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)系的一個參數(shù)。本文通過混凝土彈性模量試驗的數(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)。混凝土的彈性模量是體現(xiàn)混凝土受力與變形關(guān)系的一個重要參數(shù)。混凝土的強度能滿足要求，若混凝土的彈性模量較小，也會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都要知道混凝土的彈性

2、模量值；在計算混凝土變形、裂縫擴展以及大體積混凝土的溫度應(yīng)力時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過程中的試驗操作等都會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?；蜩T鐵試模。混凝土壓力試驗機。試驗方法是依據(jù)GB50081-2002中混凝土靜壓彈性模量的試驗方法參考交通部的公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程JTG E302005相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行試驗。試驗操作過程：

3、制作6個150mm×150 mm×300 mm試件，養(yǎng)護(hù)到一定的齡期，將其中的3個做軸心抗壓強度；另外3個做變形試驗。將試驗數(shù)據(jù)代入公式：計算出彈性模量E。3試驗所用的原材料試驗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)時間（min）安定性抗壓強度(MPa 抗折強度(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試驗方案及試驗結(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方法，其配合比以及試驗結(jié)果如下：序號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度的增大。因此我們可以說混凝土彈性模量隨混凝土強度增大而增大。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度的關(guān)系式:也表明混凝土彈性模量隨混凝土強度增大而增大，但不成線性關(guān)系。在混凝土彈性模量要求較大時，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)系混凝土的砂率對混凝土來說是一個重要的參數(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、土的砂率對混凝土彈性模量究竟有什么樣的影響呢？為探討這個問題，我們進(jìn)行了以下的試驗。序號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。因為砂率的降低意味著混凝土粗骨料含量的增加，使混凝土的變形相對減小，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，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，摻粉煤灰對混凝土的長期耐久性有利，而在現(xiàn)實的橋梁工程中，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。對早期混凝土彈性模量要求較高，故在混凝土配合比設(shè)計時（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、為探討礦渣粉對混凝土彈性模量的影響，我們進(jìn)行了以下的試驗。序號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，且對無論早期的還是后期的混凝土彈性模量都有利。這一點是不同于粉煤灰的。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。序號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、石粒徑對硬化混凝土的彈性模量影響很大?；炷恋膹椥阅Ａ侩S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)計要求的3.5×104 MPa。可以用在工程建設(shè)中。（2）雙摻粉煤灰和礦粉對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)計時，在滿足施工和易性的前提下，盡量減小混凝土的砂率。5.3摻合料對混凝土彈性模量的影響因種類不同而不同：粉煤灰對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