施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能研究读书报告.docx
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施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能研究读书报告
施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能研究读书报告
重庆大学康明
1.混凝土的收缩通常受内约束(如钢筋、粗骨料)和外约束的影响,外约束可分为端部约束(如梁受柱的影响)和周边连续约束(如长墙浇筑在墙基或地基上)。
2.周边连续约束下收缩力学模型,外围约束对混凝土构件的约束力可用下式计算:
假定10m长的钢筋混凝土墙构件在上下面连续约束作用下,u=700mm,温
度变化ΔT=10℃,混凝土发生了εsh=100με的收缩,根据不同水平阻力系数
Cx,在配筋率变化情况下,计算出构件的应力变化情况,如图2.16所示。
外约束对混凝土构件中部的应力影响是至关重要的,随着水平约束阻力系数的提高,混凝土的应力迅速增大。
在相同配筋条件下,外约束越小,配筋的作用越明显。
钢筋的(压)应力随水平约束阻力系数的增大而逐渐减小。
3.自收缩试验装置
4.约束收缩试验装置
混凝土约束收缩试验装置
5.基本力学性能试验(抗压强度、抗压强度、弹模)
本章研究重点为约束对混凝土早期收缩的影响,为了便于分析,在本章的试
验方案中,不考虑温、湿度等环境因素的变化,环境温湿度控制为恒定,同时试
件体积不大,水化温度的影响较小,因此忽略水化温度收缩。
6.试验方案
1)试件模具以Tazawa、安明喆等人试验装置为原型进一步设计改进而成,在收缩试验中,收缩试件尺寸为100mm×100mm×325mm。
2)试件强度设计C40。
3)配合比设计
4)配筋设计:
在素混凝土试件收缩试件对比试验的基础上,设计了从0.385~2.54%
不同配筋率的试件来进行试验。
对应钢筋的表面特征,选用光圆及有肋两种形式。
7.试件制作
参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82—85)和国内外相关资料的基础,以Tazawa、安明喆等人试验装置为原型,自行设计、加工混凝土收缩测量装置(图3.3);该收缩测量装置可以从初凝开始量测混凝土收缩变形。
试模用有机玻璃粘接而成,试模内底部衬有特氟纶,保证混凝土试件底面呈无约束状态。
8.收缩量测
收缩试验的环境条件为恒温恒湿,保证标准室内温度20±2℃,相对湿度60±5%。
千分表量测。
正式读数时,0~24小时龄期内,每3小时读数一次;24~72小时龄期内,每6小时读数一次;3~7天龄期内,每6~12小时读数一次;7天以后间隔24~48小时读数一次。
读数时同时记录环境温度、湿度,随时注意保持试验室标准条件。
9.基础试验
1抗压强度:
3d、7d、14d、28d
混凝土抗压强度均随着龄期的增长而增大,尤其是前7d以前发展速度较快。
2劈裂抗拉强度:
压力试验机,3d、7d、28d
劈裂抗拉强度曲线形状及增长规律与抗压强度相似,前7d劈裂抗拉强度增长速度非常快,但在7d之后劈裂强度增长速率逐渐变慢。
③弹性模量
按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)在压力试验机上进行混凝土静态弹性模量试验。
10.自由收缩试验、7天约束收缩试验、28天约束收缩试验
钢筋的存在对混凝土的收缩起到明显的抑制作用,这种抑制作用在混凝土初凝后就显现出来。
在配筋混凝土中,配筋率越大,钢筋的约束作用越强,随着配筋率的提高,混凝土的收缩量值降低。
试件在7天后收缩仍在发展,但发展趋势相对7天前已更为平缓。
10.约束度与配筋率的关系
随着配筋率的增大,钢筋的约束度增大;随着龄期的增长,钢筋的约束度逐渐减小。
11.不同配筋率情况下混凝土收缩变形
图3.28明显体现随着配筋率的增大,混凝土收缩应变逐渐变小,同时随着龄期的增长,曲线向坐标轴外部推移。
12.原位试验(试验方案、测试内容、测试元件、测点布置)
1)试验方案
根据工程实际结构状况,配合施工进度,选取了建筑物裙楼北侧位于标高15.35m处一块长43.06m、高2.05m、厚120mm的立式板为试验对象,板竖向配筋Ф12@150,水平向配筋为Ф7@150,上部与截面为200×700的边梁连接,混凝土强度等级为C35(图5.2)。
2)测试内容
所有试验用混凝土全部统一原材料、统一配合比、统一生产工艺。
试验由现场和实验室测试结合进行,主要测试工作由四大部分构成。
包括:
①钢筋混凝土悬吊式超长薄板收缩性能的原位测试;
