o e s l e s s ，a n d t h e 1 2 o f e x p a n s i v e a g e n t a d d i t i v e d o e s t h e l e a s t w h e n a d d i t i o n o f e x p a n d i n g a g e n t wa s d e c r e a s e d f r o m 1 2 t o 8 ，t h e c r e e p d e g r e e o f c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e wa s s l i g h t l y d e c r e a s e d By me a n s o f S EM a n d E DS t h e a c t i o n me c h a n i s m o f e x p a n d i n g a g e n t wa s c l a r i f i e d Th e a n a l y s i s r e v e a l e d t h a t e x p a n d i n g a g e n t r e a c t s wi t h c o n c r e t e t o p r o d u c e e t t r i n g i t e On t h e o n e h a n d i t ma y c o mp e n s a t e s h r i n k a g e b y s l i g h t e x p a n s i o n On t h e o t h e r h a n d i t ma y f i l l i n p o r e s a n d ma d e d e n s e f o r h a r d e n e d c e me n t Th e c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e wi t h t u b e wa l l t h i c k n e s s o f 3 8 ，4 1 ，6 6 0 ，9 2 a n d 1 0 8 we r e p r e p a r e d I t i s s h o wn t h a t t h e e x t e r i o r l o a d s a r e s h a r e d wi t h t h e i n c r e a s e o f s t e e 1 r a t i o Th e c r e e p d e g r e e i s d e c r e a s e d Th e s t e e l r a t i o a f f e c t s CF S T c r e e p me c h a n i s m o n t h e s a me l o a d i n g c o n d i t i o n Th e s t u d y c o n c l u d e s t h a t t h e s t r e s s i n c o n c r e t e d e c r e a s e s a l o n g wi t h i n c r e a s i n g s t e e l r a t i o W i t h t h e i n c r e a s e o f wa l l t h i c k n e s s ，s t e e l wo u l d b e b i n d i n g t h e c o n c r e t e a n d l i mi t i n g t h e d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 0 4 修订 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 3 基金项 目： 国家 自然科学基金资助 项 目( 5 1 2 6 8 0 3 2 ) ； 长 江学 者 和创新 团队 发展 计划 ( I R Tl 1 3 9 ) ； 兰州 交通 大学青 年科 技基 金资 助项 目 ( 2 0 1 2 0 2 6， 2 0 1 2 0 2 8 ) 第一作者 ： 张戎令 ( 1 9 8 4 一) ， 男 内蒙古乌兰察布人 ， 兰州交通大学副教授 ， 博士 E - ma i l ： mo g z r l g g g 1 6 3 c o m 通信作者 ： 王起才 ( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 河北晋I l i a ， 兰州交通大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： wa n g q c ma i l 1 z j t u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 5 O 建筑材料学报 第 1 8卷 Ke y wo r d s ：c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ( CF