預(yù)應(yīng)力混凝土彈性模量與混凝土配合比關(guān)系的探討

1、預(yù)應(yīng)力混凝土彈性模量與混凝土配合比關(guān)系的探討摘要:預(yù)應(yīng)力混凝土的彈性模量是體現(xiàn)混凝土受力與變形關(guān)系的一個(gè)參數(shù)。本文通過混凝土彈性模量試驗(yàn)的數(shù)據(jù),分析、探討混凝土彈性模量與混凝土配合比之間的關(guān)系，為某工程工程建設(shè)提供有益的參考。關(guān)鍵詞：橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土 彈性模量 混凝土配合比1引言在某工程工程建設(shè)中，橋梁混凝土除了強(qiáng)度、坍落度等指標(biāo)外，還有混凝土的靜壓彈性模量（簡稱彈性模量）指標(biāo)?；炷恋膹椥阅Ａ渴求w現(xiàn)混凝土受力與變形關(guān)系的一個(gè)重要參數(shù)?；炷恋膹?qiáng)度能滿足要求，若混凝土的彈性模量較小，也會(huì)使混凝土的變形較大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失衡，而發(fā)生質(zhì)量事故。C50以上的預(yù)應(yīng)力鋼筋橋梁混凝土張拉時(shí)都要知道混凝土的彈性

2、模量值；在計(jì)算混凝土變形、裂縫擴(kuò)展以及大體積混凝土的溫度應(yīng)力時(shí)也要知道混凝土的彈性模量值 。影響混凝土彈性模量的因素很多，諸如混凝土的配合比、混凝土試件的制作以及試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)操作等都會(huì)影響混凝土的彈性模量。本文從混凝土配合比方面做以下的探討。2測量混凝土彈性模量的儀器和試驗(yàn)方法測量混凝土彈性模量的儀器是混凝土彈性模量測定儀。試模：150mm×150 mm×300 mm 塑鋼試模或鑄鐵試模?；炷翂毫υ囼?yàn)機(jī)。試驗(yàn)方法是依據(jù)GB50081-2002中混凝土靜壓彈性模量的試驗(yàn)方法參考交通部的公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程JTG E302005相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)操作過程：

3、制作6個(gè)150mm×150 mm×300 mm試件，養(yǎng)護(hù)到一定的齡期，將其中的3個(gè)做軸心抗壓強(qiáng)度；另外3個(gè)做變形試驗(yàn)。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式：計(jì)算出彈性模量E。3試驗(yàn)所用的原材料試驗(yàn)所用的原材料是某工程工程所用的原材料。3.1水泥：廠生產(chǎn)的水泥。品質(zhì)指標(biāo)如下：比表面積m2/kg標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時(shí)間（min）安定性抗壓強(qiáng)度(MPa 抗折強(qiáng)度(MPa密度燒失量堿含量初凝終凝3d28d3d28d33525.6165235合格35.456.86.89.03.151.63%0.58%3.2砂子：萊西大沽河砂。品質(zhì)指標(biāo)如下：含泥量%泥塊含量細(xì)度模數(shù)表觀密度kg/m3堆積密度kg/m3氯離子含量

4、堿活性1.80.82.84263015600.1無3.3碎石：碎石廠生產(chǎn)的520mm碎石。品質(zhì)指標(biāo)如下：母巖強(qiáng)度MPa含泥量泥塊含量壓碎值針、片狀含量表觀密度kg/m3堆積密度kg/m3堿活性96.511.20.30.13.527201430無3.4高效減水劑：有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑。摻量0.8，減水率31。3.5礦渣粉：有限公司生產(chǎn)的S75級(jí)礦渣粉。品質(zhì)指標(biāo)如下：密度g/cm3比表面積m2/kg活性指數(shù)流動(dòng)度比含水量燒失量 MgO含量堿含量7d28d386931191080.42.111.00.93.6粉煤灰：粉煤灰有限公司生產(chǎn)的一級(jí)粉煤灰。品質(zhì)指標(biāo)如下：細(xì)度0.045mm篩需水比S

