高海拔地區(qū)橋梁混凝土收縮徐變的研究

陳 勝 利

(青海省公路建設(shè)管理局，青海 西寧 810001)

收縮是指混凝土在凝結(jié)硬化以及服役過程中，由于內(nèi)部水分變化，溫度變化以及化學(xué)反應(yīng)等因素引起的體積的縮小。混凝土的收縮變形包括自收縮、干燥、溫度及碳化等引起的收縮[1]。混凝土徐變受環(huán)境相對濕度的影響明顯[2]。相對濕度越大，吸附水蒸發(fā)量越小，水化程度越高，徐變也就越小。

對于高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋而言，墩柱高度和大跨徑導(dǎo)致大體積混凝土和施工縫的出現(xiàn)[3，4]。隨之而來的就是高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋混凝土的收縮和徐變問題，這也是困擾現(xiàn)代橋梁工程的一個(gè)重要問題。因此，本文開展低溫大溫差環(huán)境下連續(xù)剛構(gòu)橋混凝土收縮徐變的研究，通過室內(nèi)試驗(yàn)和結(jié)果分析，提出青藏高原低溫、大溫差環(huán)境下大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的低收縮徐變混凝土質(zhì)量控制措施和指標(biāo)要求。

1 試驗(yàn)介紹

試驗(yàn)中混凝土強(qiáng)度等級為C50，通過改變混凝土的配合比參數(shù)，考察水灰比、粉煤灰摻量、砂率等因素對混凝土收縮徐變的影響規(guī)律。具體研究指標(biāo)為60 d干燥收縮、180 d徐變度和徐變系數(shù)。

試驗(yàn)中干燥收縮裝置如圖1所示。成型100 mm×100 mm×400 mm的試件，拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，3 d后(從攪拌混凝土加水時(shí)算起)移入恒溫恒濕室內(nèi)，用裝有千分表的收縮儀進(jìn)行試驗(yàn)。由于是非標(biāo)準(zhǔn)試件應(yīng)先在該室內(nèi)預(yù)置4 h，再測其初始值。

試驗(yàn)裝置為彈性強(qiáng)度300 kN、彈性系數(shù)3 kN/mm的彈簧組，混凝土試件尺寸為(100×100×300)mm3，如圖2所示。主要通過180 d徐變度和徐變系數(shù)評價(jià)混凝土徐變性能。

2 水膠比對混凝土收縮徐變的影響

2.1 干燥收縮

水膠比對混凝土干燥收縮的影響如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)水膠比從0.37分別減小到0.35,0.33,0.31和0.29，混凝土干燥收縮從282分別減小到265,244,241,236，即混凝土干燥收縮隨著水膠比的減小而減小。干燥收縮主要是毛細(xì)孔中失水而導(dǎo)致的收縮。水膠比的增加，不僅增加了材料的孔隙率，而且增加孔的連通性，這樣毛細(xì)孔水從內(nèi)部向外部的遷移速度就會增加，從而導(dǎo)致水泥基材料干燥收縮增加。

2.2 徐變

按照國家規(guī)范GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[6]測試混凝土的徐變度，混凝土水膠比分別為0.4，0.35，0.31。試驗(yàn)得到的混凝土水膠比對徐變的影響結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，混凝土水膠比越大，徐變度越大，水灰比為0.35時(shí)320 d徐變度為48.94×10-6/MPa，水灰比為0.4時(shí)320 d徐變度達(dá)到69.01×10-6/MPa，增加了41.0%。

3 粉煤灰摻量對混凝土收縮徐變的影響

3.1 粉煤灰對干燥收縮的影響

一般而言，粉煤灰對混凝土的收縮有較好的抑制作用[7]。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，粉煤灰的摻入，降低了混凝土的干燥收縮，且干縮隨著粉煤灰摻量的增大而減小，粉煤灰摻量10%,15%和20%時(shí)，干燥收縮分別降低10%,17%和21%。雙摻粉煤灰和礦渣粉各10%時(shí)，收縮值降低了20%。

3.2 粉煤灰對徐變的影響

當(dāng)水膠比為0.35，粉煤灰摻量為0%,15%,30%時(shí)混凝土的徐變度變化規(guī)律如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)，相比不摻時(shí)徐變度明顯減少，然而摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土徐變度相對摻量15%時(shí)的徐變度則變化不大。原因是粉煤灰顆粒的彈性模量相對水泥顆粒更大，其摻量15%時(shí)，其微集料效應(yīng)能夠較好的發(fā)揮，從而抑制混凝土的徐變。而當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其對混凝土徐變的抑制作用則不明顯，這可能是由于混凝土密實(shí)度往往不會隨著粉煤灰的摻量變化，其中存在著一個(gè)摻量的最優(yōu)值，超過這個(gè)值后混凝土密實(shí)度不會提升甚至有所下降。

4 砂率對混凝土收縮徐變的影響

C50強(qiáng)度等級混凝土，當(dāng)混凝土水膠比為0.35，砂率為33%,36%,39%和42%時(shí)，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

4.1 砂率對干燥收縮的影響

砂率對混凝土干燥收縮的影響如圖7所示。從圖7可以看出，當(dāng)砂率從33%增加到36%,39%和42%時(shí)，混凝土180 d干燥收縮值從261增加到284,305,321，即混凝土干燥收縮隨著砂率的增加而增加，這主要是由于砂率增加導(dǎo)致粗集料的體積分?jǐn)?shù)降低，從而對混凝土收縮的抑制效果減弱，最終表現(xiàn)為干燥收縮增加。

由于徐變試驗(yàn)周期較長，目前試驗(yàn)數(shù)據(jù)還在收集中，預(yù)計(jì)在12月初徐變數(shù)據(jù)可全部收集結(jié)束，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

4.2 砂率對徐變的影響

當(dāng)水膠比為0.35，砂率36%,39%,42%時(shí)混凝土的徐變度發(fā)展規(guī)律如圖8所示。由此可見，相對水膠比以及粉煤灰來說，砂率對混凝土的徐變度的影響較小。砂率36%時(shí)混凝土徐變度最小，為44.8×10-6/MPa，而砂率達(dá)到42%時(shí)，徐變度則增加到51.37×10-6/MPa，粗集料作為混凝土的骨架，對混凝土收縮徐變有明顯的抑制作用。砂率越大，則混凝土中粗集料越少，因而混凝土徐變越大。

5 結(jié)語

本文根據(jù)高海拔低溫大溫差的環(huán)境特征，對水膠比、粉煤灰和砂率等因素對混凝土收縮徐變性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，取得以下主要結(jié)論：

1)混凝土水膠比越大，其自收縮越小，干燥收縮越大，徐變越?。?/p>

2)粉煤灰的摻入能夠有效減少混凝土的收縮徐變性能，但是摻量較大時(shí)，其對混凝土徐變的抑制作用則不明顯；

3)砂率越小，混凝土骨料含量越大，其對混凝土收縮徐變的抑制效果越好，混凝土收縮徐變則越小。