时间:2023-03-24 15:21:04
序论:在您撰写高强混凝土论文时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
关键词:混凝土试件强度检验
1.前言
随着混凝土技术的进步和发展,高强混凝土(以下简作HSC)的应用已越来越广。《高强混凝土结构技术规程》(CECS104:99,以下简作《规程》)已于1999年颁布实施,必将进一步推动HSC的设计和应用。由于HSC的强度和质量要求的提高以及大量掺合料的使用,与普通混凝土相比,无论是试件强度检验、构件强度检验,尤其是质量检验验收标准等,均提出了许多新的问题和更高的要求。甚至产生了这样一种概念:配制和生产HSC已不存在太多困难,而如何准确测定评价HSC的强度,己成为急需解决的技术难题。我们在相关试验研究和实际工作中也遇到了许多此类问题。如试件强度远低于或远高于实际构件混凝土强度;构件混凝土强度采用何种无损检测方法准确评价等等。本文主要就此提出相关问题和建议,以期在推广应用HSC的同时,更好地把握和确保工程质量。
2.HSC的试件强度检验
2.1试件尺寸和平整度
随着HSC强度的不断提高,试验机量程的限制,以及骨料最大粒径一般为25mm,因此,在科学研究和实际工作中不可避免地采用100×100×100(mm)的立方试件。在普通混凝土中,与标准试件150×150×150(mm)的尺寸换算系数为0.95。而HSC中一般均小于此值。且随着强度提高,折算系数下降。《规程》中提出的100mm立方体试件折算成标准尺寸试件的折算系数如表1:
表1
Fcu,10(MPa)KFcu,10(MPa)K
≤550.9576--850.92
56--650.9486--950.91
66--750.93>960.90
问题的关键在于强度提高何以使折算系数下降。普通混凝土中主要认为是大试件存在内部缺陷概率高,在HSC中同样有这一因素,但还存在更重要的因素,其中最主要的是试件平整度。试件强度越低,塑性越大,可调变形量大,表面平整度对实际强度的影响就越小。试件强度越高,材料脆性越大,可调变形量小,表面不平整度和不平行度对实际强度的影响就越大。通常情况下,小试件的表面平整度和平行度均高于大试件。因而许多试验结果(清华大学、北京城建集团构件厂等)表明,其折算系数比《规程》提供的值更低(平均强度Fcu,10=70.4MPa,K实=090;Fcu,10=60MPa,K实=0.92)。但我们采用相对严格平整的大小试件试验结果表明,C60~C80的混凝土强度折算系数均为0.95。因此,当用小试件结果换算标准尺寸强度时须注意这一问题。虽然我们还很难定量描述试件不平整度对强度影响率,但对HSC强度试件保证足够的表面平整度和平行度是必需的,必要时对试件进行磨平抛光,否则将严重降低强度值,亦即要选用优质的混凝土试模,并做到严格的定期检验和修正。同样对试验机的承压板也应及时检验。
此外,试验操作时的试件偏心受压对HSC的影响率比普通混凝土要大,试件尺寸越小,越易引起偏心,使测试结果偏低。虽然试件表面不平整度、不平行度和偏心受压,均使测试结果偏小,对结构物是安全的,但科学地准确评价HSC的强度,确保测试结果与实际强度的一致性是我们的宗旨。当用小试件折算标准试件强度时更应引起重视。
2.2试验和养护条件对测试结果的影响
当标准试件的抗压强度大于70MPa时,对部份试验室所拥有的2000kN试验机来说,已达量程的80%以上,对测试结果将有一定影响。这仅仅是问题的一部分。由于不同生产厂家,不同构造型式的试验机刚度不尽一致,同量程试验机对同一批HSC试件测试结果也会有差异,不同量程试验机的测试结果差异就更大。如清华大学的一组试验结果如表2。
表2
试验机标准试件平均强度(MPa)(55组)fcu100mm立方体试件平均强度(55组)f′cufcu/f′cu
长春产5000kN59.768.60.87
长春产2000kN63.869.40.92
无锡产2000kN65.173.10.89
芬兰和日本也用不同试验机对测试结果的影响做过研究。如芬兰采用20台试验机对80MPaHSC试验结果显示,强度最低组与最高组之比为75%;对40MPa的混凝土,其比值升高为85%。日本也同样采用20台不同试验机对100MPa和60MPa的两批HSC进行试验,结果表明强度最低组与最高组之比值分别为69%和76%。所有这些试验资料均说明一个问题:随HSC强度等级的提高,不同试验机对测试结果的影响变得显著,而对低强混凝土的影响相对就较小,这是试验检测中有待研究和引起足够重视的。
养护条件对测试结果的影响。主要指早期养护和温湿度。试件成型后通常经24h后脱模。由于大部分试验室(特别是江南)成型时无恒温、恒湿条件,春夏秋冬四季温差和相对温度差异较大,试模内的24h非旦严重影响HSC的早期强度,也直接影响到28天强度。我们在20℃和10℃,相对湿度80%和75%条件下,配制C60HSC,测得的结果表明,7天强度相差10%,28天强度差7.5%。而对C20~C30混凝土的影响很小。这是因为HSC的W/B小,早期强度发展快,温度敏感性大。因此,在配制HSC时,如无恒温恒湿条件,则成型后必须立即移入养护室护养,如若无此条件,则尽可能缩短在试模内的时间,提前拆模。并且表面覆盖塑料膜或其它保温保湿措施,严防水份挥发影响强度。
另一方面,我国普通混凝土的标准养护条件是20±3℃,相对湿度90%以上或水中养护。亦即表明相对温度90%以上养护与水中养护对强度影响不大。对HSC来说,由于本身非常致密,后期失水或吸入水份的可能性均较小,特别是当W/B小于0.28时,试件内部处于相对缺水状态,加之HSC自收缩较大,故水中养护产生的表层湿胀,易加重试件内外的应力差,导致试件强度降低。如水中养护试件经24h空气干燥后,重量几乎不变,但由于应力差减弱,C60HSC的强度提高78%,而C25混凝土强度几乎不变。因为高W/C低强混凝土早期失去的往往是自由水,对强度影响不大,后期继续干燥产生的强度提高,通常认为是软化系数的概念,这一点是有别于HSC的。W/B小于0.4时水中养护试件,经劈裂试验,仅表层20mm左右湿润,内部均较干燥。因此,作者认为,HSC养护最佳湿度条件是90%以上潮湿空气(与普通混凝土一致化)或简单的塑料膜密封养护。
3HSC试件强度与构件混凝土强度的相关性
前面分析讨论的影响试件强度的因素,总的来说是导致试验结果偏低,这对安全是有益的。但水化热问题,自收缩问题及现场养护条件问题,情况就比较复杂。
3.1水化热对强度的影响