S T) ；e x p a n d i n g a g e n t ；s t e e l r a t i o；c r e e p；me c h a n i s m 钢管混凝土技术将钢材强度高和延性大的特点 与混凝土的高抗压性进行复合 ， 组成钢混结构 ， 同时 发挥两者的受力优点 ， 是一种有效的材料复合技术 因此 ， 在高层房屋结构 、 多层工业厂房 、 高架输电塔 和大跨桥梁工程等结构 中得 以大量应用 混凝土在 长期荷载作用下 ， 其变形随时间而不断增长 的现象 称为徐变 在实际结构中， 徐变引起结构变形和内力 重分布等突出问题 ， 直接影响到结构 的长期使用性 能和设计寿命 因此， 徐变效应对钢管混凝土组合结 构受力行为的影响引起了工程界 的普遍关注 关于 混凝土收缩徐变 ， 张戎令等 1 研究 了侧 向约束 、 应 力比及复配外加剂对钢管混凝土收缩徐变性能的影 响 ； 肖建庄等_ 6 试验研究了不同再生粗骨料取代率 下再生混凝土的收缩与徐变规律 ； 也有 学者从不 同 掺和料 、 计算模型和计算方法方面研究 了混凝土徐 变机理 ， 并建立了结构徐变 的有限元模型【 7 。 。 。 在解 释徐变理论方面_ 1 ， 主要有黏弹性理论 、 渗出理论、 黏性流动理论 、 内力平衡理论及微裂缝理论等； 钟善 桐口 2 J 根据试验结构计算 出了轴 压短柱徐变变形 的 经验公式； 王元丰H 。 建立了钢管混凝土轴心受压构 件以及变应力作用下高性能混凝土的徐变模型 ； 韩 林海等_ 1 采用龄期调整的有效弹性模量法 ， 对钢管 混 凝 土轴压 构件 的徐 变特 性进 行 了理论 研究 由于钢管混凝土为组合结构 ， 为防止混凝 土收 缩 ， 与钢管脱黏 ， 需在核心混凝土中添加膨胀剂 目 前关于膨胀剂掺量和含钢率对钢管混凝土徐变性能 的影响及其内在联系的研究较少 本文重点分析膨胀剂掺量( 质量分数 ， 文 中涉及 的掺量 、 水胶 比等除特别注 明外均为质量分数或质 量 比) 和含钢率( 面积分数 ， 钢管与混凝土的截面面 积比) 对钢管混凝土徐变性能的影响， 并通过扫描 电 镜对不同膨胀剂掺量的钢管混凝土的水化程度和矿 物组成进行对比， 分析膨胀剂对钢管混凝 土徐变影 响的机理 同时采用 2种计算方式 ， 分析了含钢率对 钢 管混凝 土 徐变 性能 影 响的原 因 1 试验 1 1原材 料 水泥 ： 天山 PO 4 2 5低碱 硅酸盐水 泥； 粉煤 灰 ： 玛纳斯电厂产 I级 F类 ； $ 9 5矿粉 ： 雁池新型建 材产； 细骨料 ： 兵团建设集团沙场的天然砂， 细度模数 为 2 9 ； 粗骨料： 鑫宝矿 山开发 中心破碎玄武岩 ， 5 2 0 mm连续级配； 拌和水 ： 自来水 试验前将所有原材 料的性能进行了实测 ， 以便准确分析膨胀剂掺量在原 材料一定的情况下， 对钢管混凝土徐变性能的影响规 律 水泥、 拌和水、 粉煤灰、 矿粉和粗细骨料各项性能 指标实测值见表 l 4 减水剂和引气剂： 北京建筑_T 程研究院产 A N 4 0 0 0聚羧酸减水剂和 A N 1引气剂 ； 膨胀剂 ： UE A _ H 型 掺外加 剂混凝土 的各项 实测 指标 见表 5 ， 6 表 1 低碱硅酸盐水泥性能指标 T a b l e 1 Pe r f o r ma n c e I n d e x e s o f l o w a l ka l i n i t y s i l i c a t e c e me n t 裹 2 拌和水水质分析 T a b l e 2 W a t e r qu a l i t y a n a l y s i s 1 2变化参 数及 试验 方 法 钢管混 凝土 中钢 管直径 分别 为 8 8 ， 1 4 0 ， 2 1 9 mm， 其 中直 径为 1 4 0 mm 的钢管 长 度 有 3 5 0 ， 5 0 0 mm 两 种 ， 壁厚分别为 1 3 ， 2 2 ， 3 0 mm； 其余直径的钢管 长 度 为 5 0 0 mm， 壁 厚 为 2 0 mm； 混 凝 土 水 胶 比为 0 3 ， 膨 胀剂 P 1 ， P 2和 P 3掺量 分别 为 4 ， 8 和 裹 3 矿渣粉和粉煤灰性能指标 Ta b l e 3 Pe r f o r ma n c e i n d e x e s o f s l a g a n d fl y a s h 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 张戎令 ， 等 ： 膨胀剂掺量 和含钢率对钢管混凝土徐变性能 的影 响 7 5 1 S e t t i n g t i me rai n C o mp r e s s i v e s t r e n g t h r a t i o I n i t i a I Fi n a l 3 d 7 d 2 8 d 1 2 钢管混凝土配合 比详见表 7 裹 7 膨胀剂掺量不同时钢管混凝配合比 T a b l e 7 Mi x p r o p o r t i o n w i t h d i f f e r e n t e x p a n d i n g a g e n t c o n t e n t s o f C F S T k g m。 