混凝土实验分析

混凝土实验分析（通用8篇）

混凝土实验分析 篇1

1 前言

为加强预拌混凝土、预拌砂浆、混凝土预制构件及制品生产企业试验室的质量与技术管理, 保障产品质量, 促进技术进步。2015 年5 月11 日广东省住房和城乡建设厅发布《预拌砂浆、混凝土及制品企业试验室管理规范》DBJ 15-104-2015 于2015 年10 月1 日实施;该规范是作为广东省区域内企业试验室质量与技术管理的监督、检查和评价的依据[1]。

2 预拌混凝土企业实验室作用

2.1 质量预控作用

由于混凝土在生产之后的具体强度无法知道, 需要通过28d的标养之后才能获悉[2]。即是说混凝土质量的好坏以及是否合格的信息的反馈对混凝土的生产来说十分滞后, 我们无法根据混凝土现阶段的情况进行调控。而在建筑工程中, 不合格的混凝土是禁止使用的, 因此混凝土企业生产出来的混凝土必须100%合格才能被使用。这就要求实验室发挥混凝土质量预控作用, 将不合格的因素消灭在萌芽阶段, 确保混凝土的生产质量。

2.2 质量监控作用

在控制好原材料的质量, 设计好配合比并经试配验证和调整确定生产配合比之后, 在混凝土的实际生产过程中, 实验室还需要对混凝土的质量进行监控, 主要包括配合比的正确输入及准确计量、混凝土和易性控制等方面的监控, 确保混凝土的工作性能满足施工要求, 强度达到设计要求。

2.3 质量追溯和对外窗口的作用

实验室在混凝土的实际生产过程中需要做好混凝土质量记录工作, 将各项质量工作客观真实地记录下来, 这样即可在工作取得成绩时, 能够通过质量记录对成功经验进行总结。如果工作失败或者发生质量问题, 则可以通过质量记录找到具体的原因, 从而进行改正, 避免出现同样的错误。

另外, 预拌混凝土企业在接到新的工程时, 施工单位通常会查看企业实验室的设备、人员的综合素质、质量保证体系的运转情况等。而上级部门在企业检查工作时, 通常也会将实验室的质量记录以及相关的质量控制措施作为主要的检查对象。实验室的工作质量直接关系到企业的信誉和对外形象。因此, 需要加强对实验室在质量追溯和对外窗口方面的重视。

2.4 技术开发和储备作用

预拌混凝土企业实验室在企业的技术开发和储备方面发挥着不可替代的作用。实验室在日常工作中需要结合常用原材料以及实际工程需求设计一套常用的配合比, 从而做好技术储备工作, 这样不但能够满足常规工作需求, 同时还能积累重要的经验, 从而进一步提升技术水平。同时, 实验室还需要跟踪当前混凝土技术发展的最新动态, 从而做好技术储备工作, 使企业能够在日益激烈的市场竞争中掌握先机。

3 预拌混凝土企业实验室管理要点

预拌混凝土企业实验室作为企业控制混凝土生产质量的重要部门, 管理工作的具体水平将会直接影响企业的发展。在实验室的日常管理工作中, 需要结合具体业务, 对实验室进行科学、规范的管理, 从而确保混凝土产品的质量, 降低生产成本, 提高企业的竞争力。

3.1 人员管理要点

3.1.1 人员的配备

建设行政主管部门对预拌混凝土企业内部实验室技术人员的配置进行了详细的要求, 企业需要结合实际工作需求对实验室管理人员和检测人员进行合理的配置;详见DBJ 15-104-2015 第4.2 章节要求, 一般情况下完成企业所有原材料的检测和混凝土项目检测的持证人数至少为11 人以上[3]。而当前, 大多数企业根据自身产品的特点, 实验室人员保持在7~10 人之间。如果人员配备过多, 虽然能够使实验工作开展得更加精细, 但是会提高企业的人力资源成本, 影响企业的经济效益, 而如果配置的人员数量偏少, 则可能导致工作中出现纰漏和失误, 影响产品质量。预拌混凝土企业实验室人员的具体配置数量可以从以下几个方面进行综合考虑:

首先, 预拌混凝土企业年生产能力通常分为20 万m3、30 万m3等几种, 随着生产量的增加, 原材料和产品检测的工作量也会增加。实验室人员的配置需要确保所有检测项目能够按时完成, 并且保证检测质量, 可以根据上述生产量分别配置10 人和13 人以上。其次, 检测项目开展的具体范围。每个检测项目都需要专人负责, 考虑到部分检测项目的实验方法存在一定的共通性, 对具有相似性的部分原材料的检测可以安排一人同时负责两到三个检测项目。同时, 检测人员以外的生产当班实验人员还需要负责对混凝土生产过程中的质量进行控制。第三, 报告审核人可以由混凝土搅拌站指定符合相关规定要求的人员兼任, 如果生产任务和检测数量较大, 则可以进行分组管理, 并指定专人担任小组长。

3.1.2 专业技术培训

预拌混凝土企业的技术人员主要集中在实验室, 实验室人员的综合技术水平将会对企业混凝土产品的质量产生直接影响。因此, 实验人员通常除了要求持证上岗, 还应该具备中专以上的学历, 同时在实际工作中, 还需要从以下几个方面加强对实验室人员的技术培训:

首先, 根据实验人员的具体专业和特长, 在工作中具体分工, 使其特长在工作中充分发挥出来。并对工作进行考核, 以了解其具体优点和缺陷, 从而进行针对性的指导培训。其次, 定期学习混凝土新知识和新技术, 每年参加专业技术人员继续教育累计课时不低于相关规定。第三, 定期组织实验人员与其它企业的技术人员进行学习交流。

3.2 设备管理要点

3.2.1 设备的配备

实验室应配备能满足检验工作需要的试验设备。对于部分检测频率较低的项目, 如混凝土拌合用水检测、混凝土膨胀剂、混凝土抗冻试验等项目, 可以通过委托第三方检测中心进行检测, 不需要针对这类项目配备专用的检测设备。而针对部分检测频率较高的项目, 则可以由实验室自行购买检测仪器设备。

3.2.2 设备的管理

针对自购设备的管理, 主要从以下几个方面进行:

第一, 设备的布置和试验流程应合理, 详见DBJ15-104-2015 第4.4 章节要求。实验仪器设备的操作应该由专人进行, 操作人员需要熟悉设备的具体操作规程, 可以通过说明书自学或者培训的方式了解设备的具体操作。同时, 制定设备操作规程规范操作人员对设备的使用, 并对设备的说明书存档, 将主要仪器设备的操作规程张贴在对应的墙上, 方便随时查看。第二, 针对设备的维护工作, 可以建立谁使用谁维护的制度, 建立具体的保养计划, 根据计划定期对设备进行保养, 需要专门派人维护。通常设备的修理可以由企业内部的机修人员完成, 如果无法自行修理则向厂家送修。第三, 仪器设备的检定直接关系到检测精度, 因此, 非常重要。但是如果对所有设备一起进行定期检定, 虽然能够很好地保证仪器设备的检测精度, 但是会使成本大幅上升。因此, 可以根据实际使用情况, 建立设备管理台帐, 同时结合仪器设备的使用频率、重要性、质量可靠性等方面的因素对设备进行分类管理, 制定详细的设备检定计划。对重要及使用频率较高的仪器设备应该每年或半年定期检定, 而其它设备则可以适当延长检定周期, 通过对比、自行校核等措施确保该类设备的检测精度。通过这样的方式保证仪器设备的精度, 同时又能很好地控制检定成本。

