小尺寸鋼筋混凝土梁模型的制做

摘 要:受到試驗儀器及試驗費用的限制，利用小尺寸鋼筋混凝土梁模型來代替鋼筋混凝土構件而進行各種性能研究是十分必要的。本文主要針對小尺寸鋼筋混凝土梁模型制作成型的可行性進行研究。首先根據實驗室模具設備設計鋼筋混凝土梁模型的尺寸，然后再根據實驗室的材料條件選擇小尺寸鋼筋混凝土梁模型制作所需的鋼筋及混凝土材料，最后進行混凝土模型梁的澆注及養護，并相應的混凝土強度試驗。試驗結果表明采用現有材料制作的小尺寸混凝土構件模型是可行的。

關鍵詞:鋼筋混凝土 小尺寸 模型 材料

中圖分類號:TU398文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0040-02

實驗模型的制作是實驗研究的前提和條件，但由于受到試驗儀器及試驗經費的限制，無法制作出與實際相符的鋼筋混凝土梁。因此，通過制作小尺寸鋼筋混凝土構件模型來為下一步的實驗研究是必要的。本文研究內容為全國大學生創新性試驗計劃項目《銹蝕鋼筋混凝土橋梁承載力性能的研究》的前期實驗，通過制作小尺寸鋼筋混凝土梁的模型，一方面為后期的力學性能的研究奠定了基礎，另一方面也為了分析實際施工操作與理論設計的誤差。

受實驗室儀器的限制(現有模具最大尺寸150mm×150mm×550mm)及試驗經費的限制，本文主要介紹C30混凝土的配置及和易性的評定，箍筋的制作及鋼筋籠的綁扎，混凝土的澆筑與養護以及混凝土強度的測試，并通過試驗結果來分析小尺寸鋼筋混凝土梁模型制作的可行性。

1 C30混凝土設計制作

混凝土設計強度等級為C30，混凝土坍落度要求為35～50cm，混凝土強度標準差σ=5Mpa；材料:(1)石子(花崗巖)的篩選:根據《混凝土結構工程施工及驗收規范》(GB50204-2002)規定，混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結構截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋間最小凈距的3/4。本實驗石子粒徑選取小于25mm。(2)石子表觀密度測定:用液體比重天平法測定石子的表觀密度，最后測定值為2.647 g/cm3。(3)砂表觀密度應用經驗值，2.525g/cm3。(4)水泥:52.5級普通硅酸鹽水泥(大鷹牌)，水泥密度:3.1g/cm3

計算步驟[1，2]:

1.1 確定混凝土配制強度(fcu，o)

(1)

1.2 確定水灰比(W/C)

(2)

查《土木工程材料》P145，表6-31，可取水灰比值為0.49

1.3 確定用水量

查《土木工程材料》P125，表6-25，對于最大粒徑為20mm的碎石混凝土當所需坍落度為35～50mm時，1m3混凝土用水量可選用mw0=195kg

1.4 計算水泥用量(mc0)

(3)

查《土木工程材料》P145，表6-31，可取mco=398kg

1.5 確定砂率(ρs)

查《土木工程材料》P127，表6-26，對于采用最大粒徑為20mm的碎石配制的混凝土，當水灰比為0.49時，其砂率值可選取βs=35%(采用插入法選定)

1.6 計算砂、石用量(mso，mgo)

用體積法計算，即

(4)

(5)

解此聯立方程，則得:mso=629.6kg，mgo=1169.3kg

1.7 寫出混凝土計算配合比

1m3混凝土各材料用量為:水泥398kg，水195kg，砂629.6kg，碎石1169.3kg，質量比表示即為:

水泥∶砂∶石=1∶1.58∶2.94， (6)

1.8 實際施工用料質量:

體積:V=0.03375m3=33.7513

實際體積:V=3813

混凝土各材料用量為:

水泥15.12kg，水7.41kg(7.41L)，砂23.92kg，碎石44.43kg

2 鋼筋籠的制作

2.1 箍筋的制作

操作過程:根據本實驗的尺寸要求，將每根直鋼筋量取所需距離并加以標記[3]，然后采用加工箍筋的實驗設備進行人工彎曲，彎曲成型后的箍筋如圖1所示。

2.2 鋼筋籠的綁扎

根據所需鋼筋型號性能購買相應的鋼筋(盡量有富余)以及細鐵絲等所需用品。縱筋和箍筋制作并挑選后，就是綁鋼筋的過程:先準備好兩張凳子，用手搭上兩根支架，將縱筋放到支架上，根據尺寸劃線，然后將箍筋套在縱筋上，在縱筋的兩端開始綁扎，然后兩端同時綁扎箍筋。具體制作如圖2所示。

3 混凝土的澆筑

3.1 混凝土的攪拌

(1)計算各材料實驗室用量:水泥用量為8.33kg，砂用量15.11kg，石子用量29.34kg，水用量4.33kg；根據計算配合比和材料總量再乘以1.25倍得到實際施工各材料用量:水泥用量為11.16kg，砂用量18.90kg，石子用量36.68kg，水用量5.35kg。(2)檢查試模(550150100mm邊長)尺寸，將試模內表面涂一薄層礦物油以備脫模方便；將制做完的鋼筋籠按設計要求放入試模內，試模事先放有設計好的墊塊及墊板。(3)選一塊潔凈的地面，用水均勻潤濕，將鐵鍬用濕布潤濕，采用人工拌合的制備方式。先將已稱好的砂倒在潤濕的水泥地面上，然后加入水泥，用鐵鍬拌制均勻，再加石子翻拌混合均勻。(4)將已制備好的混合料堆成堆，在中間做一凹槽，將已稱好的水倒一半在凹槽中，仔細翻拌。然后再加入剩余的水，用鐵鍬認真翻拌直至拌合均勻為止。(5)拌合過程中動作敏捷，拌合時間自加水時算起，共用時10分鐘。(6)將拌合均勻的混凝土裝入試模內，填充飽滿。(7)將試模放在振動臺上進行振搗(振動臺為2H:DG-80型砼實驗振動臺)，振動時試模不得有任何跳動，并及時填充振搗產生的空隙，振動應持續到表面出漿為止。振動停止后，刮除試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時，用抹刀抹平。(8)制作三組(9個試模)其中一組是標養試塊。試件抹刀抹平后，標養試模要用塑料布捆好包裝盡量嚴密，防止水份丟失。(9)靜置一晝夜，當試塊凝化可以脫模時盡快脫模，自然條件下養護。同條件養護的試塊與混凝土梁同條件、同環境養護，拆模時間與混凝土梁拆模板一同進行。中間要注意與構件一同加水、覆蓋養護。

3.2 混凝土梁的養護

混凝土制作成型后，放入實驗室內，用雨布鋪蓋，每天澆水，保證混凝土在潮濕的環境中，以實驗室的條件進行養護[5]。

4 混凝土強度的測試

為了保證小尺寸混凝土梁的承載力達到設計要求，將預制的混凝土試塊進行強度測試，測試結果如表1和表2所示。從表中可以看到，小尺寸混凝土梁所采用的混凝土強度已經到C30的強度標準，且有所提高。

5 結語

本文主要介紹了小尺寸鋼筋混凝土梁模型的制作過程，從鋼筋籠的制作、混凝土材料的選擇、混凝土澆筑以及成型、養護等方面進行了討論，最后得到結論，在儀器、設備和經費受到限制的時候，采用小尺寸鋼筋混凝土模型進行混凝土構件性能研究是可行的。

參考文獻

[1]符芳，張亞梅，孫道勝.土木工程材料[M].東南大學出版社，2006.

[2]普通混凝土配合比設計規程(JGJ55-2000)(J64-2000)[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[3]重慶大學，同濟大學，哈爾濱工業大學.土木工程施工[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.