Not e： Va l u e i n p a r e nt he s e s a r e t h e c o n t e n t o f e x p a n d i n g a g e nt 根据 GB T 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 测得混凝土的徐变度 ( 徐 变度计算公式见式 ( 1 ) ) 试件标准养护 2 8 d后采用 弹簧式三杆徐变仪进行加载， 钢管与混凝 土同时受 荷， 施加的长期荷载为 2 3 5 3 k N 用千分表测量钢 管混凝 土 的徐 变变 形量 ， 试 验温 度为 ( 2 0 1 ) G 1 f _A L , -A L o e 1 ( 1 ) O、L, b 式 中： G 为加载 t时间后 的混凝土徐变度 ， MP a - 。 ； 为 徐变 应 力 ， MP a ； L 为 加 载 t时 间 后 的 总 变 形 值 ， mm； L 。 为加载 时测 得的初始 变形值 ， mm； L b 为测量标距 ， mm 为同龄期的收缩值 ， mm m 试 验装 置示 意 图见 图 1 2 试验 结果与分析 2 1 膨胀剂掺量对钢管混凝土徐变度的影响 含钢率 a分别 为 3 8 ， 6 6 和 9 2 时膨胀 巴 巴 0 几 1 r 几 l 1 n ， 菌 ： l 一 4 1 口 _ 广 l = 三 i - E ： 二 ： ： _ 一 I J 宣 一 歪 r 舀 I 蛋 图 1 试验装置示意 图 F i g 1 S k e t c h ma p o f t e s t e q u i p me n t 剂 掺量 对 钢 管 混凝 土 徐 变度 的影 响 规 律如 图 2 所示 噼 蔓 毗 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 8卷 6 0 3 0 00 60 0 0 90 00 1 20 0 0 Time h ( a ) 1 4 0 x 1 3ml 3 a 3 5 0衄， =3 8 Ti me h ( b ) 1 4 02 2ran 1 3 5 0n l n l ， =6 6 3 0 0 o 6 0 0 0 90 0 0 1 2 0 00 0 3 0 0 0 6 0 0 0 9 0 0 0 1 2 0 0 0 Time l l Ti me h ( c ) 1 4 0 2 2 m m5 0 0 1Y lr fi ， c t = 6 6 ( d ) 1 4 0 x 3 0 n m l 3 5 0 mm， a= 9 2 ( I o 图 2 膨 胀剂 掺量对钢 管混凝 土徐变度的影响 Fi g 2 I n f l u e n c e o f e x p a n d i n g a g e n t c o n t e n t s o n c r e e p d e g r e e o f C FS T 由图 2可见 ， 在含钢率一定的情况下 ， 随着膨胀 剂掺量的增加 ， 钢管混凝土的徐变度有所减小 当膨 胀剂掺量为 4 9 5 时 ， 徐变度最大 ； 膨胀剂掺量为 8 时， 徐变 度次之 ； 膨胀剂 掺量为 1 2 时 ， 徐变度 最 小 膨胀 剂 掺量 8 与 1 2 的 钢 管混 凝 土 徐 变 度 相 差不大， 两者 较为接近 这说 明在钢管混 凝土结构 中， 不能一味地依靠增加膨胀剂掺量来补偿 钢管混 凝土的收缩效果 在实际结构工程 中应根据当地材 料 和泵送 要求 等选 择膨胀 剂 的最 优掺 量 2 2 含钢率对钢管混凝土徐变度的影响 文献 1 3 认 为在相同应力级别下 ， 钢管混凝 土 的徐变度不随含钢率 的增大而减小 但文献 1 2 认 为在相同应力级别下 ， 钢管混凝 土的徐变度随含钢 率的增大而减小 ； 在一定的应力级别下， 钢管混凝土 的应力随含钢率 的增大而增加 ， 致使结构徐变度增 大 ， 同时钢管对混凝土的约束作用亦增大 ， 又使得结 构徐变度减小 在这两种情况共 同作用下 ， 钢管混凝 土徐变度的增减作用互相影响 ， 因此单在同一应力 级别下研究含钢率与钢管混凝 土徐变度 的关系 ， 可 能不具有可 比性L 1 。 为此 ， 本文进行 了相 同荷载下 含钢率与钢管混凝土徐变度关系的研究 相同荷载 ( 2 3 5 3 k N) 下含钢率 对钢管混凝 土 徐变度的影响规律如图 3所示 由图 3 可见 ， 增大含钢率 ， 钢管混凝土的徐变度 有所减小 这是因为增大含钢率后 ， 钢管可以较多承 担外部荷载 ， 使钢管混凝土中核心混凝土受力减小 ， 进而使钢管混凝土徐变度减小 由图 3还可见 ， 膨胀 剂掺量为 4 的钢管混凝土徐变度总体高于膨胀剂 掺量为 1 2 的钢管混凝土 综合分析徐变度 的变化 趋势后认为， 膨胀剂掺量和含钢率共同影 响钢管混 凝土的徐变性能 ， 在膨胀剂掺量不同的情况下 ， 含钢 率对钢管混凝土徐变度的影响并不相同 3 机理分析 3 1 膨 胀剂掺 对 钢管 混凝 土徐 变性 能的影 响 机 理 采用膨胀剂掺量分别为 4 ， 8 和 1 2 的水泥 浆在水胶 比一定的条件下成型 ， 标准养护 2 8 d后 ， 将 试样 