淺談高性能混凝土配合比及收縮徐變效應(yīng)

1、淺談高性能混凝土配合比及收縮徐變效應(yīng)摘要：混凝土結(jié)構(gòu)因其具有易加工、能耗低、耐久性好、與鋼材等結(jié)合性好、適宜于大規(guī)模生產(chǎn)等特點，問世一百多年來，已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)不可缺少的工程結(jié)構(gòu)?；炷良夹g(shù)的發(fā)展使預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的設(shè)想成為現(xiàn)實，同時預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的發(fā)展也使大跨與超大跨橋梁的應(yīng)用與日俱增，這些建筑物均對結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出了高強、輕質(zhì)的要求，為此高強高性能混凝土逐漸成為人們關(guān)注的焦點。關(guān)鍵詞：混凝土；配合比；收縮徐變一、高性能混凝土配合比設(shè)計方法 很久以來，良好的配合比設(shè)計需要更多的是“技巧而非科學(xué)”。這句話充分說明了長久以來配合比的確定主要依靠經(jīng)驗和試驗，從而產(chǎn)生了諸多經(jīng)驗性模型，而大多數(shù)模型并沒有

2、充分認識到經(jīng)驗性本質(zhì)所在。本文介紹一種比較流行的高性能混凝土（HPC）配合比設(shè)計方法：全計算法。下面對全計算法進行簡要介紹。 1.1 全計算法的基本觀點： 1)混凝土各組成材料(包括固、氣、液三相)具有體積加和性； 2)石子的空隙由干砂漿填充； 3)干砂漿的空隙由水填充； 4)干砂漿由水泥、細摻合料、砂和空氣隙所組成。 1.2 全計算法需要考慮的地方： 1、參數(shù) A、B 的選擇 全計算法進行 HPC 混凝土設(shè)計時，水膠比的計算公式中 A、B 的參數(shù)仍以JGJ 55-2000 普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程為依據(jù)，而規(guī)程中規(guī)定的參數(shù)適用于混凝土強度等級小于 C60 級時，與高性能混凝土一些要求已經(jīng)不符

3、。 2、砂拔系數(shù)的選擇 全計算法中的砂拔系數(shù)設(shè)定偏高。目前混凝土骨料主要為兩種碎石摻配，在實際施工過程中應(yīng)嚴格控制粒徑5mm 的碎石，但大多數(shù)小碎石中都包含粒徑5mm 的碎石，應(yīng)根據(jù)這部分小碎石所占比例確定砂拔系數(shù)。同時基于高性能混凝土中砂率較低的原則，若小碎石中粒徑5mm 的碎石所占比例在 15%左右時，在進行高性能混凝土配合比設(shè)計時可不考慮砂拔系數(shù)的影響。 根據(jù)以上二點，進行一些參數(shù)的修改，并在全計算法的基本觀點中增加一點。為： 1)混凝土各組成材料(包括固、氣、液三相)具有體積加和性； 2)石子的空隙由干砂漿填充； 3)干砂漿的空隙由水填充； 4)干砂漿由水泥、細摻料、砂和空氣隙所組成；

4、 5)粒徑5mm 碎石可以部分與砂漿共同起到增加流動性作用。 此方法合適于 52.5 級或以上的水泥。 二、高性能混凝土的工作及力學(xué)性能 工作性主要描述新拌混凝土運輸和振搗密實的能力，是新拌混凝土的重要性能，也將影響服役混凝土的性能。尤其是橋梁工程中混凝土澆筑多以泵送為主，更加凸顯混凝土工作性的重要性。 最適合的工作性應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)種類(鋼筋的密度、結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸)和操作技術(shù)進行選擇。考慮當(dāng)前人力澆筑的質(zhì)量水平，為了使混凝土澆筑質(zhì)量不受人力影響，使混凝土質(zhì)量更有保證，通常要求混凝土擁有更高的和易性。為了獲得高質(zhì)量的混凝土(強度較高、侵蝕介質(zhì)難以滲入、耐久性好)，就需要獲得盡可能高的密實度。這一目

5、標對于流態(tài)(坍落度16cm)和高流態(tài)的混凝土很容易達到。 工作性的測試方法主要有坍落度試驗法、維勃方法和密實系數(shù)法等。但坍落度實驗法由于簡單易行，而應(yīng)用最廣。 在混凝土及鋼筋混凝土中，混凝土主要以承受壓力為主，抗壓強度是混凝土力學(xué)性能的考核指標和工程驗收標準。混凝土抗壓強度取決于水灰比、養(yǎng)護時間和水泥強度等因素。在橋梁懸臂施工過程中，一般每一階段施工周期為 78 天，張拉鋼筋為混凝土澆筑后的 35天，因此不僅要考慮 28 天抗壓強度，同時要考慮 3 天、7 天抗壓強度。 三、混凝土收縮徐變的影響因素 3.1 收縮機理 混凝土的收縮是指由于混凝土中所含水分的變化、化學(xué)反應(yīng)及溫度變化等因素引起的體