5、O3含水率f-CaO堿含量氯離子含量6.8840.52.21.881.680.033.7拌合水：地區(qū)的飲用水，品質(zhì)指標(biāo)如下PHClmg/lSO42mg/l不溶物mg/l可溶物mg/l堿含量mg/l6.8118686369668符合混凝土拌合水JGJ632006的要求。4試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果的分析4.1混凝土彈性模量與混凝土水灰比之間的關(guān)系混凝土彈性模量與混凝土水灰比之間的關(guān)系我們采用四個(gè)不同的水灰比，固定砂率和容重制取混凝土試件測定混凝土彈性模量的試驗(yàn)方法，其配合比以及試驗(yàn)結(jié)果如下：序號(hào)W/CSP%WCSG減水劑A坍落度mm軸心抗壓kN（×102）28d彈性模量MPa（×10

6、4）10.3753915340871611203.26160118.14.1420.3333915345969610593.67140133.94.3730.3003915351067610573.08110147.84.6240.2703915356765310224.5490169.34.93由上表數(shù)據(jù)，我們得到混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量與混凝土水灰比之間關(guān)系的趨勢線如下：由上述兩趨勢線我們可以看出：混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量隨混凝土水灰比的減小而增大。水灰比的減小意味著混凝土抗壓強(qiáng)度的增大。因此我們可以說混凝土彈性模量隨混凝土強(qiáng)度增大而增大。這與一些文獻(xiàn)參考書中所給的指標(biāo)是一致的。如

7、在隧道工程檢測技術(shù)（人民交通出版社2005年版）中給出的噴射混凝土的彈性模量、襯砌混凝土的彈性模量（Gpa）見下表：等級(jí)混凝土類型C15C20C25C30C40C50噴射混凝土18212325/襯砌混凝土262829.53133.535.5馮乃謙教授在最新實(shí)用混凝土大全一書中給出的混凝土靜壓彈性模量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式:也表明混凝土彈性模量隨混凝土強(qiáng)度增大而增大，但不成線性關(guān)系。在混凝土彈性模量要求較大時(shí)，必須降低混凝土的水灰比來達(dá)到。4.2混凝土彈性模量與混凝土砂率之間的關(guān)系混凝土的砂率對(duì)混凝土來說是一個(gè)重要的參數(shù)，不僅影響新拌混凝土的和易性和工作性，而且也影響到硬化混凝土的使用性?；炷?/p>

8、土的砂率對(duì)混凝土彈性模量究竟有什么樣的影響呢？為探討這個(gè)問題，我們進(jìn)行了以下的試驗(yàn)。序號(hào)W/CSP%CSGW減水劑A坍落度mm28d彈性模量MPa（×104）10.303551060611261534.081205.7820.304051067610571534.081605.1630.30455107809531534.081804.7140.30505108668661534.081654.4750.30555109537801534.081403.98由上表數(shù)據(jù)，我們得到混凝土彈性模量與混凝土砂率之間關(guān)系的趨勢線如下圖a：圖a 圖b由上曲線可知混凝土的砂率在一定范圍內(nèi)對(duì)混凝土的

9、彈性模量影響較大。隨混凝土砂率的增大混凝土的彈性模量而減小。這啟示我們?yōu)榈玫礁蠡炷翉椥阅Ａ浚跐M足混凝土和易性、工作性的前提下，盡可能地降低混凝土的砂率。因?yàn)樯奥实慕档鸵馕吨炷链止橇虾康脑黾?，使混凝土的變形相?duì)減小，從而使混凝土彈性模量增加。4.3混凝土彈性模量與混凝土摻合料粉煤灰摻量之間的關(guān)系摻合料粉煤灰是發(fā)電廠收集的一種工業(yè)廢料，經(jīng)磨細(xì)而成，因其中含有大量的活性成分，而被廣泛地用在水泥及水泥混凝土中，由于粉煤灰的摻入，大大提高了新拌混凝土的和易性和硬化混凝土的耐久性。關(guān)于摻合料粉煤灰對(duì)混凝土彈性模量的影響，我們采用以下的混凝土配合比來分析探討。序號(hào)W/CWCFSG減水劑A坍落度m

10、m28d彈性模量MPa（×104）56d彈性模量MPa（×104）10.32160500060811284.01404.314.9920.321604505060811284.01603.695.4330.321604257560811284.01753.915.7840.3216035015060811284.01953.855.92由上表數(shù)據(jù)，我們得到混凝土彈性模量與混凝土粉煤灰摻量之間關(guān)系的趨勢線如上圖b所示。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)和趨勢線可以看出早期（28d）的混凝土彈性模量摻如粉煤灰的比不摻粉煤灰的要低。但沒有具體的規(guī)律；而后期（56d）的混凝土彈性模量在一定范圍內(nèi)，摻如粉煤

