《高性能混凝土配合比设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高性能混凝土配合比设计.docx（12页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、2.1 主要原材料及梁的制作2.1.1 主要原材料水泥：由祁连山水泥有限公司生产，混凝土配合比为C30时，采用P.O42.5水泥；混凝土配合比为C50C60时采用P.52.5水泥；其主要物理力学性能见表2.1；表2.1水泥物理力学性能型号细度/%比表面/m?KgT标准稠度需水量/%凝结时间抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝凝3d28d3d28dP.II52.50.8412251:352:265.69.326.857.0P.042.50.5348262:253:405.57.621.648.3粉煤灰：青海桥头铝电股份有限公司生产的I级粉煤灰，细度9.0%；硅灰：青海蓝天环保科技有限公司生产，S
2、iCh含量90.51%,比表面积26200m2kg;矿渣：西宁特殊钢股份有限公司生产的S95级矿渣，比表面积为430m2kg;砂：河砂，细度模数2.65；石子：花岗岩碎石，最大粒径20mm,表观密度2780kgm3,堆积密度1530kgm空隙率41%,含泥量0.8%,针片状颗粒含量2.6%,压碎指标8.2%,基本属于520连续级配。SO42-含量os%,CI-含量0.0057%。阻锈剂：亚硝酸钙型，含固量30%；减水剂：PJ-FDN聚峻酸高效减水剂；AAR抑制剂：南航经过两年试验确定的专用AAR抑制剂，其有效掺量为胶凝材料总量的0.9%；引气剂：采用西宁杨建防水外加剂有限公司产品，液体，主要成
3、分松香热聚物，推荐掺量1.5%o水：本试验成型过程中所用水为自来水，符合国家标准。2.1.2 高性能混凝土配合比设计2.1.2.1 高性能混凝土配合比设计原理根据课题组前期研究基础和技术论证，参考刘成奎等网对混凝土结构抗AAR一氯离子扩散的耦合作用性能研究中混凝土配合比设计的计算方窠，本次研究中共制定了4种配合比的混凝土,即Ca30、Ca50、Ca50zCa60zo其中“a”表示混凝土中添加了引气剂，“z”表示钢筋表面涂了阻锈剂。根据项目要求，本次混凝土配合比按照水胶比与用水量控制设计。设计原理根据普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2011规定进行设计5叫(1)按(2-1)式计算配置强度并求
4、出每个配比混凝土相应的水灰比Jg=f*(2.1)式中：心Jo混凝土配置强度，MPa；设计的混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；一概率度；1.混凝土强度标准差，MPa0根据混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2011)的和普通混凝土配合比设计规程JGJ55-201155的规定：JQfz+1645。(2-2)即在(2-2)式中，混凝土强度保证率为95%时，对应仁一1.645；混凝土强度等级NC35时，混凝土强度标准差0=6.0。(2)确定水灰比(w/C)C60级以下混凝土的强度时由水灰比定则确定的。水灰比定则中的公式(23)计算：式中：w/C一水灰比；afl,ah一回归系数，采用碎石时
5、%=0.46,h=0.07；一水泥实际强度，MPao(3)最小用水量法则In?混凝土的用水量(Wo)按(2-4)式估算：Wq=(T+T)(2-4)式中：WoIn?混凝土用水量，kg；T混凝土拌合物坍落度值，cm；K系数，取决于骨料种类与最大粒径。T、K按照普通混凝土配合比设计规程JGJ55-201155中相关规定取值。（4）计算混凝土的单位水泥用量（Co）根据己经算出的水灰比（Mc）和单位混凝土用水量（W。），按（25）式计算混凝土的单位水泥用量（C。）：G=?X%（2-5）（5）选取合理的砂率值（SP）具体的砂率值（Sp）结合工程实际与混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2011