3.3 原材料和产品出厂检测

常用的混凝土通常由水泥、矿物掺合料、减水剂、粗骨料、细骨料和拌合用水主要材料构成。其中, 水泥的强度、矿物掺合料粉煤灰的细度、减水剂的减水率、粗骨料的级配、细骨料的细度模数等都会对混凝土的性能产生直接影响。对原材料的性能进行及时准确的检测, 并结合检测结果及时调整混凝土的生产配合比, 从而控制混凝土的生产质量。混凝土出厂时主要检测混凝土拌合物性能和力学性能等项目。而在这些集中原材料中, 粉煤灰、外加剂、粗、细骨料及混凝土拌合物的相关性能指标能够在短时间内完成检测, 而对水泥的强度和矿物掺合料的活性指数及混凝土力学性能如抗压强度、抗水渗透性等性能指标的检测则需要花费较长的时间。由于混凝土生产具有连续性, 因此, 通常无法等到获悉具体的检测结果即用于生产和产品出厂。只有通过制定合理的检测流程和详细的管理办法对原材料和出厂产品的质量进行控制, 才能有效保证混凝土的质量, 避免质量事故的发生。

4 结语

预拌混凝土企业实验室管理工作是保证混凝土企业产品质量的重要工作之一, 只有进一步加强实验室管理工作, 才能更好地保证混凝土的质量, 促进新技术的应用, 降低企业的生产成本。针对该项工作, 需要从人员的管理入手, 同时加强对设备的管理以及原材料和产品出厂质量的控制, 并建立完善的管理制度, 并在长期实践过程中不断积累管理经验, 提高实验室工作质量, 提高预拌混凝土的出厂质量, 提升企业的市场竞争力。

摘要：近年来, 随着我国工程建筑行业的快速发展, 混凝土行业也得到了迅速的发展, 混凝土市场日益成熟。混凝土的质量和生产量呈现出逐年上升的趋势。但在混凝土质量管理和生产过程中还存在着大量的问题, 制约了混凝土企业的进一步发展, 同时也对建筑工程的质量产生了较大程度的影响。预拌混凝土企业内部实验室作为企业的质量控制部门, 在混凝土生产过程中发挥着重要的作用。本文对预拌混凝土企业实验室管理工作要点进行了分析, 希望能够进一步保证混凝土企业生产质量, 促进混凝土企业市场竞争力的进一步提高。

关键词：预拌混凝土,实验室,管理工作

参考文献

[1]DBJ 15-104-2015, 预拌砂浆、混凝土及制品企业试验室管理规范[S].北京:中国城市出版社, 2015.

[2]戴会生, 谭万春, 范须顺.预拌混凝土企业试验室管理[J].混凝土, 2009 (12) :87-89+92.

[3]张慧爱.商品混凝土试验室的质量控制管理[J].建材技术与应用, 2010 (10) :36-38.

混凝土实验分析 篇2

混凝土和易性的论文

班级：土木0904

姓名：袁家帅学号：09231121

任课老师：潘雨

对于影响混凝土和易性的主要因素及坍落度法测和易性一、三大影响因素

1、水泥数量与稠度的影响

混凝土拌合物在自重或外界振动动力的作用下要产生流动，必须克服其内在的阻力，拌合物内在阻力主要来自两个方面，一为骨料间的摩擦力，一为水泥浆的粘聚力，骨料间摩擦力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度，亦水泥浆的数量。水泥浆的粘聚力大小主要取决于浆的干稀程度，亦即水泥浆的稠度。

混凝土拌合物在保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，包裹在骨料颗粒表面的浆层就越厚，润滑作用越好，使骨料间摩擦力减小，混凝土拌合物易于流动，于是流动性就大。反之则小。但若水泥浆量过多，这时骨料用量必然减少，就会出现流浆及泌水现象，而且好多消耗水泥。若水泥浆量过少，致使不能填满骨料间的空隙或不够包裹所有骨料表面时，则拌合物会产生崩塌现象，粘聚性变差，由此可知，混凝土拌合物水泥浆用量不能太少，但也不能过多，应以满足拌合物流动性要求为度。

在保持混凝土水泥用量不变得情况下，减少拌合用水量，水泥浆变稠，水泥浆的粘聚力增大，使粘聚性和保水性良好，而流动性变小。增加用水量则情况相反。当混凝土加水过少时，即水灰比过低，不仅流动性太小，粘聚性也因混凝土发涩而变差，在一定施工条件下难以成型密实。但若加水过多，水灰比过大，水泥浆过稀，这时拌合物虽流动性大，但将产生严重的分层离析和泌水现象，并且严重影响混凝土的强度和耐久性。因此，绝不可以单纯以加水的方法来增加流动性。而应采取在保持水灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来调整拌合物的流动性。

以上讨论可以明确，无论是水泥数量的影响，还是水泥稠度的影响，实际都是水的影响。因此，影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是其拌合用水量的多少。

2、砂率的影响

砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分比。

砂率是表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系，砂率的变动，会使骨料的总表面积空隙率发生很大的变化，因此对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，当混凝土中水泥浆量一定的情况下，骨料颗粒表面积将相对减薄，拌合物就显得干稠，流动性就变小，如果保持流动性不变，则需增加水泥浆，就要多耗水泥，反之，若砂率过小，拌合物中显得石子多而砂子过少，形成的砂浆量不足以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙，在石子间没有足够砂浆润滑层时，不但会降低混凝土拌合物的流动性，而且

会严重影响其粘聚性和保水性，使混凝土产生骨料离析、水泥浆流失，甚至出现崩散现象。

由上可知，在配置混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，因该选用合理的砂率值。

所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好的砂率值。

3、组成材料性质的影响

（1）水泥品种的影响

在水泥用量和用水量一定的情况下，采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时小，这是因为前者水泥的密度较小，所以在相同水泥用量时，它们的绝对体积较大，因此在相同用水量情况下，混凝土就显得较稠，若要二者达到相同的塌落度，前者每立方米混凝土的用水量必须增加一些，另外，矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大。

（2）骨料性质的影响

骨料性质指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面形状等。在混凝土骨料用量一定的情况下，采用卵石和河沙拌制的混凝土拌合物，其流动性比碎石和山砂拌制的好：用级配好的骨料拌制的混凝土拌合物和水性好，用细砂拌制的混凝土拌合物的流动性较差，但粘聚性和保水性好。

（3）外加剂的影响

混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂，流动性明显提高，引气剂还可以有效的改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用。

减水剂：可以减少拌混凝土合用水量，而不降低混凝土的流动性（即保证流的性能的前提下减少拌合用水量）。

因此，水灰比减小了，强度自然会提高。

不过有的减水剂可能会产生气泡，影响混凝土的密实度。

有的也可能是混凝土中水泥浆液产生分层现象——即泌水率会增大。

同时还要注意减水剂是带有促凝性质还是缓凝性质的。

最好是先进行试配，确定其最佳掺量。

四、拌合物存放时间及环境温度的影响

搅拌拌制的混凝土拌合物，随着时间的延长会变得越来越干稠，塌落度将逐渐减小，这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收，一部分被蒸发，以及水泥的水化与凝聚结构的逐渐形成等作用所致。