通常我们把最小截面尺寸大于1m的构件称之为大体积混凝土,必须采取有效措施控制水化热引起的内外温差。其主要目的是防止温差裂缝的产生,而对温度升高引起强度的变化问题未加重视。GB5020492和《规程》中也未提及。对截面尺寸大于0.6m的梁板构件,在普通混凝土中可以说很少对水化热问题引起重视,但对HSC来说,由于水泥用量的增加,水化热引起的温差应力和温度对强度的影响已显得十分重要。有资料表明[1],当水泥用量达400kg/m3时,0.5m厚的试件中心温峰可达45℃(环境温度20℃),虽然温差尚在GB5020492规范允许范围内,但对硅酸盐水泥或普通水泥配制的混凝土而言,足以使28天及后期强度显著下降。如环境温度升高,或水泥用量进一步增加,一方面绝对温升将显著提高;另一方面,温峰出现的时间更早,高效减水剂的使用也将加剧这一现象,对混凝土强度造成的危害更大。当然,混凝土厚度提高,绝对温度也更高,如1.5m厚时中心温峰可达65℃(水泥400kg/m3,环境温度20℃)。因此,必须注意到试件尺寸小受水化热影响小,从而使试件强度尤其是长期强度高于实际构件强度,特别对采用纯硅酸盐水泥或普通水泥配制的HSC或较大构件尺寸的混凝土更应引起重视。
当采用较高掺量掺合料时,特别是掺用粉煤灰(FA)、矿渣(SG)或沸石粉时,情况则完全相反。因水化热对这类混凝土的早期和后期强度均十分有利,试件强度就会小于构件混凝土实际强度值。但掺硅粉混凝土例外。因此,对HSC而言,截面最小尺寸超过05m的构件就应对水化热问题引起足够重视,且不是简单的控制温差,更重要的是控制绝对温升。其中最有效的办法就是掺用适量FA、SG或沸石粉。
3.2自收缩对强度的影响
HSC的自收缩值7天可达100×10-6mm以上,人们普遍关心的是对HSC裂缝影响,尤其是早期裂缝,但对强度的影响研究很少。从某种意义上来说,在钢筋混凝土构件中,自收缩引起的微裂纹(假如存在)在钢筋等约束条件下,对抗压强度影响可能很小,但也正因为钢筋约束使混凝土处于拉应力状态,对抗拉强度产生较大影响。此时,若以试件劈拉强度或轴拉强度来推算构件混凝土抗拉强度时,就会显得不安全。因为试件尺寸小和自由度大,自收缩引起的拉应力几乎可忽略,当以抗压强度折算抗拉强度时也应注意这一问题,但其影响值有多大,有待进一步研究。
3.3自然养护条件对强度的影响
湿度条件对普通混凝土的强度影响非常显著,对尺寸相对较大的构件,常出现表层混凝土强度低于内部强度的现象。主要是水灰比大,孔隙多,失水过早、过多所致。试件的尺寸相对较小,若不经潮湿养护,也有可能导致试件强度低于实际构件强度。对HSC来说,关键是早期潮湿养护非常重要,而后期因混凝土较致密,很难失水,湿度条件对强度的影响相对较小。
温度条件对普通混凝土强度亦有影响,但远不及对HSC来得显著。
(1)硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的HSC(不掺或掺很少量混合材),由于水化热的作用,试件强度往往高于构件混凝土实际强度,表层强度高于内部强度,这在夏季施工时尤为显著。当试件采用标准养护(非现场养护)时,试件强度将更加偏高。即使冬季施工,当构件尺寸较大时,试件强度仍有可能高于实际构件强度。这是非常值得重视的。
(2)掺大量混合材配制的HSC,情况与上述相反。如大量掺入粉煤灰、普通磨细矿渣或沸石粉配制的HSC,水化热只要不引起较大的温差应力,它将大大有利于混凝土强度的提高,此时试件强度低于构件实际强度,内部强度则高于表层强度,冬季施工、现场自然养护时更显著。夏季施工时,若试件采用标准养护,则试件强度更低于构件实际强度,可以这样说,20±3℃的标准养护条件,对普通水泥和硅酸盐水泥混凝土是适宜温度,面对高掺量混合材配制的HSC,这一“标准”温度应高得多。认识这一点是非常必要的,它从另一个侧面要求我们在配制HSC时,尽可能多地掺用粉煤灰、矿渣和沸石粉。
4构件混凝土强度评定
(1)回弹法只能评定C50以下的构件混凝土强度。若要采用这一简单的方法评定HSC的强度,就必须建立新的测强曲线或研制新型的回弹仪。这是一件很迫切的工作。
(2)超声波法、超声回弹综合法和拔出法的仪器设备,理论上对HSC也是适用的,但由于弹性模量,拉、剪强度与抗压强度的非同步增长,故需尽快建立相应的测强曲线。上海建科院和同济大学已开展了相关研究〔2〕,但全国各地差异较大,一方面宜建立地方性测强曲线,另一方面需要全国通力合作,建立全国通用曲线。
(3)钻芯法是最值接的评定方法,通常也是最可靠的构件混凝土强度检测法。但在HSC中应用,钻机钻取芯样时必须有非常优异的稳定性,一旦钻机颤动,表面出现波纹状,将使芯样强度严重降低,类似于<C10的混凝土,钻切加工引起损伤,使强度偏低。因此钻芯设备必须有很高的精度。芯样承压面的平整光洁度,当能满足普通混凝土要求时,对HSC影响可能仍较大,承压面必须严格平整光洁平行。当采用抹平处理时,必须保证抹平材料强度与混凝土强度接近,偏低或偏高均会导致试件强度偏低。因此,对HSC构件强度检测方法、除钻芯法尚能应用外,其余检测方法急需科研院校和仪器设备生产厂家的联合攻关。
5几点建议
(1)HSC的试模必须严格保证足够的尺寸和平面、直角精度,以确保试件质量,必要时磨平抛光,否则使试件强度偏低。试验操作时须特别仔细。
(2)试验机必须保证足够的刚度,尽可能采用较大量程的试验机,以免使测试结果偏大。
(3)加强早期保湿养护或提早拆模,防止早期失水。尽可能采用潮湿养护。
(4)对不掺混合材的HSC,试件强度可能高于实际强度,特别是构件尺寸≥50cm或夏季施工时更要注意其强度修正。
(5)对高掺量混合材HSC,试件强度往往低于构件强度。冬季施工或采用标准养护时更应引起重视。
(6)对构件尺寸大于50cm的HSC,不但要控制温差,也要特别重视绝对温度对强度的影响。应尽可能多掺混合材降低水泥用量。
关键词:清水混凝土 ,旅客高站台墙 , QC品质控制理论,制定对策
Abstract: based on the water concrete passenger platform in high wall prefabricated crack problems appeared in the process, using a theory of QC quality control end factors were analyzed one by one to find out the main reason for validation, establishing countermeasure to eliminate crack defects.