6、）,56普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）唐）来确定。（6）计算粗骨料（Go）、细骨料（So）的用量按照绝对体积法定则，假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气的体积之总和。因此在计算InP混凝土拌合物的各材料用量时，可按式（2-6）列出：&+a+i+L+IOa=100OL=Im3（2-6）根据已知的砂率可列出（2-7）式：条X100%=5州（2-7）*式（26）、（2-7）中：C）-Im3混凝土的水泥用量，kg；Ga-Im3混凝土的粗骨料用量，kg；5In?混凝土的细骨料用量，kg；WoIn?混凝土的用水量，kg；pc水泥密度，g/cm3；Py粗骨料
7、近似密度，g/cm3；0“一细骨料近似密度，gcm3;pw水的的密度，g/cm3；-混凝土含气量百分数（），在不使用引气型外加剂时，可取为1；Sp砂率，%o由2-6、2-7两个关系式求出粗骨料的用量。2.122高性能混凝土配合比的确定根据以上计算方法得到Ca30、Ca50Ca50zCa60z混凝土配合比，具体混凝土配合比见表2.2。混凝土28天立方体抗压强度、棱柱体抗折强度见表2.3。混凝土标号单位立方混凝土的材料用量kg-m3总胶水2材泥J矿渣硅砂灰石子阻锈剂减水剂引气剂AAR抑制剂水Ca303403407341207177Ca50500325751007411159100.254.5150
8、Ca50z5003256010015741115933.011.00.254.5150Ca60z5363228011816739115533.013.40.274.8150表2.24种混凝土配合比表2.3混凝土28天立方体抗压强度、棱柱体抗折强度混凝土抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）标号3d7d28d28dCa305.513.032.43.0Ca5019.445.169.47.3Ca50z21.841.150.66.3Ca60z14.440.661.86.42.1.3梁的制作2.1.3.1试验梁尺寸设计及编号（1）梁体尺寸在无卤水腐蚀下制作8片T形梁，30片矩形梁。梁体编号及尺寸见表2.4
9、,T形、矩形梁截面示意见图2.1。表2.4梁体编号及尺寸截面bh试验梁类型试验梁编号长（mm）（mmmm）T形梁（L）见图2. 1(a)2000矩形梁（L）93885 XlOO (b)500图2.1T形、矩形梁截面设计依据：实际工程中梁的截面高度h一般大于梁宽b。根据钢筋混凝土结构设计原理截面形式与尺寸，正截面受弯承载力的计算，并参考普通钢筋混凝土梁高跨度比等，在满足适筋梁条件下，同时还要考虑疲劳试验机的加载能力，具体包括：加载平台空间、加载荷载大小及加载频率（避免加载过程中出现共振现象）。设计的单T形梁，取梁截面高h=3（X）mm,肋宽b=200mm,翼缘厚b=90mm,翼缘宽度hf=4（X
10、）mm,梁长度L=2000mm,共8根。在矩形截面梁在设计时，除了考虑上述因素，还要考虑梁的数量，对试验经费的要求；因此选择设计梁长L=500mm,梁高h=100mm,梁宽b=85mm的矩形梁30根。（2）材料选定T形梁受拉钢筋采用HRB335（二级）螺纹钢筋，其余钢筋均采用HPB235（一级）光圆钢筋；矩形梁钢筋均采用HPB235（一级）光圆钢筋。各标号混凝土梁编号见表2.5O表2.5混凝土梁编号混凝土标号Ca30Ca50Ca50zCa60梁编号（L）7、89155、616233、424301、23138（3）配筋形式试验梁的配筋：LIL8号T形梁具有相同的配筋形式，如图2.2所示；L9L3
11、8号梁只在梁体下部配置两根受拉钢筋，如图2.3所示。图2.2单“T”形梁配筋图混激I.试俏近而图 603023 6D3cs I图2.3矩形梁配筋图配筋图（1）卤水腐蚀下梁的编号卤水腐蚀下的梁与上述矩形梁完全相同，不同腐蚀条件下的梁编号见下表2.6o共制作52根梁，不同腐蚀疲劳下每个配合比6根梁，其中2根备用；静载试验梁共4根。其中JL表示静载试验梁，CL表示卤水腐蚀+无电流+抗弯疲劳试验梁，DL表示卤水腐蚀+杂散电流+抗弯疲劳试验梁。表2.6卤水腐蚀下梁的编号混凝土标号Ca30Ca50Ca50zCa60梁编号(JL)1234梁编号14,58,91213-16(CL)17、1819、2021、2