混凝土拌合物的和易性还受温度的影响，随着环境温度的升高，混凝土的塌落度损失的更快，因为这时的水分蒸发及水泥的化学反应将进行的更快。

1}先用湿布抹湿坍落筒，铁锹，拌和板等用具。

{2}按配合比称量材料：先称取水泥和砂并倒在拌和板上搅拌均匀，在称出石子一起拌和。将料堆的中心扒开，倒入所需水的一半，仔细拌和均匀后，再倒入剩余的水，继续拌和至均匀。拌和时间大约4-5min。

{3}将漏斗放在坍落筒上，脚踩踏板，拌和物分三层注入筒内，每层装填的高度约

占筒高的三分之一。每层用捣棒沿螺旋线由

边缘至中心插捣25次，要求最底层插捣至

底部，其他两层插捣至下层20-30mm。

{4}装填结束后，用镘刀刮去多余的拌

和物，并抹平筒口，清楚筒底周围的混凝土。

随即立即提起坍落筒，操作过程在5-10S内

完成，且防止提筒时对装填的混凝土产生横

向扭力作用。

{5}将坍落筒放在以坍落的拌和物一旁，筒顶平放一个朝向拌和物的直尺，用钢尺量出直尺底面到试样顶点的垂直距离，该距离定义为混凝土拌和物的坍落度值，以mm为单位。结果精确至5mm。以同一次拌和的混凝土测得的两次坍落度的平均值作为试验结果，如果两次结果相差20mm以上则需做第三次，而第三次结果与前两次结果相差20mm以

上，则整个试验重做。

{6}通过采用侧向敲击，进一步

观察混凝土塌落体的下沉变化。如混

凝土拌和物在敲击下渐渐下沉，表示

粘聚性较好；如拌和物突然折断坍，或有石子离析现象，则表示粘聚性较

差。

{7}另一方面查看拌和物均匀程

混凝土实验分析 篇3

每年两次、三次或四次, 全世界的实验室通过ASTM的实验室能力验证项目和水泥混凝土参考实验室项目验证其检测能力。

实验室使用项目规定并统一邮寄的样品, 按照规定的方法检测并统一将报告提交给实验室能力验证项目和水泥混凝土参考实验室项目进行分析。

ASTM实验室能力验证项目

ASTM实验室能力验证项目——从石油产品 (ASTM最大也是最早开展的项目) 到塑料、纺织品、阻燃性及其他更多领域——为全球实验室提供统计质量控制工具。来自全球89个国家的4, 300多家实验室参与了ASTM实验室能力验证项目。

每一个实验室能力验证项目的样品都由外部供应商按一定程序提供给每一个参与项目的实验室。实验室按照ASTM规定的方法检测并将结果报告发送给实验室能力验证项目负责人。经过分析后, 实验数据作为由ASTM准备的统计总结报告的一项内容被发回给每一个参与者。

实验室可通过报告信息使其认证资格得到认可, 参与实验室亦可通过其进行内部质量监测。这一报告的内容包括:每一参与实验室的检测结果, 以代号形式出现以为实验室保密;检测数据的统计分析;与实验室代号相对应的实验结果图表;其他相关信息。

Fred Boldt, 自1993年加入ASTM会员以来就是ASTM D20塑料技术委员会的会员, 参与实验室能力验证项目的开发工作并负责塑料实验室能力验证项目。Boldt说参与实验室能力验证项目的实验室都可从中获益, 实验室需要这样的项目与同类实验室进行比较并验证其试验数据。参与实验室能力验证项目为衡量实验室能力提供了方法, 也为出现争论时提供了可以证明结果的方法。

水泥和混凝土参考实验室

ASTM的水泥和混凝土参考实验室项目, 为全世界的实验室提供了精准的样品和实验室检验项目。

无论是水泥或混凝土、砌体材料、火山灰水泥还是钢筋加强水泥, ASTM的水泥和混凝土参考实验室项目都是以统一配送样品供实验室按照ASTM标准检测开始的。实验室按规定流程进行检测, 然后将检测报告提交给水泥和混凝土参考实验室 (CCRL) 项目, 然后项目再将最终报告发回给实验室。最终报告包括了平均值和附散布图的标准差。实验室能力验证项目 (PTP) 为参与实验室提供了一个监测其检测能力的途径, 目前全球有1, 600多家实验室参与这一项目。

以波兰水泥的实验室能力验证项目为例, 用于检测波兰水泥化学性和物理性的样品于每年7月和1月寄送。参与实验室要检测空气含量、纯度、强度、膨胀、放置时间等物理性能, 还要检测其硅、铝、铁、钙、镁、硫磺和其他氧化物、强热矢量和不溶残渣等化学性能。

水泥和混凝土参考实验室项目 (CCRL) 也提供实验室检验项目, 这一项目中, 检验员到达实验室检查实验室运营的方方面面, 如:试验程序和方法、设备和能力, 实验室是如何满足ASTM标准要求的。考虑到动态测量实验室的使用, 检验员还要检查设备规模和运营情况;观察技术人员执行试验过程并检查质量体系。目前有1, 300多家实验室参与了此项目。

中国实验室对ASTM实验室能力验证项目的参与

中国的实验室, 无论是支持省市检验检疫局的民营实验室还是政府实验室都参与了ASTM实验室能力验证项目。目前中国实验室参与的项目包括:D02石油产品和润滑油 (9家实验室参与了11个检测项目) ;D15发动机冷却液 (一家实验室参与一个检测项目) ;D20塑料 (6家实验室参与两个检测项目) ;D27电绝缘液和电绝缘气 (一家实验室参与两个检测项目) ;E01金属、铁矿石及相关材料的化学分析 (6家实验室参与3个检测项目) ;E28机械试验 (一家实验室参与一个检测项目) 。

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橡胶混凝土的应用实验研究 篇4

1 橡胶混凝土的研究现状

国外橡胶混凝土的研究起步于20世纪80年代末期, 国内起步于20世纪90年代末期, 整整晚了十年。目前, 国内外橡胶混凝土的研究还是主要集中在强度、变形能力、耐久性能、隔声性能、隔热性能及减震性能等几方面上。

1.1 强度和变形性能实验

所有研究者的试验结果均表明与普通混凝土相比, 橡胶混凝土的抗压强度和抗折强度略有降低, 其降低程度与胶粉用量、粒径及表面粗糙度有关。研究表明, 粗骨料 (最大粒径为12.7mm) 全部被粒径相当的胶粉替代的混凝土抗压强度降低76.5%, 抗折强度降低36.9%;采用不同粒径的胶粉部分替代粗骨料配制混凝土的研究表明, 胶粉粒径对橡胶混凝土的抗压强度影响较大, 但并不是胶粉粒径越小, 混凝土的抗压强度越高;胶粉质量小于水泥质量的7%时, 胶粉的加入对混凝土抗压强度和抗折强度影响不大。研究还表明, 随着粗胶粉替代粗骨料量的增大, 混凝土的韧性提高, 但粗胶粉替代粗骨料的质量达到50%后, 混凝土的韧性趋于稳定。