11、灰的比不摻粉煤灰的要高的多，并呈增長趨勢。分析：由于粉煤灰的水化是在水泥水化產(chǎn)生的堿性環(huán)境下開始的，故早期的混凝土彈性模量低于不摻粉煤灰的。隨著混凝土齡期的延長使堿性環(huán)境也在加強(qiáng)，從而刺激了粉煤灰的活性，使混凝土后期的彈性模量高于不摻粉煤灰的混凝土彈性模量，摻粉煤灰對(duì)混凝土的長期耐久性有利，而在現(xiàn)實(shí)的橋梁工程中，由于受張拉工期的限制，受橋梁預(yù)制場地的限制，都要求盡快張拉。對(duì)早期混凝土彈性模量要求較高，故在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)（尤其冬期施工的橋梁混凝土）應(yīng)盡量少摻或不摻粉煤灰。4.4混凝土彈性模量與混凝土摻合料礦渣粉摻量之間的關(guān)系礦渣粉是煉鋼廠的鋼材淬火時(shí)留下的廢渣經(jīng)磨細(xì)而成。其性質(zhì)不同于粉煤灰；

12、為探討礦渣粉對(duì)混凝土彈性模量的影響，我們進(jìn)行了以下的試驗(yàn)。序號(hào)W/CWCKSG減水劑A28d彈性模量MPa（×104）56d彈性模MPa（×104）10.32160500060811284.04.375.6320.321604505060811284.04.795.8630.3216040010060811284.04.885.9940.3216035015060811284.04.936.14由試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們得到混凝土彈性模量與混凝土礦渣粉摻量之間關(guān)系的趨勢線如下圖所示。從趨勢線可以看出混凝土的彈性模量，無論早期的還是后期的都隨礦渣粉摻量的增加而增加。這說明摻入礦渣粉并不

13、影響混凝土的彈性模量，且對(duì)無論早期的還是后期的混凝土彈性模量都有利。這一點(diǎn)是不同于粉煤灰的。4.5混凝土彈性模量與混凝土骨料碎石粒徑的之間的關(guān)系為探討混凝土彈性模量與碎石粒徑的大小之間的關(guān)系，我們進(jìn)行了如下試驗(yàn)。序號(hào)W/CWCSG減水劑A28d彈性模量MPa（×104）10.321605006081128(5-20mm4.04.730.321605006081128(5-31.5mm4.05.0320.351604576241128(5-20mm3.64.170.351604576241128(5-31.5mm3.64.49由上表試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：在混凝土水灰比、砂率相同的前提下，碎

14、石粒徑對(duì)硬化混凝土的彈性模量影響很大。混凝土的彈性模量隨混凝土粗骨料碎石粒徑的增大而增大。這告訴我們，為得到高的混凝土彈性模量，在滿足施工工藝的前提下，盡可能地使用粒徑大的碎石。5某工程部分預(yù)應(yīng)力C50混凝土的彈性模量的試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)段CFKSG(5-20mm減水劑AW7d彈性模量MPa（×104）28d彈性模量MPa（×104）1B2187219465510025.321553.814.333合同2724917370110144.451583.714.0811合同2505028572610445.11463.994.8612合同2704028072510405.11483.6

15、74.45由上表試驗(yàn)結(jié)果可以看出：（1）上述橋梁混凝土的配合比28天的混凝土彈性模量都能滿足工程設(shè)計(jì)要求的3.5×104 MPa?？梢杂迷诠こ探ㄔO(shè)中。（2）雙摻粉煤灰和礦粉對(duì)混凝土的彈性模量的影響沒有明顯的規(guī)律。依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析，我們得到以下的結(jié)論：5.1混凝土彈性模量隨混凝土水灰比的減小而增大，也就是說，混凝土彈性模量隨混凝土強(qiáng)度的增加而增大。要使混凝土擁有高的彈性模量，降低混凝土的水灰比是一重要途徑。5.2砂率是影響混凝土彈性模量的重要因素。在一定范圍內(nèi)，降低混凝土的砂率能夠得到高的彈性模量。在預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足施工和易性的前提下，盡量減小混凝土的砂率。5.3摻合料對(duì)混凝土彈性模量的影響因種類不同而不同：粉煤灰對(duì)早期的混凝土的彈性模量增長不利，但有利于后期混凝土的彈性模量增長，有利于混凝土