12、223、24梁编号14,58,91213-16(DL)17、1819、2021、2223、242.1.3.2试验梁的浇筑根据本次研究试验实际情况，首先对每个配合比均进行实验室试配，对各混凝土配合比进行了优化和调整。然后在商碎站统一进行浇筑试件，见图2.4。(b)钢筋的打磨(a)实验室配合比试配(c) T形梁应变片粘贴及导线连接(d)矩形梁应变片粘贴及导线连接(e) T形梁浇筑(f) T形梁抹面(g)矩形梁浇筑(h)课题组人员合影图2.4混凝土试件制作过程2.2疲劳试验方法2.2.1 试验设备疲劳试验机：PLS型I(X)OKN结构疲劳试验机；TMF-5T型混凝土疲劳试验加载仪；应变仪：CML-I
13、H型应变&力综合测试仪；电阻应变计：BQ120-80AA型混凝土应变计；导线：普通铜线；百分表：量程10mm；裂缝探测仪：MGlOo85-1AlOOX读数显微镜；PS605D直流电源：模拟杂散电流。钢筋拉伸设备：深圳万测试验设备有限公司生产的万测试验机；钢筋酸洗：浓度12%稀盐酸。（1）无卤水环境的工况分别为：工况一：静载；工况二：抗弯疲劳（矩形梁0.20.60Mu）（T形梁0.430.63Mu）;工况三：水环境+杂散电流+抗弯疲劳1（0.20.8Mu）;工况四：水环境+杂散电流+抗弯疲劳2（0.20.65Mu）;工况五：水环境+杂散电流+抗弯疲劳3（0.20.45Mu）;工况六：备用。1.1
14、L8号梁按四种配比分类分别进行工况二与工况三的加载、L9L38号梁按四种配比分类分别进行工况一至工况六加载，具体加载方式见下表2.7o表2.7加载工况试验二三四五六工况1、32、45、76、81415、试验梁2123、编号L9、1610、1711、1812、1913、202930、24、3125、3226、3327、3428、353638（2）卤水环境下的工况分别为：工况一：静载；(0.35Mu);(0.50Mu);(0.65Mu);(0.80Mu);工况二：卤水环境+有无电流+抗弯疲劳工况三：卤水环境+有无电流+抗弯疲劳工况四：卤水环境+有无电流+抗弯疲劳工况五：卤水环境+有无电流+抗弯疲劳
15、工况六：备用。卤水环境下梁的加载工况见表2.8o其中C代表卤水腐蚀+无电流+抗弯疲劳的耦合情况，D代表卤水腐蚀+杂散电流+抗弯疲劳的耦合情况。表2.8卤水环境下梁的加载工况试验六二四五工况试验梁JLl41、5、9、2、6、10、3、7、11、4、8、12、17-24编号CL13141516试验梁1、5、9、2、6、10、3、7、11、4、8、12、17-24编号DL131415162.2.3测点布置在钢筋笼及梁体混凝土表面布置应变片，钢筋应变片布置在18号梁体支座截面、L/4截面及跨中截面受压、受拉钢筋处；938号梁的跨中截面受拉钢筋处。混凝土应变片布置在梁体侧面上下表面跨中位置，距上下边缘5
16、mm位置。2.2.4 试验加载（1）加载装置静载试验在疲劳试验机上完成。疲劳试验，试验装置由加载架、疲劳试验机、分配梁、支座组成。无卤水情况下的静荷载和疲劳荷载加载使用天水红山试验机厂生产的100OKN电液伺服疲劳试验机。疲劳试验机由控制系统，油压系统和100OKN伺服作动器组成。试验中将作动器压头与分配梁接触实现对试验梁的弯曲加载。分配梁采用H型钢，并加焊加劲肋以保证其强度和刚度满足要求。支座由两根热轧无缝钢管加焊正方形端板组成，两个支座钢管的底部与一个大型钢板焊接，大型钢板通过地脚螺栓与试验室地板连接以确保疲劳加载时支座的稳固。有卤水情况采用TMF-5T型混凝土疲劳试验加载仪加载。（2）加
17、载方式PLS型100OKN结构疲劳试验机采用等幅正弦波加载方式。考虑到试件较大,如果疲劳加载频率过大则会使振动幅度过大，同时还要保持一定的频率以防止低频蠕变疲劳影响。所以本试验的加载频率选定为5Hz,TMF-5T型混凝土疲劳试验加载仪荷载频率为0.43Hzo2.2.5 试验流程2.2.5.1 试验梁制作（1）钢筋骨架的绑扎试验梁中的钢筋骨架委托施工单位进行人工绑扎以保证质量。（2）纵向受力钢筋应变片的粘贴在受力钢筋表面粘贴电阻应变片。粘贴前先用打磨机和砂纸将测点部位的钢筋表面打磨光滑，然后用丙酮将打磨过的钢筋表面擦拭干净，用502胶水将电阻应变片粘贴在钢筋表面，保证应变片与钢筋轴向平行。用电烙