Keywords: water concrete, and the passenger high platform wall, QC quality control theory, establishing countermeasure
中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:
随着铁路客运水平不断的提升,高站台已经逐步成为客站主流站台,高站台与车厢地板在同一水平面,很大程度上方便了旅客进出车厢。但由于该站台采用站台墙为清水混凝土,所以在预制施工中控制好清水混凝土的外观质量为站台的品质的提升起着至关重要的作用。而在实际施工中发现清水混凝土裂纹为主要的外观质量缺陷。为了消除此缺陷,我们成立了专项质量控制小组,运用QC品质控制理论,有针对性的进行了逐步的末端原因分析,并解决了清水混凝土裂纹的外观质量缺陷,下面将我们的质量改进过程逐一阐述仅供大家参考。
一、现状调查
首先进行现状调查。质量控制小组对已经预制完毕的钢筋混凝土高站台墙出现裂纹的情况进行了统计,发现有13.7%的站台墙出现了不同程度的裂纹,合格率仅为86.30%。
二:高站台墙出现裂纹原因的初步分析
质量小组通过人、机、料、法、环五个方面逐一对高站台墙出现裂纹原因的进行初步分析,得出以下结论:
1、人员因素:对清水混凝土预制工程认识不足,各班组之间协作不好,以及监管人员认识不足。造成施工过程管控不严。
2、机械因素:混凝土搅拌机进水量控制误差较大,水灰比及坍落度控制不严格。造成混凝土质量无法保证。
3、物料因素:砂石料级配较不合理,原材料检验频次不足。造成混凝土质量无法保证。
4、施工方法因素:混凝土施工不规范,振捣不均匀等。造成施工过程中混凝土出现不合格品。
5、环境因素:由于地处西北,昼夜温差大,夜间风力较大。造成混凝土在凝结过程中产生失水过快或者表面张力过大。
三、对初步分析得出的原因进行逐一分析
质量控制小组为了找出产生裂纹的主要原因确,确定每30节站台墙为一个批次,对人、机、料、法、环五个影响产品合格率的因素进行验证分析。
1、对影响产品质量的人员因素进行验证
对清水混凝土预制工程认识不足,各班组之间协作不好,以及监管人员认识不足。
、对所有现场作业人员进行了强化教育,提出了以单体质量的提高提高整体质量的规划及理由.制定了相应的单体考核办法;
、小组对各班组人员进行调整让所有人员尽量从事自己比较熟悉的班组,其中包括钢筋班、混凝土班、模板班组,尤其是混凝土班组挑选经验丰富的人员进行施工;
、小组增加监管人员,由原来的2人增加到3人,进行巡检。
在完成30节站台墙预制后进行数据采集。数据显示有3节出现裂纹,合格率为90%。现状没有的得到明显改变,人员的认识不足及协调监管不是造成混凝土裂纹的主要原因。
2、对影响产品质量的机械因素进行验证
小组组织人员对混凝土搅拌机的时间继电器进行校验,提高的混凝土搅拌机的进水量精确度并排有经验的工人专人操作搅拌机,以便准确控制混凝土的坍落度。防止混凝土坍落度过大而产生沉降裂纹。在完成30节站台墙预制后进行数据采集。数据显示有2节出现裂纹,合格率为93.33%。现状得到明显改变,混凝土搅拌式进水量不准确是造成混凝土裂纹的主要原因。
3、对影响产品质量的材料因素进行验证
小组组织人员对现场原材料进行检测,检测结果为合格。并委托实验室重新更换混凝土配合比,调整级配,以便增加混凝土的和易性。增强混凝土的质量均匀、成型密实性。在完成30节站台墙预制后进行数据采集。数据显示有2节出现裂纹,合格率为93.33%。现状未得到明显改变,混凝土级配不合理、检验频次不是造成混凝土裂纹的主要原因。
4、对影响产品质量的施工方法因素进行验证
小组在检查中发现在混凝土施工中存在操作不规范的现象,尤其是混凝土振捣以及混凝土入模速度过快。混凝土振捣不均匀、入模速度过快会导致混凝土无法获得初步沉实,在浇筑完成后因混凝土沉降造成裂纹。小组针对此情况随即对混凝土施工人员进行专项培训并考核,并且加以现场指导。以防止混凝土振捣不均匀或密实度不够造成的内部应力。在完成30节站台墙预制后进行数据采集。数据显示有1节不合格,和合格率为96.67%。现状得到明显改变,混凝土施工不规范、振捣不均匀是造成混凝土裂纹的主要原因。
5、对影响产品质量的环境因素进行验证
由于工程所在地区昼夜温差大,近期夜间温度较低,而且夜间风力较大。混凝土在完成浇筑后产生大量水化热,而混凝土表面由于环境温度较低,由于冷缩而引起裂纹;风力大会导致混凝土表面水分流失快会导致混凝土表面产生烦躁收缩,初凝时期由于强度较低很容易产生裂纹。鉴于这种情况对混凝土在初凝的过程中进行覆盖保温措施并于拆模后用塑料薄膜包裹7天。在完成30节站台墙预制后进行数据采集。数据显示全部合格,合格率为100%。现状得到明显改变,昼夜温差大、夜间风力大是造成混凝土裂纹的主要原因。
四:要因确定及制定对策
1、主要因素确定:
、机械因素:混凝土搅拌机进水量控制误差较大,导致混凝土水灰比不稳定。
、施工方法因素:混凝土施工不规范,振捣不均匀,入料速度过快,导致混凝土不密实,发生二次沉降。
、环境因素:昼夜温差大,夜间风力较大,导致混凝土内外温差较大、表面失水较快。
2、制定对策
、严格控制搅拌机进水量
对搅拌机时间继电器进行校验并指定有丰富搅拌机操作经验的工人进行专人操作。在今后的施工中对搅拌机进水控制器进行定期的校验。
、规范混凝土施工。结合现场问题对现场施工人员进行培训并考核;现场施工人员培训合格后方可继续上岗。
、严格采取保温保湿措施。在混凝土拆模之前进行覆盖保温;拆模后用塑料薄膜包裹养护7天。
五、检查效果
对策实施后,小组成员对在此后一个月内施工的钢筋混凝土高站台墙进行了全数、全过程的跟踪检查与统计,数据显示无裂纹出现。数据表明钢筋混凝土高站台墙的直墙面清水混凝土裂纹得以消除,说明质量控制成果是持续有效的,保证了清水混凝土外观质量。
六、结束语:
关键词:高强混凝土 框架柱 裂缝
1、前言
在大型火力发电厂主厂房结构中,由于其高度较大,且竖向荷载较大,故裂缝问题较为突出。经常出现的情况是:框架柱的断面由轴压比限值确定,而框架柱的配筋由构造配筋率决定,这其中存在着不合理的地方。应用高强混凝土可以显著减小构件的截面尺寸,减轻结构自重和钢筋用量,具有明显优点,可获得较高的经济效益。但高强混凝土的脆性会在某些情况下产生裂缝,强度等级愈高,脆性愈大。因此,在大型火力发电厂主厂房结构框架柱中应用高强混凝土,需研究改善高强混凝土柱抗裂缝能力的有效措施。
在火力发电厂结构工程中,裂缝的防治是一个有较大普遍性的问题。裂缝的扩展是结构物破坏的初始阶段; 同时,对于结构物而言,裂缝可能引起渗漏,影响结构的使用功能,并且引起持久强度的降低,如钢筋混凝土结构中保护层剥落。水工建筑物在水压头不高于水位的l0cm以下,就会产生的裂缝、渗漏、钢筋腐蚀、混凝土碳化等。因此,对裂缝的成因进行分析,在此基础上对预防裂缝的产生和发展及对裂缝形成后的处理
措施进行探讨是非常必要的。
2、高强混凝土框架柱工程的特点
在美国,以圆柱抗压强度标准值达到或超过42MOa为高强混凝土。欧洲国际混凝土委员会1995年的资料通报中定义高强混凝土为圆柱体抗压强度高于50MPa的混凝土,大体相当于我国C60级混凝士。在我国通常将强度等级等于或超过C50级的混凝土称为高强混凝土。这个分类标准适合我国国情。高强混凝土具有以下一些特性:
(1)高强混凝土受压时呈高度脆性,延|生很差。
(2)高强混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加,但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得愈来愈小,所以在处理高强混凝土构件的抗剪、冲切和扭转等问题时必须慎重。
(3)在相同的横向约束力作用下,高强混凝土纵向承载力的改善要比普通强度混凝土稍差,所以在计算配有间接钢筋的螺旋箍筋柱和局部承压等承载能力时,表示横向约束作用贡献的部分也要做出修正。
(4)受压时高强混凝土还有易产生裂缝的倾向,因此在设计局部承压以及钢筋搭接锚固时应特别注意。在这些部位要加强设置横向箍筋以防止裂缝。由于塑性变形能力较差,高强混凝土中钢筋锚固粘结应力的分布变得更不均匀。弯起钢筋的转角处会使混凝土受到较高的局部挤压力,也应注意防止裂缝。
3、混凝土框架柱裂缝的成因
在常用的建材,如钢、混凝土、砂浆等中,均存在有材料内部的初始缺陷。以高强度混凝土为例在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼不可见的微裂。此微裂主要是存在于骨料与水泥石粘接面上的裂缝、骨料与骨料之间的裂缝、以及骨料本身的裂缝。微裂的分布是不规则的,这主要是由于混凝土内部的不均匀所所致。。在受荷的情况下,引起大于等于0.05mm宏观裂缝的产生及发展,形成通常所称的裂缝。由此可见,结构物裂缝的产生是有其内部原因和外部条件的,其内部条件为以上所述的材料的不均匀性所导致的内部缺陷和微观裂缝。其外部条件可概述为以下几点:
(1)由各种直接作用的外荷载如静、动荷载引起的直接应力而导致的裂缝。在电厂结构工程中,常见的有结构物自重、土的主动压力和被动压力、水的侧压力、各类设备的静、动荷载以及风荷载等等。此类荷载产生的应力一般可按常规计算方法得到,比较直接和明确,在设计过程中也较易得到控制,因此,此类荷载引起的应力导致的裂缝约只占结构裂缝的15%-20%左右。
(2)结构次应力引起的裂缝,此类应力产生的原因主要有: 结构物的实际工作状态与常规模型的出入。从而引起结构中应力分布与理论计算不一致;局部的开孔、洞也会引起应力集中现象,使在应力集中的部位产生裂缝。
(3)由变形变化引起的裂缝。此类裂缝在工程实践中最为多见,往往占裂缝的80%左右,比如高强混凝土的脆性会在某些情况下产生裂缝,强度等级愈高,脆性愈大。由于温度场的不均匀、材料的收缩和膨胀,不均匀沉降等也会引起高强混凝土柱裂缝的产生。
4、裂缝的防治策略
高强混凝土的脆性随着强度提高而严重,为了有效防治高强度混凝土柱产生裂缝,必须从以下几个方面加以防治,才能充分利用高强度混凝土的特点,减少其缺陷。
(1)高强混凝土的脆性随着强度提高而严重,所以主要受力截面上压区高强混凝土必须设计成约束混凝土,混凝土受压时在侧向有膨胀趋势,所谓约束就是从侧向给受压的混凝土以约束,限制其横向的膨胀变形,这样就能有效的防止高强度柱产生裂缝。
(2)合理添加外加剂各种止水剂、缓凝剂能有效减少混凝土的离析提高保水性,使混凝土内部结构较为均匀一致,养活因干缩、不均匀收缩、不均匀收缩引起的微裂; 同时,止水剂还能与混凝土的硅酸盐、铝酸盐进一步反应生成网状凝胶,堵塞裂缝,提高裂缝的自愈能力。
(3)注意温度应力的影响,削减施工过程中温度收缩应力和混凝土的干缩应力,从而防止干缩、温度收缩裂缝的产生; 由于混凝土的温差应力和干缩应力主要有气温、水化热温差等早期应力,因此,后浇带的保留时间应尽可能长些,一般不应少于40d。
综上所述,在大型火力发电厂主厂房结构中,采用高强度混凝土柱有利于提高主厂房结构的稳定性,但是由于高强度混凝土脆性随着强度提高而严重等自身的缺点,在施工和维护过程中必须采取合理的措施来防止高强度混凝土柱的裂缝的产生,,这对于最大限度的提高高强度混凝土柱在大型火力发电厂主厂房结构中的优势具有指导意义。
参考文献:
[1] 张国军.吕西林.刘伯权高强混凝土框架柱的恢复力模型研究[D].[期刊论文]-工程力学 2007(3)
[2] 司炳君.孙治国.艾庆华Solid65单元在混凝土结构有限元分析中的应用[D].[期刊论文]-工业建筑 2007(1)
[3] 徐伟栋配置高强钢筋的混凝土柱抗震性能研究[D].[学位论文]硕士 2007
关键词:高强混凝土;收缩开裂;应对措施