6、積縮小。它是不依賴于荷載而與時間、氣候等有關(guān)的一種干燥變形。收縮的機理非常復(fù)雜，Powers 等專家研究認為：收縮機理主要取決于水化泥漿中的水分子、毛細冷凝、表面張力和楔壓力；另一方面， R.F.feldman 和 P.Sereda 認為收縮是由于干燥驅(qū)使 C-S-H 凝膠顆粒層間水遷移引起的。除去溫度作用，混凝土收縮按作用機理分為塑性收縮、自收縮、干燥收縮、碳化收縮。 3.1.1 塑性收縮 塑性收縮是由于混凝土終凝以前表面失水引起毛細管壓力而產(chǎn)生的表面收縮。Powers 提出的毛細管壓力計算公式如下： P= 1 10-3SC / W 式中： P顆粒之間的毛細管壓力； 水的表面張力； S顆粒的

7、比表面積。 塑性收縮一般發(fā)生在混凝土終凝（1012）h前，而且是暴露在不飽和空氣環(huán)境下（相對濕度95%）、風(fēng)速較大、氣溫較高時才會發(fā)生。環(huán)境條件是影響塑性收縮的最主要因素，因此合理的養(yǎng)護是控制塑性收縮的最主要方法。在高性能混凝土中，低水膠比和摻加礦物摻合料會增加塑性收縮，因此對于高性能混凝土，合理的養(yǎng)護方法更為重要。 3.1.2 干燥收縮 干燥收縮是混凝土干燥時的體積改變，是由于混凝土中水分在新生成的水泥石骨架中的分布變化、移動及蒸發(fā)引起的。是混凝土收縮的主要部分，也是一般結(jié)構(gòu)收縮計算主要針對的部分。 3.2 徐變機理 混凝土徐變是在持續(xù)荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形將隨時間不斷增加的現(xiàn)象。徐變

8、可分為兩種：基本徐變和干燥徐變。一般把總變形減去不加荷試件（對比試件）的體積變形（補償變形）稱為總徐變變形，其比瞬時彈性變形大 13 倍?；炷猎诿芊鈼l件下（與周圍介質(zhì)沒有濕度交換）受持續(xù)荷載產(chǎn)生的徐變稱為基本徐變，從總徐變值減去基本徐變后的部分稱為干燥徐變。即總徐變=基本徐變+干燥徐變。 關(guān)于混凝土徐變機理的理論很多，一般都以水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，認為混凝土中可蒸發(fā)水的存在是產(chǎn)生徐變的主要原因。這些理論主要有滲出理論、粘性流動理論、塑性流動理論、內(nèi)力平衡理論及微裂縫理論等，而迄今為止還沒有哪一種理論與假設(shè)被廣泛接受。因此美國混凝土學(xué)會第 209 委員會在 1972 年的報告中將徐變的機理

9、分為： 1、應(yīng)力和吸附水層的潤滑作用下，水泥膠體的滑動或剪切所產(chǎn)生的水泥石的粘稠變形； 2、在應(yīng)力作用下，由于吸附水的滲流或?qū)娱g水轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的緊縮； 3、水泥膠泥體對骨架彈性變形的約束作用所引起的滯后彈性變形； 4、由于局部發(fā)生微裂、結(jié)晶破壞以及重新結(jié)晶與新的聯(lián)結(jié)而產(chǎn)生的永久變形。 ACI 第 209 委員會同時指出“一個令人滿意的徐變理論，必須對于各種不同的環(huán)境條件、各種不同應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土性能作出統(tǒng)一的解釋，對徐變的機理提出確切的結(jié)論。也許，唯一沒有爭議的說法是：某些可蒸發(fā)水分的存在對徐變是必不可少的”。試驗證明了徐變應(yīng)變大的混凝土，收縮應(yīng)變也大。于是一種比較普遍的意見是：收縮、徐變的基

10、本原因是相同的。 影響收縮徐變的共同因素主要包括內(nèi)部因素和外部因素兩個方面，盡管同一因素對收縮、徐變的作用并不盡相同，一般認為混凝土的收縮、徐變特性是由一些共同的基本因素（荷載條件除外，收縮與荷載條件無關(guān)）所決定的。凡是收縮值大的混凝土，徐變值也大。 四、結(jié)語 收縮對全橋應(yīng)力和撓度影響很小，基本可以忽略其影響，因此在連續(xù)梁橋撓度和應(yīng)力控制的時候可以不考慮收縮的影響。收縮對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的影響主要為產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)性裂縫，即由局部收縮不均所引起的裂縫。因此對混凝土收縮的控制應(yīng)主要集中在材料層次，即采用收縮量較小的混凝土，并加強混凝土的養(yǎng)護措施。 徐變對混凝土結(jié)構(gòu)撓度和預(yù)應(yīng)力損失的影響至關(guān)重要，約占 10 年結(jié)構(gòu)總變形的 50%左右，因此根據(jù)實驗?zāi)Ｐ筒捎煤线m的預(yù)測模型進行理論分析是預(yù)防連續(xù)梁橋長期下?lián)虾头垂斑^大的關(guān)鍵。 參考文獻： 【1】 程良勝，雷凡.高性能混凝土配制技術(shù)的研究與應(yīng)用.中國水運. 2007， 5（3）：4243 【2】