高海拔地區橋梁混凝土收縮徐變的研究

陳 勝 利

(青海省公路建設管理局，青海 西寧 810001)

收縮是指混凝土在凝結硬化以及服役過程中，由于內部水分變化，溫度變化以及化學反應等因素引起的體積的縮小。混凝土的收縮變形包括自收縮、干燥、溫度及碳化等引起的收縮[1]。混凝土徐變受環境相對濕度的影響明顯[2]。相對濕度越大，吸附水蒸發量越小，水化程度越高，徐變也就越小。

對于高墩大跨徑連續剛構橋而言，墩柱高度和大跨徑導致大體積混凝土和施工縫的出現[3，4]。隨之而來的就是高墩大跨徑連續剛構橋混凝土的收縮和徐變問題，這也是困擾現代橋梁工程的一個重要問題。因此，本文開展低溫大溫差環境下連續剛構橋混凝土收縮徐變的研究，通過室內試驗和結果分析，提出青藏高原低溫、大溫差環境下大跨徑連續剛構橋的低收縮徐變混凝土質量控制措施和指標要求。

1 試驗介紹

試驗中混凝土強度等級為C50，通過改變混凝土的配合比參數，考察水灰比、粉煤灰摻量、砂率等因素對混凝土收縮徐變的影響規律。具體研究指標為60 d干燥收縮、180 d徐變度和徐變系數。

試驗中干燥收縮裝置如圖1所示。成型100 mm×100 mm×400 mm的試件，拆模后放入標準養護室進行養護，3 d后(從攪拌混凝土加水時算起)移入恒溫恒濕室內，用裝有千分表的收縮儀進行試驗。由于是非標準試件應先在該室內預置4 h，再測其初始值。

試驗裝置為彈性強度300 kN、彈性系數3 kN/mm的彈簧組，混凝土試件尺寸為(100×100×300)mm3，如圖2所示。主要通過180 d徐變度和徐變系數評價混凝土徐變性能。

2 水膠比對混凝土收縮徐變的影響

2.1 干燥收縮

水膠比對混凝土干燥收縮的影響如圖3所示。由圖3可知，當水膠比從0.37分別減小到0.35,0.33,0.31和0.29，混凝土干燥收縮從282分別減小到265,244,241,236，即混凝土干燥收縮隨著水膠比的減小而減小。干燥收縮主要是毛細孔中失水而導致的收縮。水膠比的增加，不僅增加了材料的孔隙率，而且增加孔的連通性，這樣毛細孔水從內部向外部的遷移速度就會增加，從而導致水泥基材料干燥收縮增加。

2.2 徐變

按照國家規范GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[6]測試混凝土的徐變度，混凝土水膠比分別為0.4，0.35，0.31。試驗得到的混凝土水膠比對徐變的影響結果如圖4所示。由圖4可知，混凝土水膠比越大，徐變度越大，水灰比為0.35時320 d徐變度為48.94×10-6/MPa，水灰比為0.4時320 d徐變度達到69.01×10-6/MPa，增加了41.0%。

3 粉煤灰摻量對混凝土收縮徐變的影響

3.1 粉煤灰對干燥收縮的影響

一般而言，粉煤灰對混凝土的收縮有較好的抑制作用[7]。試驗結果如圖5所示。由圖5可知，粉煤灰的摻入，降低了混凝土的干燥收縮，且干縮隨著粉煤灰摻量的增大而減小，粉煤灰摻量10%,15%和20%時，干燥收縮分別降低10%,17%和21%。雙摻粉煤灰和礦渣粉各10%時，收縮值降低了20%。

3.2 粉煤灰對徐變的影響

當水膠比為0.35，粉煤灰摻量為0%,15%,30%時混凝土的徐變度變化規律如圖6所示。由圖6可知，當粉煤灰摻量為15%時，相比不摻時徐變度明顯減少，然而摻量達到30%時，混凝土徐變度相對摻量15%時的徐變度則變化不大。原因是粉煤灰顆粒的彈性模量相對水泥顆粒更大，其摻量15%時，其微集料效應能夠較好的發揮，從而抑制混凝土的徐變。而當粉煤灰摻量達到30%時，其對混凝土徐變的抑制作用則不明顯，這可能是由于混凝土密實度往往不會隨著粉煤灰的摻量變化，其中存在著一個摻量的最優值，超過這個值后混凝土密實度不會提升甚至有所下降。

4 砂率對混凝土收縮徐變的影響

C50強度等級混凝土，當混凝土水膠比為0.35，砂率為33%,36%,39%和42%時，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

4.1 砂率對干燥收縮的影響

砂率對混凝土干燥收縮的影響如圖7所示。從圖7可以看出，當砂率從33%增加到36%,39%和42%時，混凝土180 d干燥收縮值從261增加到284,305,321，即混凝土干燥收縮隨著砂率的增加而增加，這主要是由于砂率增加導致粗集料的體積分數降低，從而對混凝土收縮的抑制效果減弱，最終表現為干燥收縮增加。

由于徐變試驗周期較長，目前試驗數據還在收集中，預計在12月初徐變數據可全部收集結束，然后對數據進行分析處理。

4.2 砂率對徐變的影響

當水膠比為0.35，砂率36%,39%,42%時混凝土的徐變度發展規律如圖8所示。由此可見，相對水膠比以及粉煤灰來說，砂率對混凝土的徐變度的影響較小。砂率36%時混凝土徐變度最小，為44.8×10-6/MPa，而砂率達到42%時，徐變度則增加到51.37×10-6/MPa，粗集料作為混凝土的骨架，對混凝土收縮徐變有明顯的抑制作用。砂率越大，則混凝土中粗集料越少，因而混凝土徐變越大。

5 結語

本文根據高海拔低溫大溫差的環境特征，對水膠比、粉煤灰和砂率等因素對混凝土收縮徐變性能的影響進行了試驗研究，取得以下主要結論：

1)混凝土水膠比越大，其自收縮越小，干燥收縮越大，徐變越小；

2)粉煤灰的摻入能夠有效減少混凝土的收縮徐變性能，但是摻量較大時，其對混凝土徐變的抑制作用則不明顯；

3)砂率越小，混凝土骨料含量越大，其對混凝土收縮徐變的抑制效果越好，混凝土收縮徐變則越小。