中图分类号:TV534文献标识码: A
引言
高强混凝土作为一种新的建筑材料,以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性,在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。但在工程实践中,由于高强混凝土具有水胶比较低、水泥用量较大,以及砂率较高等特点,使得混凝土收缩较大,容易开裂。由于高强混凝土与普通混凝土有着不同的材料配比及结构特点,引起高强混凝土收缩开裂的主要原因也与普通混凝土有所不同,因此,对高强混凝土的收缩开裂问题,进行系统地深入地研究,很有意义。
一、混凝土收缩开裂的表现形态
在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。
1、塑性收缩
发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。
2、缩水收缩(干缩)
混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
3、自生收缩
自生收缩是指混凝土在恒温、与外界无水分交换条件下发生的体积收缩变形。自生收缩的作用机理,可以通过混凝土的自干燥现象得到很好的解释。随着水泥水化的进行,在硬化的水泥石中就会形成大量的微细孔。而自由水量逐渐降低,水的饱和蒸汽压也会随之降低,从而使水泥石内部的相对湿度降低。但同时水泥石重量没有任何的损失,我们把这种现象称为自干燥。如图1所示,自干燥使得混凝土内部的毛细水凹液面的曲率半径逐渐减少,则毛细管压力逐渐增大,毛细水表面张力就会逐渐增大,使得混凝土受到的来自于自身的压力增大,自生收缩随即产生。
高强混凝土的原材料与配合比,决定了它的早期水化速度快、自干燥程度高、自收缩大等特点。因此,高强混凝土的自收缩比普通混凝土大得多。
4、炭化收缩
大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。
混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有任何规律。
二、混凝土收缩与开裂的关系
湿度梯度、温度梯度、结构过载和化学因素,通常产生0.1~1mm的裂缝。一般由于干燥和冷却时产生的收缩应变,导致早期开裂。在一定的温度、湿度情况下,当处于硬化阶段的混凝土则会产生温度收缩、干燥收缩以及自生收缩。环境的温度、湿度、构件尺寸、混凝土的温度、混凝土所用原材料特性以及拌和物的配合比等,对不同的收缩有着不同的影响力。
混凝土的收缩是导致其自身开裂的最主要原因,是材料开裂的导火线。可见,研究收缩的意义,并不仅仅在于收缩值的大小,主要还包括收缩对混凝土开裂趋势的影响,但也不能忽视其他影响混凝土开裂的因素,例如混凝土的徐变、弹性模量、抗拉强度以及断裂韧性等。
混凝土的收缩和徐变对混凝土开裂的综合影响可以用图4表示。
由上述分析可知,在混凝土结构受限时,由于收缩应变所诱发的弹性拉伸应力,与由于徐变应变所导致的松弛应力之间的相互关系,是多数混凝土结构变形与开裂的核心所在。显然,为了使混凝上结构具有最小的开裂危险,那么就要求材料具有较低的弹性模量。这样就会使得一定收缩量所引起的弹性拉应力较小,也就具有高的抗拉强度,以使得拉应力超过材料的抗拉强度而使材料开裂的危险减小;同时,要求材料具有较高的断裂韧性,以使得微裂纹的扩展变得困难。但是,仅仅从纯理论角度,来考虑实际的混凝上的工艺,是有相当的困难的。例如,增加混凝土配合比中骨料的用量,将会减小混凝土的干燥收缩,但同时又会增加材料的弹性模量及减小材料的徐变能力;而增加混凝土中的水泥用量,可提高材料的抗拉强度,但同时也会使材料干燥收缩变大,徐变能力减小,不利于提高材料的抗裂能力。
纵观上述影响混凝土开裂的各种因素可知,收缩在混凝土的开裂中,处于举足轻重的地位。但是也不能忽视弹性模量和徐变等其它因素对开裂的影响。应对混凝土的收缩开裂进行综合分析。
三、高强混凝土收缩开裂的抑制措施
1、高强混凝土自生收缩的抑制措施
引起高强混凝土收缩开裂的主要原因是自生收缩。因此,抑制高强混凝土的自生收缩可采取下列几种办法。①使用高C2S和低C3A或C4AF的硅酸盐水泥;②要尽量避免使用高细度的水泥和矿渣;③参入适量的粉煤灰等矿物掺合料;④选用高弹性模量的骨料配制高强混凝土;⑤掺入纤维来抑制高强混凝土的自收缩;⑥掺加膨胀剂、减缩剂等外加剂;⑦将轻质材料浸水饱和后,作为骨料掺入到高强混凝土中,通过“自养护”来抑制收缩。
2、高强混凝土收缩开裂的抑制措施
高强混凝土的收缩开裂明显大于普通混凝土,且与其所使用的矿物掺合料有着紧密的关系。为了改善高强混凝土易于收缩开裂的缺点,可以从两个方面进行。一方面是通过优化原材料性能及配合比,从混凝土材料本身来克服其收缩开裂大的缺陷;另一方面,可以采取“复合”的手段,通过掺加纤维等物质来提高混凝土的抗裂性。
结束语
针对收缩引起的开裂问题的原因分析与研究,本文从纤维增强、膨胀剂补偿收缩及减缩剂减小收缩三个方面,初步概括出提高高强混凝土抗收缩开裂能力的措施。⑴可以掺入有较大的弹性模量和较好的粘接的钢纤维,这样可以有效的阻止混凝土中裂纹的产生和扩展,降低高强混凝土的收缩开裂趋势;⑵在高强混凝土中,掺入适量的膨胀剂,能明显地提高高强混凝土早期抗收缩开裂的能力;⑶掺入适量的减水剂在高强混凝土中,可以降低高强混凝土在龄期内的收缩量,也就可以显著地降低高强混凝土的收缩开裂趋势。
参考文献
[1]张凤臣.高性能混凝土的收缩和应用研究[J].兰州理工大学硕士学位论文[D],2005,5.
[2]周双喜.混凝土的自收缩机理及抑制措施[J].华东交通大学学报.2007(5).
[3]庄其昌,裂缝对混凝土耐久性影响研究[D],青岛:青岛理工大学,2010.
[4]柴鹏,混凝土裂缝自愈合影响因素研究[D],武汉:长江科学院,2011.