②现场同条件下素混凝土参考板收缩性能的测试;
③现场同条件下钢筋混凝土参考板收缩性能的测试;
④混凝土试块材料性能测量(早期强度、弹性模量)。
3)测试元件
对现场钢筋混凝土构件,主要针对其应力、应变进行测试。
考虑现场测试环境的复杂、不确定性及测试周期较长的特性,选用振弦式钢筋计、振弦式混凝土应变计。
4)测点布置
在上部边梁及板内将埋设钢筋应变计、混凝土应变计及温度测点
5)测试周期
读数时记录温度传感器、混凝土应变计、钢筋计的测试值。
不同龄期内,测试周期可进行调整。
正式读数时,0~7天龄期内,每4小时读数一次;7天以后每12小时读数一次。
6)早期约束收缩性能原位试验结果及分析
7)混凝土应变与钢筋应变的关系
钢筋与混凝土应变发展规律一致:
早期均受水化温度影响,首先升温膨胀,然后进行降温收缩阶段。
钢筋热膨胀系数略大于混凝土,因此压应变、拉应变峰值均大于混凝土。
在3.5天受内部温度控制应变发展,直至第5天,内部温度与环境温度基本一致。
在早期水化降温过程中,钢筋与混凝土始终共同抵抗外约束的作用。
发展规律完全一致,钢筋略微滞后于混凝土发展,两者几乎无差异。
8)小结
本章主要进行了实际工程墙板早期收缩性能的原位试验研究。
通过现场工程墙板不同部位埋置混凝土应变计、钢筋计和温度计,测试了实际薄型墙板混凝土的早期收缩变形、相应的钢筋变形及混凝土温度变化情况。
主要得出以下结论:
①薄板的内部温度变化主要由三个阶段组成。
第一阶段—水化升温阶段;第二阶段—水化温降阶段,第三阶段—内部温度随环境昼夜温度变化而变化。
②混凝土应变在0~2.5天内由水化过程控制,经历由压应力变为拉应力,最终达到拉应变峰值的阶段;经拆模后应变逐渐降低,大致持续3~4天;后期则是干缩变形为主,将持续较长时间。
③在浇筑后第1天,混凝土强度、弹性模量较小,仍处于增长阶段,混凝土应变沿板长方向分布平缓。
经水化温降,板内应变在全长侧模、底模的约束下,上升迅速,在2.5d达到高峰,但沿长度方向的应变差异并不显著,大致差值在30με。
而后混凝土性能增长处于减缓趋势,3~5d应变发展较均匀,应变峰值与低值的差距逐渐加大。
随着后期干缩的进行,板长对混凝土应变的分布影响越来越显著,在收缩变形受周边构件的约束情况下,板中部应变与端部的差值在第7天时达到了60με。
因此,沿板长度方向,中部大并向端部逐渐减小的应变分布规律在混凝土早期并不明显,在干燥收缩情况下更显著。
④在早期水化降温过程中,钢筋与混凝土应变发展规律完全一致,钢筋略微滞后于混凝土,两者几乎没有差异,这表明钢筋与混凝土共同抵抗外约束的作用。
后期环境温度变化控制混凝土、钢筋的应力应变发展。
在拆除模板后,当外部环境温度升高时,混凝土、钢筋应变减小;温度降低时,应变增大。
由于温升变形抵消了部分或大部分早期的应变,混凝土中可以在约束较小的部位出现应力反号。
早期混凝土、钢筋的应变值较接近,而后期两者逐渐分离,主要是由于后期构件中混凝土发生了徐变,徐变效应使混凝土的应力应变部分向钢筋转移。
⑤根据模板等周边连续约束情况下钢筋混凝土构件收缩力学模型,提出施工期模板等外约束对混凝土构件收缩受力性能影响的分析模型。
结合现场试验数据,初步确定了模板与混凝土的水平阻力系数Cx为0.20~0.28N/mm3。
通过混凝土及钢筋应变的理论计算值与实测值的对比,验证了连续约束作用下钢筋混凝土构件力学分析模型、约束应力理论计算方程的合理性。
定量计算出拆模后混凝土应力的降低幅度,与实测结果吻合。
通过及时拆模,可减小早期混凝土开裂风险。
13.结论
①钢筋—混凝土—周边约束(模板、相邻构件)体系在收缩、温变耦合作用下,混凝土应力发展取决于端部约束模量、周边连续约束水平阻力系数、钢筋配筋率等因素,且与混凝土自身的相对刚度有关。
混凝土构件自身收缩变形时,钢筋内约束作用对受力产生不利影响;混凝土构件降温变形时,钢筋内约束作用对混凝土受力产生有利影响。
连续约束状态下,随着水平约束阻力系数的提高,混凝土的约束收缩应力迅速增大。
②标准状态下混凝土早期收缩试验表明,浇筑后3天时段混凝土自由变形发展急剧。
随着配筋率的提高,约束度逐渐变大,混凝土的收缩量降低。
随着龄期的增长,约束度增长幅度逐渐减小。
⑤早期裂缝频发的墙板类构件,有效的裂缝控制应从混凝土材性、设计构造、施工入手,采取全过程的主动性综合控制措施。
原位试验的研究结果表明,厚度越薄防裂干预措施应越早,适时及灵活地拆模方式可有效降低混凝土内部应力,洒水养护可在高温干燥条件下(环境温度29~37℃,相对湿度40~55%)降低混凝土应力水平37%,持效时间9~12小时,防裂效果显著。
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