1.2 耐久性能实验

混凝土内部的孔隙结构是影响混凝土耐久性能和其它性能的主要因素。掺入适量的橡胶粉可以改善混凝土的孔隙结构, 从而改善混凝土的耐久性能。研究表明, 将粒径为0.5~1.5mm、2~8mm、5~25mm的橡胶粉分别掺入到混凝土中进行研究, 结果表明橡胶粉能大大提高混凝土的抗冻融性能, 其抗冻融性能的效果与加入引气剂的混凝土材料的抗冻融性能相同;将粒径为2~6mm的胶粉掺入到混凝土且当胶粉质量为水泥质量的10~15%时, 混凝土的抗冻融性能较好。

1.3 粘结性能实验

由于胶粉与水泥浆体的相容性不好, 导致胶粉与水泥砂浆界面结构不能形成有效的联接。因此, 胶粉预处理是改善胶粉与水泥浆体界面结构行之有效的方法, 从而提高橡胶混凝土的强度, 目前国内外已进行了大量研究如何对胶粉进行改性, 主要有: (1) 用水浸泡胶粉以除去其表面污物, 使混凝土的抗压强度提高了16%; (2) 用四氯化碳水溶液处理胶粉表面, 使混凝土抗压强度提高57%; (3) 用氢氧化钠溶液处理胶粉表面, 使混凝土的弯曲强度和断裂能提高, 抗压强度提高33%; (4) 用表面活性剂和树脂改性胶粉, 试验结果表明, 改性胶粉与水泥浆体的界面粘合性能改善;与掺用未改性胶粉的混凝土相比, 掺用改性胶粉的混凝土强度下降幅度显著减小。

1.4 隔声性能实验

与传统水泥混凝土相比, 橡胶混凝土在吸音方面具有明显的优越性。随着橡胶粉掺量的增加, 橡胶混凝土的动弹性模量和固有频率降低, 超声波在其中的传播速度减小, 隔声功能有所提高。研究表明, 当1~2mm的橡胶粉掺量为砂体积的25%时, 水泥砂浆的隔声功能最佳, 其固有频率与普通水泥砂浆相比降低了17%, 动弹性模量则降低了40%。用氢氧化钠饱和溶液处理的橡胶粉, 其对水泥砂浆隔声功能的影响基本与未处理橡胶粉一样。

1.5 隔热性能实验

橡胶的导热系数较低, 约为0.1W/m·K, 普通混凝土的导热系数为2.1W/m·K, 将橡胶颗粒以较大掺量加入到混凝土中, 可降低混凝土砌块的导热系数。研究表明, 当用0.5~20mm粒径的橡胶颗粒, 掺量为粗集料体积比的5~100%时, 橡胶混凝土的导热系数低于传统的水泥混凝土, 类似于传统的的绝热块体材料;当以橡胶颗粒100%代替粗集料时, 混凝土的导热系数小于0.3W/m·K, 且28天的强度高于5MPa。研究还表明, 橡胶混凝土中橡胶含量为粗集料的80~100%时, 可大大降低混凝土的导热系数, 具有优良的保温隔热性能。在冬暖夏热地区以框架体系为主的建筑结构中, 可作为新型节能建筑的墙体材料。

1.6 减震性能实验

橡胶粉掺入普通水泥混凝土中, 作为分布在混凝土内部的弹性微粒体, 可显著增大混凝土内部各质点的摩擦和能量的耗散, 可以明显提高混凝土的阻尼比。研究表明, 当40目橡胶粉掺量在混凝土总质量0.5~2.5%之间时, 与普通混凝土相比, 阻尼比可提高50~60%;当橡胶粉掺量超过2.5%后, 阻尼比随橡胶粉掺量增大而快速增大, 阻尼比提高约1.3~2.3倍。研究表明, 将橡胶颗粒掺入混凝土中, 其填充行为和本身的弹性行为, 可改善混凝土内部孔隙结构, 有效地吸收振动, 从而使橡胶集料混凝土具有明显的能量耗散功能, 阻尼比也会相应的提高, 从而具有减振降噪的功能。

2 橡胶混凝土的应用前景

橡胶混凝土作为一种环保产品, 有利于固体废弃物的再生利用, 并且胶粉改性后的混凝土材料具有较好的耐火性、吸振性、抗冲击特性、抗爆裂特性、隔热、隔音性能等, 能较好的适应建筑市场对特殊材料的需求, 近些年来, 橡胶混凝土已经在工程应用方面取得了开拓性的进展。

2.1 道路工程应用

将橡胶混凝土应用于道路工程, 既可以利用废旧橡胶, 减少“黑色”污染, 又能减震降噪, 提高路面行车舒适性和降低城市道路的噪音污染。胶粉改性沥青混凝土路面材料的研究和应用在国内外均已取得较好成效。

2.2 桥梁工程应用

由于橡胶混凝土具有优良的防裂性、韧性和抗老化性能, 对许多化学物质具有防腐蚀性能, 它可在桥梁工程中得到广泛应用。例如:橡胶混凝土作为韧性面层或条形弹性体用于桥梁建设中伸缩缝装置、作为修复伸缩缝开裂的材料用于修复工程等, 还可以应用于停车场伸缩缝及其它需要较大弹性变形的部位。目前, 在上海外环道路、内环线高架桥等工程中, 橡胶混凝土已作为韧性面层材料、桥梁伸缩缝及伸缩缝开裂修复弹性材料使用。

2.3 铁路工程

目前铁路的混凝土轨枕存在着抗冲击性、抗震性能差等缺陷。这种缺陷在列车高速行驶中表现得更为明显, 造成轨枕的使用寿命大大缩短, 因此有必要对混凝土进行改性研究。将废胎制成的橡胶粉以一定掺量加到混凝土中, 填充孔隙可以改善水泥与骨料的界面状况, 能够约束微裂纹的产生和扩展, 并形成吸收应变能的结构变形中心, 大量吸收震动能, 从而明显改善混凝土的抗冲击性, 提高混凝土的抗震性能。

2.4 建筑工程应用

当橡胶颗粒以较大的掺量加入到混凝土砌块中, 可显著改变混凝土砌块的隔热性能, 而填充砌块对强度要求不高, 因此橡胶混凝土砌块作为新型墙体材料在建筑节能方面很有前途。众所周知, 混凝土楼板虽然隔空气噪声较好, 但隔撞击声 (固体噪声) 的效能却很差, 而且目前我国多层、高层建筑室内隔音不好的问题已成为市场关注的重点且随着生活水平的提高, 业主对隔音问题会越来越重视。橡胶混凝土楼板可解决或减轻这个问题, 符合生态建筑发展的要求。

2.5 其他方面的广泛应用

橡胶混凝土还可能应用在飞机跑道、地下壳体、房顶、水坝或引水面、运动场、网球场、畜牧场等领域。它作为轻骨料混凝土 (密度为1600~1900kg/m3, 抗压强度为15.4~21 MPa或更高) 的应用也很有吸应力。

摘要：本文介绍了橡胶混凝土的应用和研究概况, 与普通混凝土相比, 橡胶混凝土具有质量轻、耐久性能、减震性能和隔声性能好等特点, 已逐渐在公路、桥梁、铁路、民用建筑和军事建筑等中应用。目前橡胶混凝土的研究主要集中在使用性能方面, 建立完善的理论体系和试验研究方法将有力于推动橡胶混凝土的广泛应用。

关键词：橡胶混凝土,橡胶颗粒,掺量,性能

参考文献

[1]朱涵.新型弹性混凝土的研究综述[J].天津建设科技, 2004, (2) .