关键词:轻骨料混凝土,历史,性质
一、轻骨料混凝土的历史
轻骨料混凝土( 又名轻集料混凝土,Light weight AggregateConcrete) 是指轻粗骨料、轻细骨料(或普通砂)、水泥和水, 必要时加入化学外加剂的矿物合料配制而成, 并且在标准养护条件下,28d 龄期的干表观密度小于1950kg/m的混凝土。。
人造轻骨料最早使用在1920年左右。SJ海德是最初运用回转窑烧制膨胀黏土轻骨料,1928年,美国开始把这种方法用于商业生产。西欧在二战后才开始有了轻骨料的生产,美国和前苏联因缺少天然的普通骨料,大量生产和使用了人造轻骨料,使轻骨料混凝土在这两个国家得到飞速发展,但轻骨料混凝土长期一直被当作非结构材料使用,应用范围受到很大限制。自20世60年代中期,美国采用轻骨料混凝土取代普通混凝土,修建了休斯敦贝壳广场大厦并取得了显著的技术经济效益。如今,国外发达国家高性能轻骨料混凝土的应用已取得丰富经验。CL50一CL6O轻骨料混凝土己在工程中大量使用,结构轻骨料混凝土的抗压强度最高为80MPa,其表观密度1800~2000kg/m之间。
20世纪90年代初期, 挪威、日本等国研究了高性能轻骨料混凝土的配方、生产工艺、高性能轻骨料等,重点在于改善混凝土的工作性和耐久性,并取得了一定的成果。如英国采用高强轻骨料混凝土建造了北海石油平台;挪威应用CL60级轻骨料混凝土建造了世界上跨度最大的悬臂桥;日本则成立了一个由18家公司组成的高强轻骨料混凝土研究委员会,专门研究粉煤灰轻骨料混凝土。挪威自1987年以来,已应用高性能轻骨料混凝土建了11座桥梁。
二、轻骨料混凝土的优良特性
轻骨料混凝土的强度等级用CL表示。强度等级达到CL30及以上者称为高强轻骨料混凝土一般来说,高强轻骨料混凝土有如下优点:
(1)轻质高强:顾名思义,轻骨料混凝土采用轻骨料代替普通沙石材料,可以使得混凝土构件在承载力相同的条件下,减轻自重达20 %~40 %。这样的优势,为设计施工提供了很大的方便。
(2)抗震性能好:由于地震力和上部结构的自重成正比,因此,当结构采用轻骨料混凝土后,自重会明显的下降,也就降低了地震力,减少了地震对结构的作用,提升了结构的抗震性能。同时,由于轻骨料混凝土的弹性模量比同等级的普通混凝土低,结构的自振周期将变长,对冲击能量的吸收快,变形能力增强,不容易遭受外力的破坏。
(3)抗裂性好:由于轻骨料混凝土相比普通混凝土有较小的热膨胀系数和弹性模量,导致冷缩和干缩作用引起的拉应力小与普通混凝土材料,这样的表现就导致了轻骨料混凝土构件的抗裂性能优于普通混凝土,这对改善结构的耐久性,延长结构的使用寿命是非常有利的,并有助于降低结构在使用期间的维护费用。
(4)耐久性好:使用轻骨料能有效避免混凝土的碱集料反应问题,延长结构的使用寿命。同时由于轻骨料混凝土的骨料—基材界面粘结牢固,具有一定的自养护功能和水泥砂浆品相的质量相对较好等因素,轻骨料混凝土抗有害介质侵入的能力也相对较强。
(5)耐火性好:由于轻骨料混凝土采用的是粉煤灰,煤矸石等骨料,而这些骨料都经历高温历练,有良好的耐火性能,使得轻骨料混凝土热工性能好,用以建造的建筑和结构的耐火性能好。一般建筑物发生火灾时,普通混凝土耐火1h,而轻骨料混凝土可耐火4h.
(6)综合技术经济效益好:轻骨料混凝土的骨料通通常来自工业废渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等,可降低混凝土的生产成本,并变废为用,减少占用农田,减轻环境污染,具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。
三、轻骨料混凝土的缺点和发展前景
(1)轻骨料性能的完善:如今的亲故料混凝土虽然具有上述轻质、高强、耐久性好等优点。但研究表明,高性能轻骨料混凝土的拉压比要小于相同强度等级的普通混凝土,且随着强度的提高,其脆性相应增大,脆性问题使得高强材料的优越性得不到充分发挥、限制了其在工程中的应用。因此,如何提高高性能轻骨料混凝土的韧性、提高其拉压比,同时又能保持其轻质高强的特点,成为当前高性能轻骨料混凝土研究和应用中迫切需要解决的问题之一。
(2)轻骨料生产工艺和设备的更新:目前轻骨料混凝土配制过程中存在如下问题: ①为降低轻骨料的吸水率 ,改善新拌轻骨料混凝土的工作性 ,普遍在其表面涂蜡、 聚苯乙烯乳液等防水材料或施工前预湿轻骨料。 这些做法降低轻骨料混凝土的力学性能或降低其抗冻耐久性 ,并使生产制作变得复杂; ②在大的初始坍落度时 ,轻骨料易上浮离析 ,采用振捣施工时尤为突出 ,使硬化后混凝土的均质性差 ,耐久性下降 ,并降低其力学性能; ③提高水泥掺量 ,虽能改善新拌混凝土的工作性 ,但增大了轻骨料混凝土的收缩裂缝和温度裂缝引起的危害 ,降低混凝土的耐久性 ,同时又增加工程造价。 因此 ,工程结构迫切需要制作简单、 工作性好、 能免振捣自密实施工、 硬化后质量好、 体积稳定性好、 高耐久、 经济的高性能轻骨料混凝土。。
(3)已有发展:①轻骨料品种的结构组成有较大变化:如今以粉煤灰、尾矿粉和河川污泥为主要原料的绿色轻骨料正在大量推广应用。②轻骨料混凝土及其应用技术的迅速发展: CL40以上的高强性能陶粒混凝土的广泛应用以及轻骨料混凝土泵送施工的普及。③轻骨料生产工艺设备的更新:原材料的微米磨细技术和无胶结料陶粒成球技术得到推广应用,破碎型粒的破碎新技术的广泛应用以及利用化学工业废料加工成的节能燃料的成功开发。
四、总结
轻骨料混凝土的开发和利用,为混凝土的发展和变革添了重要的一笔。。相比普通混凝土,轻骨料混凝土的优异性能使得混凝土的应用领域更为广阔。但轻骨料混凝土也存在着一些缺陷,对于这些缺陷,目前人们的主要解决办法在于添加相应的纤维材料和高聚物等,以提高韧性和其他性能。但是这些还是没有很好的解决轻骨料混凝土存在的问题,还有待于研究。
参考文献
【1】李强.浅析轻骨料混凝土的发展(论文),内蒙古电力堪测设计院,2009.
【2】 郑立,姚道稳.新型墙体材料技术读本.北京:化学工业出版社,2005.
【3】 胡署光,王发洲.轻集料混凝土.北京:化学工业出版社,2006.
【4】王发洲.高性能轻骨料混凝土研究与应用:(博士学位论文).武汉理工大学,2003.
【5】龚洛书,柳春圃.轻集料混凝土[M].北京:中国铁道出版社。1996.