18、铁将电阻应变片的导线与外部导线焊接起来,用融化的松香和石蜡将应变片保护好，并用纱布缠好,以免在浇筑混凝土时电阻应变片受潮而影响后期的测量。（3）模板的制作本试验试件浇筑时采用木质模板，以保证浇筑成型后的混凝土表面平整，尺寸标准。在制作模板是严格控制模板的尺寸以及侧模与底模的位置，因为这些因素直接影响着梁的尺寸。板与板用钉子牢靠连接，避免振捣时模板变形或解体，导致试件浇筑失败。然后将绑扎好的钢筋骨架放入模板中，保证钢筋骨架的底面与底模的上表面之间留有20mm的混凝土保护层厚度。（4）混凝土浇筑本试验混凝土由商混站提供，将搅拌好的混凝土倒入模板中，进行浇注。同时利用插入式振捣棒进行充分振捣。浇注和
19、振捣时应注意保护钢筋表面的电阻应变片及其导线。浇注梁的同时，制作9块尺寸为150mmX150mmX150mm混凝土立方体试块，与梁同期同条件养护，分别测其3天、7天、28天强度。（5）试件的养护试件浇注完成24小时后拆模。拆模后进行自然养护。养护期间注意对试件洒水以满足湿度要求。（6）应变片的粘贴使用502胶水粘贴钢筋应变片。使用改性丙烯酸脂粘剂（302AB胶）粘贴混凝土应变片。2.2.5.2 试验梁加载（1）静载试验每根试验梁在进行静载试验前都要做1到2次预加载，一般预加载值都不超过计算初裂荷载的70%,目的是为了消除试件与支座的接触不良，同时检验系统各仪器是否正常。然后进行正式加载，正式加
20、载前将力调整为零，此时平衡电阻应变仪，同时记录百分表初始数值。本次试验以每IKN为一级进行分级加载，每级加载完成暂停作动器5到10分钟，进行挠度、应变、裂缝等内容的测量。如此加载直至试验梁计算破坏破坏荷载80%时，降低加载速度，仔细观察试验梁的变化。加载至钢筋屈服后，转换为位移控制模式，缓慢加载。为保护加载设备,并且得到破坏形态，在钢筋屈服后待裂缝和挠度达到一定程度即停止加载，收起作动器压头，静载试验结束。（2）疲劳试验试验梁进行疲劳试验前同样要做1到2次的预加载。然后将荷载调整为零，平衡电阻应变仪，记录百分表初始数值。根据静载试验结果确定疲劳试验中荷载上限值，下限值和中间值。利用疲劳试验机静
21、载模式，将荷载加至疲劳荷载中间值。然后启动动载模式，进行疲劳加载。因本次试验需要记录试验进行到某些特定次数时的钢筋、混凝土应变。所以在试验进行到这些特定次数时要将疲劳机转换为静载模式。现以第一次的测量过程为例说明，疲劳循环荷载的第一次加载采用静载模式将荷载加至疲劳荷载上限值，暂停作动器，记录电阻应变仪数值，观察裂缝。然后卸载至零，记录电阻应变仪、百分表的读数，观察裂缝。得到第一次循环荷载测量结果。然后继续加动载进行疲劳试验，到前述特定次数后将疲劳机转换为静载模式，重复第一次加载时所做的记录工作。如此，直至试件破坏，疲劳试验结束，若循环荷载加至200万次梁仍未破坏，则认为在此应力水平下梁不会发生
22、疲劳破坏。(3)裂缝的观察裂缝的扩展情况可以很直观的反应试验梁的工作状态，所以裂缝的位置、扩展的高度、宽度等是重要的观测内容。本试验中裂缝位置，发展高度由钢尺进行测量，并按实际情况手绘于细格纸上。裂缝宽度借助MG10085-1A100X读数显微镜进行测量。对疲劳试验时的裂缝观测同样是在疲劳荷载达到前述特定次数后，荷载卸载为零和加载到极限荷载时进行测量。(4)疲劳加载次数的记录试验中疲劳次数由疲劳试验机自动记录，当加载次数达到所设置前述特定次数时，疲劳机会自动停止动载，这时利用静载模式进行加载以测量上述内容。试验梁破坏时的次数即为试验梁的疲劳寿命。特别地,若疲劳循环次数到达200万次后试验梁仍未破坏，则认为在此应力水平下此试验梁不会发生疲劳破坏，即可停止加载，试验结束。(5)破坏标志当试件达到承载能力极限状态时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达承载能力极限状态a.纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1/50。b.构件最大裂缝宽度达到1.5mm。
