钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析

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发布时间：2021-09-12

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钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析
陈梦成，袁方，许开成
(华东交通大学土木建筑学院，南昌330013)
摘要：以膨胀剂掺量为基本参数，对不同水化热温度影响下的5根钢管微膨胀混凝土构件的膨胀性能扣
应力场进行了研究，考察了水泥水化阶段钢管微膨胀混凝土构件温度场及其核心混凝土的限制膨胀特
性。结果表明，钢管微膨胀混凝土构件截面温度场的变化规律与普通混凝土构件类似；核心混凝土中掺
加膨胀剂，补偿收缩效果明显，并且在钢管的限制作用下产生了一定的预压应力。根据试验结果，分析
了核心混凝土限制膨胀的应变特点及其影响因素，研究了核心混凝土预压应力的产生、分布特点及其与
膨胀剂掺量的关系，为钢管微膨胀混凝土的优化设计提供了依据。
关键词：钢管混凝土微膨胀水化热限制膨胀
中图分类号：TU392．3 文献标识码：B
在普通钢管混凝土中，由于混凝土的收缩和徐变，
使钢管的约束作用难以发挥，不能充分显示组合结构
的优点。在钢管核心混凝土中掺加适量膨胀剂，不仅
可以补偿混凝土的收缩，而且能产生一定的自应力
(因混凝土膨胀而在混凝土中产生的预压应力和在钢
管中产生的预拉应力)，使核心混凝土在钢管的约束
作用下一开始就处于三向受压状态，显著提高了其力
学性能，同时也解决了自应力混凝土限制不足的缺点。
国内外已有研究者对钢管自应力混凝土的性能进行了
研究。卢哲安等对钢管高强低热微膨胀混凝土进
行了试验研究；姚武和钟文慧利用掺加钢纤维和膨
胀剂来控制核心混凝土的早期膨胀和后期收缩，取得
了良好的效果；黄承逵等对钢管自密实自应力混凝
土短柱轴压力学性能进行了试验研究；常旭等对圆
钢管自应力混凝土自应力的大小进行了计算，并对其
进行了推出试验。
本文拟以膨胀剂掺量为主要参数，研究钢管微膨
胀混凝土中核心混凝土的水化热和限制膨胀特性，这
些也是目前有关工程界所关注的热点问题。
1 试件设计
1．1 试件制作
本次试验制作了5根方钢管混凝土试件，其中一
收稿日期：2010-03-18；修回日期：2010-05．15
基金项目：国家自然科学基金项目(50968006)，江西省自然科学基金项
目(2009GZC0021)，江西省教育厅科研项目(GJJ08501)
作者简介：陈梦成(1962一)，男，江西高安人，教授，博士。
根灌人的是普通混凝土，其余4根灌入的是微膨胀混
凝土，膨胀剂掺量分别为胶凝材料的8％、12％、15％
和20％，分别用P一0，P一8，P一12，P一15和P一20来表示。
钢管边长为180 mm，管长为600 mm，由厚度为4 mm
的4块钢板拼焊而成，对应每个试件加工两个厚5 mm
的钢板作为盖板，先在空钢管一端将盖板焊上，另一端
要等混凝土浇灌后体积稳定(1d)再焊接。钢材的屈
服强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比分别为312
MPa、386 MPa、1．81×10 MPa及0．26。
微膨胀混凝土采用的材料是：42．5普通硅酸盐水
泥；花岗石碎石，最大粒径为30 mm；中砂，细度模数为
2．6；减水剂为PCA—IV高效减水剂，掺量为胶凝材料总
量的0．3％；采用UEA膨胀剂，等量取代水泥，混凝土
配合比见表1。
混凝土采用搅拌机搅拌，试件浇筑完成后置于实验
室中自然养护，同时制作150 mm×150 mm×150 mm混
凝土立方体试块5组，每组3个，均与试件同条件下养
护，测试方法依据国家标准《普通混凝土力学性能试验
方法标准》(GB／T50081—2002)进行，测试结果见表1。
1．2 试验方法
在钢管两相邻外表面布置规格为3 mm×5 mm的
应变片，位置如图1所示，用DH3816静态应变数据采
集箱对钢管的应变进行采集。在混凝土内部预埋
JMZX一215应变计，在各试件的中心位置布置一个横向
应变计，同时可以测量构件中心位置的温度，用一台
JMZX一3001型综合智能读数测试仪对混凝土的应变和
温度进行观测，前7 d每天采集3—4次数据，以后每
天采集一次，持续观测33 d。试件情况见图2。