[2]路用橡胶水泥混凝土研究综述.公路, 2008.4, (4) .

粘结钢-混凝土组合结构实验研究 篇5

对钢-混凝土混合结构来说最重要的问题之一是钢-混凝土分界面的抗剪强度。这个难题最近随着剪切螺栓连接件的出现迎刃而解, 这种连接件可以保证钢梁和混凝土板之间的可靠连接。这些连接件一般焊接在钢的表面, 但它可能降低钢的性能。混凝土板和钢梁之间的连接方式对于钢-混凝土混合桥式结构的耐久性和力学性能非常重要。预制水泥板的使用, 而不是在钢表面现浇混凝土, 特别令人关注。用粘结连接取代金属连接有可能减少剪应力集中并且可使混凝土与钢之间的作用力持续转移, 这是由于以下事实:粘结在一起的钢-混凝土组合梁, 材料的粘结表面远大于用焊剪切螺栓连接的表面。

目前的工作涉及粘结钢-混凝土组合梁。这个组合梁由一个预制混凝土板和一个由粘合接头连接的钢梁组成。实验程序进行, 以确定一些参数的影响, 如粘合剂的性质和粘合接头纵、横向的不规则厚度。这里也对在横向、纵向和垂直方向的失效模式和应力分布进行了讨论。粘结钢-混凝土组合结构的设计使粘合接头具有最大剪应力。复合结构是置于不利的条件下, 以确定粘合剂的性能。这对于指出粘结组合结构在钢梁屈服前、粘合接头破坏后开始破坏是有用的。

1 试验安排

1.1 测试结构

共测试了四个由一个预制混凝土板和一个钢梁组成的钢混凝土组合梁。混凝土板和钢梁直接用一个粘合接头连接。每根梁长3480mm, 简支在3300mm长的跨上。所有组合梁的混凝土板都由三段1160mm长的部分组成, 而且每一段都是7 0 m m厚、350mm宽。钢筋混凝土板由四根直径6mm的沿纵向的钢筋和十八根直径6mm的沿横向的钢筋组成。钢梁型号为220, 高220mm, 宽110mm。对于P1表示的组合梁, 钢梁和混凝土板的连接是靠一种稳定粘合剂来保证的, P2所表示的组合梁则是由一种性能较为灵活的粘合剂连接的。P1和P2两根梁的粘结剂的厚度相同为3mm。

对于一个钢筋混凝土桥梁, 混凝土板和钢梁很难有一个固定的厚度。这就是在这项工作中研究粘合接头厚度变化对粘结组合结构的力学性能和极限承载力的影响的原因。粘结剂横向方向从3mm到5mm和纵向方向从3mm到7mm的不规则厚度被自由创造, 与P1和P2梁粘合接头规则的3mm厚度相反。

1.2 材料

混凝土混和物被设计来实现抗压强度在28天内达到60MPa。使用的水泥型号是普通硅酸盐水泥CEM I 52.5。水泥的比例是400公斤/立方米。在混凝土混和物中也使用了轧制的骨料、硅烟和一种高效减水剂。通过对圆柱体进行的测验所测得的平均抗压强度为68MPa。通过对一个尺寸为10×10×40cm的混凝土立方体试块进行的抗弯实验所获得的拉伸强度为5MPa。测试从钢梁上切下的凸缘和网状物是为了得到钢的材料性质。这个试验是在MST 250k N的拉力试验机上进行的。试验获得的弹性模量和屈服应力的平均值分别为205000MPa和470MPa。极限拉应力是570MPa。钢筋混凝土板中获得的钢筋屈服应力为500MPa。

这项工作使用了两种粘合剂。第一种, 所指的粘合剂A, 是一种在室温下性能稳定的环氧树脂。这环氧树脂可以提供一个良好的粘结强度而不是灵活性。它的粘度允许直接应用于钢材表面。另一种, 所指的粘合剂B, 是一种在室温下性能灵活的聚氨酯粘合剂, 这种粘合剂非常灵活但抵抗性差。它几乎是液态的使在钢梁顶部的凸缘喷射成为可能。P1、P3和P4表示的梁, 是由性能稳定的环氧树脂胶粘剂A连接的。另一方面, P2表示的梁, 是由性能灵活的聚氨酯胶粘剂B连接的。

1.3 测试组合梁

运用表面处理以消除任何药剂和任何颗粒, 如灰尘, 油脂、溶剂的痕迹, 微滴, 等等。这种处理也可以改变表面的化学性质和提高其表面能量或改进粘结基底的质量。在接触粘合剂的混凝土表面喷砂, 然后用溶剂清洗。钢梁顶端凸缘的表面在覆盖了基本的粘合剂后也喷砂。基本粘合剂所扮演的角色是保护钢材抵抗腐蚀和增加表面能。

表面处理后一天, 粘合剂在钢凸缘表面沿钢梁长度扩散。粘合接头的厚度比最终厚度多了2mm。在检查了要求厚度以后, 预制混凝土板被放在粘合剂接合处。剩下的粘合剂立即用铲子移除。粘结操作两天后, 可以使用仪器。

1.4 仪器

仪器是由线性可变动变压仪 (LVDT) 和应变仪提供的, 测量垂直方向的钢材和混凝土沿组合梁的长度和高度、钢梁和混凝土板之间的滑动的跨中应变。对于每一根梁, 记录跨中、四分之一梁长和梁端处三个滑动接触面的数据。

共有22应变仪被安装在每个组合梁试件上。17应变规被安置在纵向上, 另外5个在横向上。应变仪11、15、19、20和21被安装在顶部凸缘的底面, 应变仪14和18在底部凸缘的底面, 应变仪6、7、8、9和10在加固钢筋的表面, 其他在钢梁网的表面。线性可变动变压仪和应变仪的数据被连一个接到一台电脑上的数据采集系统记录。在那里, 应变仪能够分析应变和应力沿粘结组合梁的长度、高度和宽度的演变, 也可以分析混凝土和钢梁通过粘合接头进行的力的传递过程。

在跨中施加集中荷载。在实际测试前, 预先在粘结组合梁上施加一个小的20k N的荷载然后逐级卸载。重复这项操作来检验应变仪和传感器的性能以及确保组合梁被正确地固定于支承结构上。在确保所有仪器工作良好后, 应变仪及传感器进行初始化。在组合梁上以5k N为一级逐级增加荷载直到梁破坏。