经抽 真空 和 喷 金处 理 ， 在 扫 描 电镜 ( S E M) 下 观测剖断面形貌 ， 见图 4 由图 4可见 ， 当膨胀剂掺量为 4 时 ， 水泥净浆 中的钙矾石( AF t ) 呈短细小针状 ， 杂乱分布 ， 水泥石 、 b_【0 靛 0 它aD 8 加 m O 苣口 o _lQ 靛 o 歪0 ： 2 B d ， a 0 整 U 如 加 m O 目 、 b_l 釜 U 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 张戎令， 等： 膨胀剂掺量和含钢率对钢管混凝土徐变性能的影响 8 0 6 0 4 0 2 O 0 Th n e h ( a ) ，( P1 ) = 4 0 3 O 00 6O o o 90 0 0 1 2 0 00 Ti me h ( c ) w ( P 2 ) = 8 1 0 0 8 O 6 0 4 0 2 0 0 3 0 0 O 60 o 0 9 0 0 0 1 20 0 0 Th ne P a ( b ) w ( P 2 ) = 8 3 o 0 0 60 0 0 9 0 0 0 1 20 0 0 Ti me h ( d ) w ( P 2 ) = 8 3 0 o O 6 o o 0 90 0 0 1 20 0 0 Thn e t h ( c ) w( P 3 ) =l 2 图 3 含钢率对 钢管混凝土徐变度 的影 响 Fi g 3 I n f l u e n c e o f s t e e l r a t i o s o n c r e e p d e g r e e o f CF S T 整体结构较为疏松 ； 当膨胀 剂掺量为 8 时 ， AF t 为 细针状 ， 簇生于水泥石成型时的残留气泡 、 水泥浆体 中的毛细孔、 接触处 的孔穴及水泥浆体的微裂纹 中， 水泥石整 体结构 较为 致密 ； 当膨 胀剂 掺量 为 1 2 时 ， 大量花状或棒状 AF t 簇生于孔 隙中， 水泥石整 体结构密实 这是 由于膨胀剂的主要 成分 为明矾石 和石膏 ， 在水泥水化过程 中， 膨胀剂反应生成钙矾石 所需 的 C a S O 由膨胀剂 自身带人 ， 反应 中所 需的氢 氧化钙 ( C H) 由 C 。 S和 C S水 化反应生成 ， 水化反 应的加速进行使 水泥强度和膨胀发展相对较协调 ， 形成大量钙矾石 膨胀剂一方面通过生成 的钙矾石 微膨胀起到补偿收缩 的作用 ； 另一方面通过钙矾石 填充于结构孑 L 隙中， 使水泥石更加密实 前文研究表 明 ， 钢管混凝土的徐变度随着膨胀剂掺量 的增加而 减小 这是 由于膨胀剂掺量的增加， 提高了核心混凝 土的密实性， 混凝 土越密实 ， 钢管套箍效应越好 ， 混 凝土三向受力越明显 ， 进而加强 了钢管和混凝土 的 界面黏结力 ， 使 内力传 递更加均匀 ， 提高 了结构刚 度 ， 有 效地 减小 了钢管混 凝 土 的徐 变 度 由图 4还 可 看出， 膨胀剂掺量 为 8 和 1 2 时水泥净浆的致密 如 ： 2 O I I 8疑等 2U B 商， 一 ) 1 v 釜 U 矗 、 b_【 0 基 3 p 砉 、 bH 。 = 口 _ 0 U ： 2 O 扁 I 18 一 d 。 pH U 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 5 4 建筑材料学报 第 1 8卷 ( a ) w ( P 1 ) = 4 ( c ) w ( P 3 ) = 1 2 图 4 不同膨胀剂掺量下水泥净浆 2 8 d龄期 时的 S E M 照片 Fi g 4 SEM ph ot o s o f c e me nt pa s t e wi t h di f f e r e nt e xp a nd i n g a ge n t c o nt e nt s at 2 8 d a ge 程度 相差 不 大 ， 这 也 印证 了膨 胀剂 掺 量 为 8 ， 1 2 时钢管混凝土徐变度较为接近的结论 3 2不 同膨 胀剂 掺量 的水 泥 净浆成 分 分析 提取水泥净浆 水化产物 ， 用射线能量色散谱仪 ( E D S ) 进行能谱分析 ， 其 E D S图谱见图 5 ， 不同膨胀 剂掺量下水泥净浆 中元素组成见表 8 由图 5和表 8可 以看 出 ， 由 于膨 胀 水 泥 石 中含 Ca M ； F e 有 钙矾 石类 的膨 胀材 料 ， 因此在 基 体 中 S元 素 和 Al 元素的含量随着膨胀剂掺量的增加而增加； 在膨胀 水泥石中 S i 元 素的质量分数 随着膨胀剂掺量 的增 加而增加 ， C a元素的质量分数则随着膨胀剂掺量的 增加而降低 原因可能是膨胀剂 中含有较高 比例的 S i 元素 ， 膨胀 剂掺 量高 ， 水泥 石 中 S i 元 素 含量 就 高 ， 有 利 于生成 C 一 H 凝 胶 l_ 】 ， 提高 结构 致密 程度 M S L Ca Fe 。 