【关键词】高强钢骨混凝土;应用与发展;桥梁工程 三向应力
1. 高强钢骨混凝土综述
HSRC结构是在钢筋混凝土内部埋置型钢或焊接钢构件,并使钢骨与混凝土组合成为一个整体共同工作,而形成的一种组合结构。其特点如下:
图1 高强混凝土箱梁
图2 PCI研究用T梁(1)与钢筋混凝土结构相比,由于配置了钢骨,使构件的承载力大大提高,从而有效的减小了梁柱截面尺寸,尤其是抗剪承载力提高、延性加大,显著改善了抗震性能。
(2)与钢结构相比,钢骨高强混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,提高构件的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。同时,外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。
(3)钢骨高强混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼,有利于控制结构的变形和振动。
钢骨高强混凝土充分发挥了钢与混凝土两种材料的优点,在桥梁工程中得到了广泛的应用,但到目前为止,国内外对其研究的成果多集中于构件的强度、刚度等方面,在施工方面经验不多,可供参考的资料很少。而施工现场的施工质量又严重影响着这种组合结构性能的充分发挥。笔者结合试验过程及具体的工程实践提出确保钢骨高强混凝土桥梁抗震延性的施工质量控制措施。
2. 典型高强钢骨混凝土桥工艺参数分析
苏州建园建设工程顾问有限公司以苏州地区典型桥梁做研究。高新区寒山桥是此研究工程项目之一。此桥的特殊之处是东西两侧分别采用强度为70~100N/平方毫米高强钢骨混凝土梁(图1)和强度为35~40N/平方毫米T梁(图2)。对不同混凝土进行造价比较。经比较,对于常规混凝土跨径37m的梁,当采用高强钢骨混凝土时跨径可达44m。
图3 最优造价曲线 高强钢骨混凝土具有较高的强度,因此可加大跨径或当跨径不变时可采用较小的梁高。同时,高强钢骨混凝土抗渗能力较强,因而氯化物的渗入可减少一半,从而提高结构的耐久性。在桥梁结构中采用高强钢骨混凝土,效果十分明显。苏州建园建设工程顾问有限公司对常用的预应力混凝土梁进行优化设计。进行经费用户效益分析如(图3), 对于图3所示的曲线分三部分讨论:
2.1 针对跨径小于27.4m的梁。此类梁的控制条件为预加应力阶段的初始预应力。由于预加应力阶段的恒载长久起作用,对于所述跨径采用高胆混凝土无实际意义。
2.2 针对跨径27.4~30.5m,混凝土强度41~55MPa和跨径27.4~33.5m,混凝土强度≥55MPa的情况。由于采用高强钢骨混凝土,梁距可以加大。在此范围存在着梁距加大带来的节约及由此引起单位桥面费用增加的平衡点。
2.3 针对跨径大于30.5m,混凝土强度在41~55MPa和跨径大于33.5m,混凝土强度大于55MPa的情况。这个范围代表了所分析断面高强钢骨混凝土的最优效益。图3还反映出:
(1)随着梁混凝土强度的递增,最优造价曲线右移。这意味着在单位造价不增加的情况下,梁的跨径增大了。
(2)梁混凝土强度超过 69MPa效益减小心高强钢骨混凝土用于较小跨径时无明显效益。
近些年来,苏州市交通局和苏州建园建设工程顾问有限公司对采用高效预应力高强钢骨混凝土在桥梁工程中的应用进行了较为深入的研究。以图4断面为例,由表1可以看出,苏州地区采用高性能混凝土空心板较普通PC空心板可节省混凝土 35%以上,可节省钢铰线15%以上,在16~30m跨径范围内,材料费用节省20%。因此对于公路桥梁工程中大量使用的空心板采用高性能混凝土井进行优化设计,其经济效益十分可观。
图4 L=16m中板优化断面
图5 焊接顺序 3. 提高钢骨高强钢骨混凝土质量的施工措施
施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥,笔者结合工程的调查分析对组合结构中钢骨柱施工质量的缺陷及原因进行分析, 结果显示钢骨高强钢骨混凝土柱施工质量缺陷主要表现在焊接质量差、H 型钢柱不垂直、纵向产生弯曲、钢牛腿标高出现偏差四个方面。其中焊接质量差、H 型钢柱不垂直,是影响钢骨高强钢骨混凝土柱延性的主要原因。为此我们提出如下改进工艺:
3.1 提高焊接质量的施工工艺措施。
(1)焊接前应先进行工艺试验,以取得最佳工艺系数,达到工艺合格、质量可靠和降低成本的目的。
(2)在焊接时改手工焊为采用ZXGI000R自动埋弧焊机,焊接时在其焊缝的两端配置引入板、引出板,做到引入板、引出板与被焊件的坡口形式相同,其长度大于60 mm ,宽度大于50 mm ,焊缝引入、引出的长度大于25 mm ,焊缝焊接完毕后用气割割除,并修磨平整。
(3)焊接时在专用的焊接胎膜上作全自动埋弧焊,按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工,减少焊接变形。焊接顺序见图5 。
(4)施焊时,每条焊缝原则上要连续操作完成,不得不在T 字口和构件边缘停弧或换焊条时,施焊后的焊缝应立即覆盖岩棉材料给予保温,延长焊件降温时间。
(5)配置超声波探伤人员跟班检查焊接质量,不合格者应及时返修。
3.2 减少焊接变形的方法。
(1) 采用拼装模架将H 型、十字型钢板拼装成型,拼装模架如图6所示。
图6 拼装模架(2)拼装后的几何尺寸经检验合格后进行定位点焊,定位点焊的焊缝长度为60 mm ,焊缝的间隔为200 mm ,焊缝高度为6 mm。
(3)对埋弧焊电流、电压、焊接速度参数进行监控,电流:600 A~650 A ,电弧电压:35 V~38 V ,焊接速度: 0. 42 m/ min。
(4)为防止受热不均匀造成过大变形,施焊前应进行预热,预热区域应在焊缝的两侧各100 mm ,使其产生相应的反变形。
(5)划线下料应考虑焊接收缩量,以满足组焊成型后设计尺寸,使吊装就位后保证柱顶、孔眼标高一致。
4. 结论与建议
(1)钢骨高强钢骨混凝土组合结构是钢与混凝土的优点结合,是建造高层与大跨度结构较好的途径,在我国具有广阔的前景, 施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥,探讨它的施工方法和施工工艺具有深远的意义。
(2)采用高强钢骨混凝土梁板断面高度可以降低,从而较少工程投资,这对于新建和重建桥梁均具有重要意义。
参考文献
[1] “高强钢骨混凝土的研究及应用” 谢剑学 甘肃工业大学硕士研究生毕业论文,2000.