2 结语

浅谈关于陶粒骨料的混凝土实验 篇6

1 陶粒混凝土在结构中的应用

1.1 陶粒混凝土在国内外应用

首先:国外方面, 陶粒混凝土已经成为很多发达国家使用的对象, 日本研发并推广的轻骨料混凝土是其密度为1400kg/m3, 且抗压强度已经达到了30MPa, 广泛应用于日本城市建筑。美国陶粒混凝土的应用量居于全球前列, 并且提高了其技术经济效益。其主要使用的混凝土密度等级介于1400~1800kg/m3之间, 抗压强度为30~70MPa总之发达国家的陶粒混凝土已经达到一定的水平, 而我国关于混凝土的应用则主要集中为陶粒混凝土, 其他类型的轻骨料则较少。由于技术观念上的原因, 轻骨料混凝土在我国主要应用于非承重结构, 并且其成本较高, 因此在我国上世纪的建筑中很少出现。而进入21世纪, 随着节能成为企业发展的目标, 轻骨料混凝土得到了更广泛的认可, 尤其是高强轻骨料混凝土的研制使得建筑行业成本大大降低, 我国高层建筑中广泛应用了这一材料, 提高了建筑物的性能, 珠海国际会议中心就是最好的证明。但就密度和强度来说, 我国使用的主要为密度1900kg/m3, 而强度为LC50的陶粒混凝土。

2 陶粒混凝土研究现状

陶粒混凝土因在结构上与普通混凝土具有一定的差别。主要体现为其强度来源与力学性能存在差距, 一般来说, 陶粒混凝土的强度较低。

2.1 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系

在轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系实验中, 当其抗压能力测试时, 发现该立方体会同时产生横向和纵向应变。但其摩擦力明显对试件的横向膨胀起到了限制作用, 并且随着其与试件断面距离的靠近, 其约束力将逐渐增大。研究表明, 在距离试件受压面约0.1866a其中:a为试件边长。但是在试验中, 必须消除这种效应, 从而正确的反映混凝土的抗压强度。使我国采用高和截面边长的比为3~4的棱柱体试件进行轴心抗压强度试验。以150mm×150mm×150mm和150mm×150mm×300mm的标准试件作为实验对象, 其实验结果如表1所示:

通过本次实验, 我们可以得出结论:轴心抗压强度低于立方体抗压强度。并且其轴压比在0.80~0.98之间。

2.2 影响轴心抗压强度的主要因素

在研究影响轴心抗压强度的主要因素的实验中, 对实验结果很多人持有不同意见。实际上, 其原因在于轴心抗压的研究要比立方体抗压受力的研究要难, 其受到多种因素的影响。其中包括: (1) 混凝土振捣过程中, 其沿水平方向上的陶粒上浮现象, 其主要原因在于陶粒的密度过小。同时, 水泥浆中存在一定的积聚气孔。多数试件在加载后, 伴随着陶粒上浮, 厚砂浆区将出现严重的裂缝。 (2) 试件表面的平整度影响棱柱体试件的实验结果。 (3) 试件加载过程中, 需要物理与几何中, 以避免偏心受压现象的出现, 但这一点在目前技术下无法实现。

3 试验结果分析

根据国内各科研院所所进行的大量试验数据, 二者之间的换算关系为:fck=0.93fcu。对于立方体抗压强度与轴心抗压强度试的分析如图1所示:

图1立方体抗压强度与轴心抗压强度关系则此时的直线回归方程可表示为:

fck=0.92fcu, 而相关系数R=0.91。

我们通过471组试验证明了立方体抗压强度和轴心抗压强度之间的线性关系。统计了各院所的数据, 其中, 变化范围集中在0.818~1.03之间, 其平均值约为0.987。由表1我们可以得出结论:轻骨料混凝土的轴压比要高于其它混凝土。一般情况下, 中、低强度轻骨料混凝土的轴压比的平均值为0.85。实验证明, 造成离差的主要原因为混凝土材料的自身性能, 陶粒混凝土的离散型较高。但目前技术尚不能解决这一问题, 因此在实际建筑设计上, 往往要取采取相对安全值。

4 总结

陶粒混凝土作为一种常见的轻骨料混凝土, 主要特点在于质轻且抗裂性强。但与普通混凝土相比, 其强度较低。因此提高陶粒混凝土和其他轻质骨料的强度是建筑的主要任务。本文通过陶粒混凝土的相关实验, 解释了其在建筑行业上的重要作用。我国建筑行业经过多年的发展目前正处于瓶颈期, 这就意味着建筑企业必须提高材料的强度, 并且降低成本才能实现可持续发展。本文通过实验致力于研制环保并且成本低的陶粒混凝土, 节能是目前建筑行业对材料的重要要求。尤其是低碳时代的到来, 混凝土的种类也不再仅仅限于低强度或非承重结构, 而是不断朝着高强和承重能力强的材料。但我国陶粒混凝土的应用比国外的应用时间短, 材料性能上存在一定的差距, 因此还需要建筑相关人员不断努力。

参考文献

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[2]徐振华, 刘建国, 宋敏英等.污泥与底泥烧结陶粒骨料的中试研究[J].环境工程学报, 2013 (06) .

混凝土实验分析 篇7

区域约束混凝土的概念是贵州大学的曹新明教授2004年在约束混凝土研究基础上提出来的, 其截面如图1a所示。区域约束利用纵向钢筋与横向箍筋形成的钢筋笼将构件划分为多个约束区域, 每个约束区域有纵向钢筋及横向箍筋形成小的约束区域, 与其间的混凝土一道形成独立受力单元, 各个区域间又由横向箍筋及中间混凝土联系起来, 形成整体约束与区域约束相结合的多重约束、多重核心, 区域间有机结合, 协调工作的约束机制。

a区域约束混凝土典型截面 b型钢区域约束混凝土截面

曹新明教授在区域约束混凝土柱往复荷载试验中验证了区域约束混凝土能在较经济的前提下有效提高钢筋混凝土的强度和延性。不过他还发现, 在这次试验中, 在多次循环后, 柱边角混凝土压碎后不断剥离脱落, 致使柱四角出现空洞 (称之为“掏空”现象) , 致使后期约束效果下降。为延缓这一现象的出现, 提出了用角钢来代替角部纵向钢筋的型钢区域约束混凝土 (如图1b) , 利用角钢比较宽的翼缘对混凝土提供更大面积的约束及提供比钢筋更高的侧向刚度, 进一步提高整个构件的耗能能力。

1实验研究

1.1 试件设计及制作

为了对比普通约束混凝土柱和区域约束混凝土柱以及型钢区域约束混凝土柱受低周往复荷载的性能, 本次试验设计了4种截面形式 (如图2) , 2种轴压比, 一共是6根混凝土柱子试件。其长度均为2 500 mm, 横截面为250×250 (mm) 。试件的设计如表1。

钢材选用直径6.5 mm的新三级钢作为箍筋, 除柱端加密箍筋间距为40 mm外, 其他箍筋间距均为50 mm;选用直径为10 mm、12 mm的HRB400的钢筋作为纵筋;型钢选用Q235B角钢, 规格为L30×3。钢筋均采用标准钢筋试件长度10d+200mm, 进行钢筋拉弯试验, 角钢也切条后做拉弯试验。试验所得数据整理后汇于表2。考虑到箍筋及纵筋较密, 混凝土选用C40细石混凝土。