i 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 0 1 O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 70 8 0 90 1 0 0 En e r g y k e V M Ca L 0 1 O 2 O 3 0 40 5 0 6 0 70 8 0 90 1 0 0 Ene r g y ke V ( c ) w ( P 3 ) = l 2 En e r g y ke V ( b ) w ( P 2 ) = 8 图 5 不 同膨胀 剂掺量的水泥净浆能谱成分分析谱 F i g 5 P o we r s p e c t r a l a n a l y s i s o f c e me n t p a s t e wi t h d i f e r e n t e x p a n d i n g a g e n t c o n t e n t s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 张戎令 ， 等 ： 膨胀剂 掺量和含钢率对钢管混凝土徐变性能 的影 响 裹 8不同膨胀剂掺下水 泥净浆中元素组成 T a b l e 8 E l e me n t c o mp o s i t i o n s I b y ma s s )o f c e me n t p a s t e wi t h di f f e r e nt e x p a n d i n g a g e nt c o n t e n t s 究了含钢率( 直径相 同， 壁厚不 同； 直径和壁厚均不 同 2种 形 式 )为 3 8 ， 4 1 ， 6 6 ， 9 2 和 1 O 8 9 6 在相同荷载下对钢管混凝土徐变度 的影 响 为节省篇幅本文以钢管直径相同 壁厚不同为例 ， 浅 析含钢率对钢管混凝土徐变性能 的影响机理 目前 较为常用 的 2种钢管混凝 土受力计算方法有 ： 方法 I， 考虑钢管对混凝土的套箍作用 ， 将钢管混凝土按 照组合结构进行受力特性计算 ， 即按 照组合弹性模 量 进行计算 ； 方法 ， 按照钢筋混凝 土结 构设计 理论 ， 采用叠加法得 到换算刚度 ， 将钢 管换算成 混凝土来计算钢管混凝土的力学特性 本文亦采用 这 2种计算方法进行对 比说 明， 详见表 9 3 3 含钢率对钢管混凝土徐变性能的影响机理 由表 9可以看 出， 按照组合结构计算方法( 方法 在膨胀剂掺量为 4 ， 8 和 1 2 的情况下 ， 研 I) 计算钢管混凝土受压力学特性时 ， 考虑了套箍效 裹 9 钢管混凝土受力计算方法对比 Ta b l e 9 Co mp a r i s o n o f di f f e r e n t c a l c u l a t i o n me t h o d o f l o a di n g s t r e s s o f CF S T No t e ： Me t h o d I- Ch a r a c t e r i s t i c t o c o mp u t e o f C F S T o n t h e c o mp o s i t e s t r u c t u r e ；Me t h o d II - C h a r a c t e r i s t i c t o c o mp u t e o f C F S T b a s e d o n s t r u c t u r e s t e e l t u b e c o n v e r t e d c o n c r e t e ； -C o n f i n e me n t c o e f f i c i e n t ； -C o mb i n a t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h d e s i g n v a l u e ； -S t a n d a r d d e v i a t i o n s f or t he c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o nc r e t e 应， 致使在相 同荷载作用下 ， 尽管加 载应力相同， 但 钢管混凝土组合结构的抗压强度还是随着含钢率 的 增加 而增 加 ， 因此应 力 比随着 含钢 率 的增 加而 减 小 ； 按照弹性模量 比换算截面计算方法C Y法 I I ) 计算钢 管混凝土受压力学特性时， 虽然在 相同荷载作用下 将钢管换算成混凝土 ， 使混凝土抗压强度相同， 但其 加载应力随着含钢率的增加而降低 ， 因此应力 比也 随着含钢率的增加而降低 由此可知 ， 无论采用哪种 计算方法 ， 由于同直径 的钢管混凝 土钢材含钢率随 着壁厚的增加而增加， 因此在相同荷载下 ， 混凝土受 到 的荷 载 随含 钢 率 的增 加 而 减 小 ， 故造 成 钢 管 混 凝 土在相 同荷载下 的徐变度随含钢率的增加而减小 的 主要原因有两方面 ： 一是相同荷载下 ， 混凝土应力随 着含钢率的增加减小 ； 二是随着壁厚 的增加钢管对 混凝土的约束增加 ， 限制 了混凝土的变形 4 结论 ( 1 ) 钢管混凝土在含钢率 、 配合 比等一定 的情况 下 ， 徐变度随着膨胀剂掺量 的增加而减小 但钢管混 凝土徐变度未随着膨胀剂掺量的增加成 比例减小 因此实 际应 用 时应选 择适 当 的膨胀 剂 掺量 ( 2 ) 膨胀剂的主要成分是明矾石和石膏， 两者反 应生成钙矾石 钙矾石一方面通过微膨胀补偿水泥 石收 缩； 另 一方 面填 充 在孔 隙 中 ， 使 水 泥石 更 加 密实 ( 3 ) 在原材料、 配合 比及荷载等一定的情 况下， 钢管混凝土徐变度随含钢率的增加而减小 主要原 因为： 等荷载下混凝 土应力随着含钢率 的增加而减 小 ； 随着壁厚 的增加 ， 钢管对混凝土的约束增 加， 限 制 了混凝 土 的变形 参 考文 献 ： 1 张戎令 ， 王起才 ， 马丽娜 微膨胀 和侧 向约束 共同作 用下混凝 土徐变性能和孔结 构的关 系 J 硅 酸盐学 报 ， 2 0 1 5 ， 4 3 ( 5 ) ： 5 8 5 - 5 9 2 ZHANG Ro n g l i n gWANG Qi c a i ，MA Li n a Re l a t i o n s be t we e n p o r e s t r u c t u r e a n d c r e e p c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e u n d e r mi c r o - e x p a n d i n g a n d l a t e r a l r e s t r a i n t s J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y ， 2 01 5， 4 3( 5 )： 5 8 5 5 9 2 ( i n Ch i n e s e ) 2 张戎 令 ， 王起才 ， 马丽娜 ， 等 膨胀剂掺量和应力 比对钢管混凝 土徐 变性能的影 响I- J 中南大学 学报 ： 自然科学 版 ， 2 0 1 4 ， 4 5 ( 7 )： 2 41 6 - 2 4 2 3 Z HANG Ro n g l i n g。 W ANG Qi c a i ， MA Li n a ， e t a 1 Ef f e c t o f i n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 5 6 建筑材料学报 第 1 8 卷 t e r a c t i o n be t we e n e x p a n d i n g a g e n t p r o p o r t i o n a n d s t r e s s r a t i o o n c r e e p c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e f i l e d s t e e l t u b e J J o u r n a l o f Ce n t r a l S ou t h Un i v e r s i t y： S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y， 2 01 4， 4 5 ( 7 )： 2 4 1 6 2 4 2 3 ( i n Ch i ne s e ) 3 张戎令 ， 王起 才， 葛勇 ， 等 膨胀剂掺量对钢管混凝土徐变性 能 的影响 J 公路交通科技 ， 2 0 1 4 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 6 6 7 1 Z HANG Ro n g l i ng， W ANG Qi c a i ， GE Yo ng， e t a 1 Ef f e c t o f e x p a n d i n g a g e n t c o n t e n t o n c r e e p c h a r a c t e r i s t i c s o f C F S TF J J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a n s p 0 r t a t i 0 n R e s e a r c h a n d D e v e _ l o p me n t ， 2 0 1 4， 3 1 ( 1 1 )： 6 6 71 ( i n Ch i ne s e ) 4 张戎令 ， 杨阳 ， 王起才 ， 等 钢管微膨胀混凝土气孔结构改变 对 徐变 的影 响r J ， 硅酸盐 通报 ， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 6 ) ； 1 5 1 4 1 5 1 9 ZHANG Ro n g l i n g， YANG Ya n g， WANG Qi c a i ， e t a 1 Ef f e c t o f p o r e s t r u c t u r e s o n t h e c r e e p c ha r a c t e r i s t i c s o f mi c r o - e x - p a n d e d c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e Ce r 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