关键词:钢纤维;高性能混凝土材料;影响
中图分类号:TV331文献标识码: A
钢纤维混凝土是一种新型的多相复合材料,它在工程领域特别是建筑领域里得到广泛的应用。 钢纤维对高性能混凝土的工作性、劈裂抗拉强度和以及心抗拉强度等都有影响。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。
一、钢纤维的主要性能
1、钢纤维的高强硬度
无论哪一种加工方法制造的钢纤维,在加工过程中都遇到高热和急剧冷却,相当于淬火状态。因此钢纤维的表面硬度都较高。用于混凝土补强进行搅拌时很少发生弯曲现象。如果钢纤维过硬过脆,搅拌时也易折断,影响增强效果。
2、变性处理改善力学性能
钢纤维按其制造方式分为切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维和熔抽钢纤维四种。钢纤维抗拉强度高,但与水泥沙浆的界面粘结性较差。对钢纤维外表进行变形处置,制成外表有刻痕的末端带钩的波纹形的钢纤维,或者圆截面与扁平截面交替的呈规律性变化的钢纤维可以改善其力学性能。
3、耐腐蚀性
关于钢纤维混凝土耐腐蚀试验的介绍可知,开裂的钢纤维混凝土构件在潮湿的环境中,裂缝处的混凝土碳化,碳化区的钢纤维锈蚀,碳化深度和锈蚀程度随时间增长而发展,对钢纤维混凝土来说,主要是利用裂后弧度和裂后韧性,虽然裂缝宽度比钢筋混凝土小,但是终究是有裂缝的,故此应对在潮湿环境中,特别是在海滨使用的钢纤维混凝土采取防防锈蚀措施. 试脸证明,在保证钢纤维混凝土构件具有同等承载能力的前提下,采用直径较大的钢纤维,能提高耐腐蚀性, 采用涂复环氧树脂或镀锌的钢纤维,将能提高耐腐蚀性,如果施工工艺许可的话,可只在混凝土表层1-2cm采用这种钢纤维,必要时也可以采用不诱钢纤维。
4、钢纤维能够增强机理
钢纤维混凝土增强机理的研究在理论上有两种定义:一是复合力学理论,二是纤维间距理论。从不同角度出发,两种理论分别解释了钢纤维的增强作用,其最终结果是相同的。
①钢纤维的复合力学理论
在复合力学理论中,钢纤维混凝土被看成是一种纤维强化作用体系。钢纤维混凝土的应力、弹性模量和强度是根据混合原理推算而出的。根据纤维在钢纤维基体中的分布与取向引入纤维方向系数,正确选择纤维方向系数是取决纤维增强效果的主要因素之一。
②钢纤维的纤维间距理论
在钢纤维间距理论中,是根据线弹性断裂力学原理来解释钢纤维对混凝土裂缝的产生或抑制的作用。混凝土是一种脆性材料,要想增强其抗拉强度,而多方向加入钢纤维后,使钢纤维与混凝土裂缝两边之间的粘应力对裂缝混凝土的扩展有抑制作用。
二、钢纤维对高强混凝土弯曲性能的影响
纤维高强混凝土是纤维与高强混凝土的有机结合,它合理利用了两种材料各自的特点,是一种较为理想的高性能混凝土。随着新型结构形式及特殊环境对混凝土材料提出的更高要求,纤维高强混凝土被逐渐应用于实际工程。
当钢纤维混凝土强度一致时,它的极限强度和抗弯强度大小与纤维体积的变化有关, 一 般来说,弯曲荷载和挠度曲线随着钢纤维的体积分数的的大小而发生变化,而达到峰值荷载的 变形能力也在陆续增加,在荷载-挠度曲线的下降段由陡直渐趋平缓而能够继续承受较大的荷 载时,即呈现出大的持荷变形的能力,那么,钢纤维混凝土产生的破坏形态由脆性破坏转为韧性破坏。
三、钢纤维对高强混凝土强度的影响
为使钢纤维混凝土具有良好的力学性能,要求钢纤维具有一定的抗拉强度。改进和优化钢纤维的外形对提高钢纤维对混凝土的增强效应具有十分明显的作用。为了从根本上改善混凝土这种优良建筑材料在阻裂和延性等方面的先天不足,在混凝土中掺入乱向分布,弹 性模量较高的短细钢纤维是改善混凝土性能的有效措施。 钢纤维高强混凝土是在高强混凝土基体中掺入适量钢纤维和外加剂所形成的一种混凝土复合材料,它兼具高强混凝土的高强度和普通钢纤维混凝土的延性和韧性好的特征。
钢纤维的掺入改变了高强混凝土的破坏形态,使脆性材料表现出延性性能,扩大了混凝土的应用范围。钢纤维对高强混凝土的力学性能的改善存在一个最佳掺量范围,钢纤维体积率为2.0%时,对钢纤维高强混凝土的增强效果最显着。随着混凝土强度等级的提高,高强混凝土和钢纤维高强混凝土的抗拉强度均有提高。
四、钢纤维对高强混凝土抗剪韧性的影响
1、钢纤维自密实高性能混凝土
钢纤维自密实高性能混凝土是具有高工作度和高韧性的结构材料。钢纤维对钢筋钢纤维自密实混凝土梁的剪切初裂荷载、裂缝宽度扩展、剪切破坏形态、箍筋应变、荷载-挠度曲线、极限承载能力和抗剪韧性都有影响。钢纤维可改善混凝土基体的抗剪强度,显著提高基体的剪切韧性;随着纤维掺量增加,钢纤维对自密实高性能混凝土的增强增韧效果也相应增加。
2、钢纤维对高强混凝土抗剪韧性的影响
抗剪强度和剪切韧性是梁、板、柱等构件受力分析的重要参数。当钢纤维掺量增加时,通过微调高效减水剂用量可以得到满足工作度要求的钢纤维自密实高性能混凝土。
由于钢纤维自身的特性,对钢纤维混凝土有着一定的抗剪强度。钢纤维的自身特性主要包括钢纤维的类型、形状、长径比以及自身强度等等。
在钢纤维抗剪破坏的过程中,钢纤维会对混凝土的抗剪强度有明显的影响,因此截面刚度和等效直径对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响变得更加显著。钢纤维的截面刚度和自身强度都比较高,另外铣削型纤维与基体的粘结非常牢固。再加上该纤维的两端有弯钩,都使铣削型钢纤维能大大提高混凝土的抗剪强度。
对钢纤维混凝土抗剪强度的影响主要取决于钢纤维的横断面性质。还包括钢纤维的其他自身性质,如钢纤维的自身长度或两端的变形、纤维自身强度、纤维表面的粗糙程度的变化也会 引起钢纤维混凝土的抗剪强度的变化。随着钢纤维体积掺率的增加,钢纤维混凝土的抗剪强度 逐步增高。但在混凝土基体强度较高时,提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用反而减弱。
结束语
在复合材料中,钢纤维增强混凝土是近年来迅速发展的一种新兴的建筑材料,在建筑业发展历史上它是一个必然的科学研究成果。目前在工程领域特别是建筑领域里得到广泛的应用。
参考文献
[1] 高俊峰,邱洪兴,蒋永生.钢纤维高强混凝土牛腿计算方法的探讨[A]. 纤维水泥与纤维混凝土全国第四届学术会议论文集(一)[C]. 1992