1.2 实验装置和加载方案

本实验的实验设备主要有MTS电液伺服加载系器、液压千斤顶、高强反力架、桩基静载仪和静态应变测试分析系统。实验装置如图3。

所有设备调零后, 用桩基静载仪控制柱底千斤顶, 根据设计轴压比四级加载至预定轴力;保持稳定后, 开始施加水平力, 每级20kN递增, 直至试件达到屈服状态, 记下此时的水平位移, 转入位移控制加载, 并以该位移的倍数为级差, 每级反复三次, 直至试件完全破坏。加载制度如图4。

2实验结果及分析

2.1 试件刚度退化特性分析

研究刚度退化对往复荷载研究十分必要, 从滞回曲线和骨架曲线可以看出, 刚度与位移及加载循环的次数相关。在往复位移不断增大的情况下, 试件的刚度逐渐减小, 这就是刚度退化。为了地震反应分析的需要, 在研究刚度退化时, 提出几个指标将其量化, 即初始刚度k0, 等效刚度k及相对刚度k/ k0。

试件的初始刚度k0, 即荷载位移曲线上从原点出发与初次加载的曲线的曲率, 本实验中取第一次加载至20 kN处的刚度作为代表值;试件的等效刚度k, 即位移循环阶段上每次循环的峰值点处的刚度;屈服刚度取最大水平力的75%所对应的点与原点连线的斜率;极载刚度取水平荷载最大点处与原点连线的斜率;由于本次试验的6根试件在四倍位移循环时出现纵筋断裂, 因此破坏刚度取四倍位移卸载点与原点连线的斜率;试件的相对刚度k/ k0, 即等效刚度与初始刚度的比值。将实验所得数据汇总见表3。

从试件刚度表中初始刚度来看, SRCC柱的初始刚度在轴压比1.25下比在轴压比1.1下要小, 在相同轴压比时, SRCC柱的初始刚度大于STCC柱却小于NRCC柱。

从等效刚度来看, SRCC柱的等效刚度在轴压比1.25下比在轴压比1.1下要小, 在相同轴压比时, SRCC柱的等效刚度大于STCC柱却小于NRCC柱。

从相对刚度来看, 在极载和破坏时SRCC柱的相对刚度要大于STCC柱和NRCC柱。这说明引入型钢和改变约束机制后, 能一定程度上抑制钢筋混凝土柱的刚度退化。

2.2 试件的耗能能力分析

试件的耗能能力, 是指试件在反复荷载作用下吸收能量能力的大小, 以荷载变形曲线所包围的面积来衡量, 它也是衡量试件抗震性能的一个特性。在现代工程抗震中, 常用等效粘滞阻尼系数he作为结构在抗震中耗能能力指标。

等效粘滞阻尼系数he, 可以按滞回曲线的面积来计算, 如图5。

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表4列出了各试件每一循环阶段的第一个滞回环的耗能及等效粘滞阻尼系数he。

从表4中可以看出SRCC柱的等效粘滞系数随着轴压比的增加而增大, 在相同的轴压比下, SRCC柱的等效粘滞系数大于STCC柱和NRCC柱。

2.3 试件的变形能力分析

评价构件的变形能力的好坏的量化指标通常用延性系数。在结构的抗震性能中, 延性是一个重要特性, 它反映了试件的塑性变形能力, 也是衡量抗震性能好坏的指标之一。根据《建筑抗震试验方法规程》 (JGJ101—1996) 中试件的延性系数, 应该根据极限位移△u和屈服位移△c之比计算。

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表5列出了各试件的延性系数。从表中可以看出, SRCC柱的延性系数随着轴压比的增加而增大, 但却低于同轴压比的STCC柱和NRCC柱。

3结论

综上所述, 根据对整个试验情况的分析, 可以得出如下结论。

(1) 型钢区域约束混凝土能有效提高柱子的初始刚度, 并能一定程度上抑制刚度的退化。

(2) 由于引入型钢和改变了约束机制, 型钢区域约束混凝土具有较高的耗能能力, 且耗能能力随着轴压比的增加而增大。

(3) 型钢区域约束混凝土的延性随着轴压比的增加而增大。

(4) 由于型钢区域约束混凝土为新型结构形式, 还需进行大量的理论及实验研究。

摘要：区域约束混凝土是在传统约束混凝土的基础上提出来的一个新的概念。由于约束机制发生了改变, 区域约束混凝土与普通约束混凝土有着不同的受力性能与破坏形态, 采用区域约束, 使约束效率提高, 构件的受力性能改善, 加上特殊的破坏形态, 使构件的可靠度提高, 延性更好。将区域约束混凝土中的纵向钢筋用型钢代替, 就成为型钢区域约束混凝土。本文将对型钢区域约束混凝土柱在往复荷载作用下的刚度退化特性、变形能力和耗能能力进行实验研究分析。

关键词：区域约束混凝土,约束机制,刚度退化,变形能力,耗能能力

参考文献

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[3]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].

[4]JGJ101-1996, 建筑抗震试验方法规程[S].

混凝土实验分析 篇8

对于简支梁桥和多跨连续梁桥,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[5]中关于温度变化引起梁体的伸缩量Δl的计算公式为:

式(1)中,α为材料的线膨胀系数;l为观测点距固定支座的距离;Δt为桥梁有效温度的变化量。式(1)中有效温度常采用公路桥涵设计通用规范[6]中的建议的有效温度。这种计算方法相当于假定桥梁是等截面、温度是均匀变化的。事实上,长大桥梁常采用变截面设计。且在太阳辐射、地理环境,风速风向、热传导等因素影响下,桥梁沿高度方向的分布是非常复杂的[7]。此时,如何根据桥梁各部分的温度计算有效温度是一个值得探讨的问题。彭大文等[8]根据室内实验数据,提出了计算混凝土T型梁支座位移的修正系数。邓扬等[9]研究了悬索桥梁端位移与温度的相关性。对于大跨度连续刚构桥与钢箱梁桥来说,支座位移与箱外温度具有明显的线性相关性,但温度作用存在着一段时间的滞后。

不同截面型式的温度分布规律不同。为研究混凝土箱梁桥支座位移和温度的变化规律,本文选取陕西西安西咸新区沣河大桥混凝土连续梁桥为研究对象,进行箱梁截面的温度和梁端支座位移的实验研究,讨论箱梁温度变化和支座位移的变化规律,以供类似工程设计参考。

1 监测断面及测点布置

沣河大桥位于陕西省西安市西咸新区,桥位跨越沣河。桥体全长917 m,其中主桥为(55+5×100+55)m变截面预应力混凝土连续梁,长610 m,主桥的桥型布置如图1所示。其中10#桥墩的支座为限制滑动的球形支座,其他桥墩上支座为单向滑动支座。

