粉煤灰對(duì)橋用高性能混凝土徐變性能影響的研究.pdf

1、近年來(lái),隨橋梁的跨度和高度逐漸增大,橋用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也逐漸提高,多數(shù)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁所使用的結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)已大于C50。國(guó)際上各種已有徐變預(yù)測(cè)模型都是基于研究分析大量普通混凝土(強(qiáng)度等級(jí)

2、期變形有嚴(yán)格要求而均不摻粉煤灰或粉煤灰摻量一般不大于10％,嚴(yán)重影響著粉煤灰在橋用混凝土中的使用。目前,大量的粉煤灰排放已對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。粉煤灰具有活性效應(yīng)和微集料效應(yīng),對(duì)混凝土的諸多性能均有改善作用,且摻入粉煤灰可以降低水泥使用量,是改善環(huán)境和降低工程造價(jià)最有效的手段之一,粉煤灰已在普通建筑結(jié)構(gòu)中普遍使用。大量的試驗(yàn)研究表明,隨粉煤灰的摻入和摻量增加,普通混凝土的早期強(qiáng)度和彈性模量降低致使徐變變形增大,不利于應(yīng)用在對(duì)變形有嚴(yán)格要求

3、的大跨度橋梁結(jié)構(gòu);近期,有試驗(yàn)表明:在低水膠比高性能混凝土中摻入粉煤灰可以抑制高性能混凝土的徐變變形,但缺乏粉煤灰摻量與高性能混凝土徐變性能的系統(tǒng)研究。因此利用各種已有徐變預(yù)測(cè)模型對(duì)高性能混凝土,特別是摻入粉煤灰的高性能混凝土長(zhǎng)期變形的預(yù)測(cè)就存在較大的誤差,不能很好的對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。所以,較系統(tǒng)的研究粉煤灰摻量對(duì)低水膠比下高性能混凝土徐變的影響;利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)已有預(yù)測(cè)模型參數(shù)進(jìn)行修正,建立適用于有較大

4、摻量粉煤灰的高性能混凝土的徐變預(yù)測(cè)模型,是粉煤灰在橋用高性能混凝土中大量使用的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　論文的主要研究工作如下:
　?、僭O(shè)計(jì)了不同摻量不同水膠比下粉煤灰高性能混凝土配合比,對(duì)比分析了低水膠比下粉煤灰摻量對(duì)混凝土長(zhǎng)期變形性能與普通混凝土的異同,比較了三種水膠比下不同摻量粉煤灰對(duì)高性能混凝土徐變抑制效果。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)水膠比越小,混凝土徐變?cè)叫?降低水膠比均能使混凝土徐變減小;各水膠比下,摻有粉煤灰的混凝土的徐變都比

5、空白混凝土的小,即粉煤灰對(duì)高性能混凝土徐變有利,能夠抑制高性能混凝土的徐變。(2)低水膠比下,隨粉煤灰的摻量增加,徐變逐漸減小,說(shuō)明對(duì)于低水膠比高性能混凝土,粉煤灰摻量與抑制徐變的能力正相關(guān);在較高水膠比下,隨粉煤灰摻量的增加,徐變變形有先減小、然后增大的現(xiàn)象。說(shuō)明對(duì)于較大水膠比,存在著粉煤灰的最佳摻量。(3)各種水膠比下,當(dāng)粉煤灰摻量為18%時(shí),粉煤灰對(duì)混凝土徐變的抑制效果都非常明顯,可以認(rèn)為,當(dāng)粉煤灰摻量為18%時(shí),可以很好的減小各

6、種水膠比下的高強(qiáng)、高性能混凝土徐變。(4)隨高性能混凝土水膠比減小,粉煤灰對(duì)混凝土徐變的抑制效果越顯著,粉煤灰的摻入對(duì)減小混凝土結(jié)構(gòu)的變形有利,粉煤灰可以作為橋用高性能混凝土的主要摻合料使用。
　　②推導(dǎo)了不需記錄全部應(yīng)力歷史的徐變變形遞推表達(dá)式,然后根據(jù)此方法并對(duì)比了記錄所有應(yīng)力歷史的計(jì)算方法。本文遞推表達(dá)式最終都可表示為εc(τn,τi)的函數(shù),所以該方法適用于不同加載模式下的各種徐變預(yù)測(cè)模型;當(dāng)τn>τm時(shí),可以只需記錄τn

7、之前的m步的應(yīng)力歷史便可由前一步徐變應(yīng)變推得下一級(jí)的結(jié)果,使得計(jì)算效率大大增強(qiáng);使用該方法可以滿足工程計(jì)算精度。
　?、蹏L試分析粉煤灰高性能混凝土徐變機(jī)理。采用非蒸發(fā)水量法和選擇性溶液法分別定量測(cè)定水泥水化進(jìn)程和粉煤灰二次火山灰反應(yīng)程度,根據(jù)水泥和粉煤灰的水化進(jìn)程及C-S-H生成量與齡期、水膠比和粉煤灰摻量之間的關(guān)系,分析水膠比和粉煤灰摻量與高性能混凝土徐變的內(nèi)在聯(lián)系。利用SEM技術(shù),觀測(cè)在不同齡期下,不同水膠比、不同粉煤灰摻量高

8、性能混凝土微集料界面變化、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的異同,根據(jù)水泥石基體和界面過(guò)渡區(qū)水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化分析粉煤灰摻量和水膠比對(duì)高性能混凝土徐變的影響,并分析高性能混凝土的徐變機(jī)理。
　　④建立其徐變的流變模型,并通過(guò)分析整理得到較實(shí)用的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)粉煤灰高性能混凝土在工作應(yīng)力下的彈性、粘性特征,推導(dǎo)了符合其特征的元件組合徐變流變模型,但此模型計(jì)算困難不能有效的應(yīng)用于工程實(shí)踐。為此,又根據(jù)粉煤灰高性能混凝土徐變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)和徐變變形曲線特征建立了符

9、合粉煤灰高性能混凝土徐變性能且又能很好的應(yīng)用于工程實(shí)踐的徐變數(shù)學(xué)模型。
　?、輰?duì)牛角坪大橋進(jìn)行為期2~3年的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),得到較長(zhǎng)時(shí)期的箱梁不同斷面的應(yīng)變、箱梁與橋墩的相對(duì)位移、箱梁跨中撓度實(shí)測(cè)值;根據(jù)修正后的預(yù)測(cè)模型和已有的各種通用預(yù)測(cè)模型對(duì)箱梁的跨中撓度和梁墩相對(duì)位移進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。計(jì)算結(jié)果表明:根據(jù)修正后的估算公式分析所得的箱梁不同斷面的應(yīng)變、箱梁與橋墩的相對(duì)位移、箱梁跨中撓度與實(shí)測(cè)值吻合良好,而采用已有的各預(yù)測(cè)模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值