图1桥型布置/m Fig.1 Layout of the bridge/m

箱梁采用单箱三室截面形式,箱梁截面尺寸为:顶板宽27.0 m,底板宽19.5 m,翼缘悬臂宽3.75 m。梁高从主梁根部的8.0 m,按1.8次抛物线变化到跨中的2.5 m为研究混凝土箱型梁温度变化对主梁位移的影响,在距11#支座14 m处(图1中的A-A断面)安装65个温度传感器,如图2所示。其中58个传感器安装在混凝土表面,7个用于测量箱梁周边不同位置的空气的温度。试验采用的传感器为PT100热电阻温度传感器。温度采集范围为-200~+200℃之间,精度为0.15+0.002| t|℃。|t|为实际温度的绝对值。采用自己开发的温度采集系统进行采集,采样频率为1次/min。位移传感器安装在13#墩顶。在南、北两个支座顺桥向分别设置一个米朗MPV-S-1 000 V拉绳式位移传感器,如图3所示。安装后的位移传感器照片如图4所示。位移传感器测量量程为0~1 000 mm,测量精度为0.3%FS。受安装位置限制,拉绳方向和桥梁之间成一个角度,此时可根据三角函数关系计算顺桥向的位移。位移的数据采集仪为东方所的3018A,并用DASP10进行数据分析。

2 支座位移及温度相关性

已有的研究结果表明,在桥长方向的温度分布一般是很接近的,可以略去桥长方向的温差的微小变化的影响。因此,在下面分析中,将实测断面的温度分布作为全桥各断面的温度分布。

为描述混凝土箱梁支座位移和温度的关系,选择不同季节进行了两次温度和位移的观测试验,具体日期为:2015年9月5日(晴)和2016年4月18日(晴)。根据箱梁的温度特征,将截面分为6个区进行温度统计。各部位所对应的传感器编号如表1所示。

对于顶板外表面的11个温度传感器,实测的温度值有微小的差别,但在太阳辐射下可以认为不同点的温度是相同的,因此以这11个传感器的平均温度作为顶板外表面的温度。对于其他区域也采用相同的方法处理,得到不同区域的平均温度。限于篇幅,表2仅列出2015年9月5日每2小时的不同区域的实测平均温度。

以2015年9月5日0时的温度为基准点,将其他时刻相对于0时的温差Δt值,代入式(1)计算相应的Δlt值,并同实测位移值进行比较。计算中钢筋混凝土的线膨胀系数α取1.0×10-5℃。不同部位温度变化的计算位移和实际位移的变化曲线如图5所示。

由计算结果可知:

(1)采用桥体上表面、桥体下表面温度以及腹板外侧温度计算支座位移的时候,计算结果明显大于实际测量结果。2015年9月5日试验温度变化下的支座位移相对于北支座位移的峰峰值误差分别达到了931%、412%、442%;相对于南支座位移的峰峰值误差分别达到了903%、378%、428%。

(2)基于顶板内表面温度所得的位移计算结果也大于实际测量结果,计算结果相对于北支座与南支座位移的峰峰值误差分别达到242%和232%,这是由于顶板厚度仅为300 mm,顶板在太阳辐射下,温度很快升高,经热传导导致顶板内表面的温度依然较高。

(3)基于腹板内表面和底板内表面温度所得的位移计算结果小于实际测量结果,其相对于北支座的峰峰值误差分别为-67%和-56%;相对于南支座的峰峰值误差分别达到-68%和57%。

(4)2016年4月18日的位移计算结果如图6所示。虽然2016年4月18日实测大气温度的平均值为17.1℃小于2015年9月5日的平均温度26.6℃,日温差为16.5℃大于2015年9月5日的12.3℃;但是位移和温度的变化规律和2015年9月5日的类似,箱梁顶板外表面、底板外表面、腹板外表面、顶板内表面、底板内表面和腹板内表面温度变化所得位移相对于北支座位移的峰峰值的误差分别为779%、267%、292%、247%、-51%、-77%;相对于南支座位移的峰峰值误差分别为673%、222%、245%、205%、-57%、-80%。综上可知,箱梁中不同部位混凝土的温度是不相同,支座位移是截面非线性温度分布下截面轴向自平衡后轴向应变的结果,单独由某个区域的温度进行支座位移计算将引起很大的误差。

3 支座位移近似计算方法

由结构力学[10]可知,单位荷载法计算温度改变引起连续梁支座水平位移的公式为:

式(2)中,εt为连续梁截面形心点的轴向温度应变。由于热的传播引起温度沿高度是按指数规律降低,通常距外表面400 mm范围内混凝土温度急剧变化,其余部分温度变化可以认为是线性变化。对于断面很大的箱梁而言,温度急剧变化混凝土仅占其中一小部分。为简化分析,在进行位移计算时,假定温度沿截面高度按线性变化,则可取截面形心高度各传感器温度的平均值作为位移计算的依据。箱梁截面左右对称,因此,形心位于对称轴上。测量断面的形心为距顶面的距离为2.26 m。考虑到截面外表面温度和内表面温度不同,因此以形心高度所有测点的平均温度作为形心点的温度。2015年9月5日和2016年4月18日利用形心点温度所得位移的计算结果如图7和图8所示。

图7箱梁形心高度温度变化下支座位移随时间的变化曲线Fig.7 Curves of the support displacement calculated by the temperature at the height of the centroid of box girder versus time

图8箱梁形心高度温度变化下支座位移随时间的变化曲线Fig.8 Curves of the support displacement calculated by the temperature at the height of the centroid of box girder versus time

由图7和图8所示的计算结果可知:

(1)基于形心温度所得位移的变化趋势超前于支座位移的变化,这是由于混凝土热传导系数较小导致的。

(2)2015年9月5日和2016年4月18日基于形心点温度所得位移峰峰值相对于北支座实测值误差分别为35.9%和-2.2%,相对于南支座实测值误差分别为32.1%和-14.0%,误差远小于前述基于单一区域温度所得误差,可供工程设计参考。

4 结论

以西安西咸新区沣河大桥这座宽度达27 m的单箱三室箱梁为对象,详细测量了一个断面的温度分布及支座位移,研究了温度变化导致箱梁支座位移的变化规律,得出以下结论:

(1)由于混凝土梁体的温度是高度的非线性分布,因此,支座位移是混凝土内部不同部位互相约束的结果。基于某一区域的温度进行位移计算易造成很大的误差。

(2)在太阳辐射作用下,箱梁截面总体的温度分布为外表的温度大于内表面的温度,顶板的温度大于底板的温度,由此导致利用外表面温度桥梁的顺桥向位移大于实测值,而基于腹板和底板内表面的温度计算位移将小于实测值。

(3)虽然截面温度分布是非线性的,但由于混凝土的热传导系数较低,急剧温度变化的范围主要在接近外表面的很薄的区域。因此,若假定线性温度分布而直接用形心高度温度的平均值进行位移计算,可有效地减少计算误差。

摘要：为研究温度对桥梁支座位移的影响,以西安西咸新区红光路沣河大桥为研究对象,现场实测了箱梁截面的温度和支座位移。主桥为7跨变截面连续梁桥,截面为宽度达27 m的单箱三室箱梁。选择典型截面在混凝土表面布置了58个温度传感器,同时测量了7个位置的大气温度,以及在南北支座布置了2个位移传感器。分别于2015年9月5日和2016年4月18日进行现场实验研究。结果表明,由于箱梁截面的温度分布不均匀,在日温差仅为12.3℃,直接根据某一区域的温度进行支座位移计算的误差很大,误差最大甚至达931%;而根据形心点温度进行支座位移计算的误差相对较少,最大误差为35.9%。可供类似工程设计参考。

关键词：混凝土箱梁,单箱三室,温度,支座位移,原位试验

参考文献

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