1、预应力混凝土连续梁弹性模量影响因素浅析唐威 具岩（中铁隧道集团有限公司工程试验中心）摘要:通过对铁路悬臂浇筑预应力混凝土连续梁施工中进行的试验研究，探讨了影响现代多组分混凝土弹性模量的各种因素，并对混凝土的抗压强度与弹性模量之间的关系进了说明，为悬臂浇筑预应力混凝土连续梁施工提供了一些有益的技术帮助。关键词:混凝土 弹性模量 影响因素1 前言弹性模量是混凝土重要的力学性能，它反映了混凝土所受应力与所产生应变之间的关系，是计算钢筋混凝土结构的变形、裂缝开展和大体积混凝土的温度应力所必需的参数之一。我公司承建的渝利铁路标段的桥梁工程采用挂篮分段悬臂浇筑施工的有2座特大桥和6座大桥，设计要求混凝土抗
2、压强度为C55，28 d弹性模量值达到35.5 GPa，现浇预应力混凝土张拉前实行抗压强度和弹性模量双控，要求张拉前混凝土的抗压强度达到设计值的95，弹性模量达到设计值的100。本研究主要探讨组成混凝土多物相复合材料对混凝土弹性模量的影响。2 混凝土的弹性模量混凝土是一个多物相、多孔性的复合材料，其主体是颗粒堆聚体，存在界面过渡区，且过渡区有原生微裂缝。受力下，界面裂缝的扩展、颗粒间的滑移、孔隙中水的迁移等因素导致产生塑性变形。组成混凝土的各相组分、混凝土本身的弹性模量相差较大。混凝土的应力应变行为不完全遵循虎克定律， 曲线是非线性的，所以，混凝土的弹性模量不是一个恒定值。为了工程设计，故常对
3、应力应变曲线的初始阶段作近似直线处理，有三种处理方式：1、原点切线弹性模量 Eo = tan 1；2、割线弹性模量 Eh = tan 2；3、切线弹性模量 Et = tan 3。我国现行标准 1指定以应力 =1/3 fcp 时的加荷割线弹性模量定义为混凝土的弹性模量 Ec静力弹性模量。Ec= AFo-anL式中：Ec混凝土静力抗压弹性模量(MPa)Fa应力为 1/3 轴心抗压强度时的荷载(N)Fo应力为 0.5MPa 时的初始荷载（N）A试件承压面积（mm 2）L测量标距（mm）L应力从 0.5MPa 增加到 1/3 轴心抗压强度时的试件变形值（mm）3 影响因素及分析3.1 集料种类对混凝土
4、弹性模量的影响同一配合比，其他条件不变，我们进行了不同岩石母材粗集料对混凝土弹性模量影响的试验，采用标准养护，试验得出的弹性模量数据如表 1。表 1 粗集料对混凝土弹性模量影响的数据粗集料种类 混凝土标号 水胶比 Fa28d103 Ec28d104 Fa60d103 Ec60d104玄武岩 C55 0.31 240 4.47 257 4.75花岗岩 C55 0.31 201 3.28 205 3.62石灰岩 C55 0.31 235 4.38 251 4.62陶粒 C55 0.31 178 2.28 182 2.741/2 陶粒+1/2 玄武岩C55 0.31 197 3.23 202 3.4
5、8密实骨料具有很高的弹性模量，一般来说，混凝土拌合物中高弹性模量粗骨料用量越大，混凝土的弹性模量也越高，因此集料的性质将是影响混凝土弹性模量最主要的因素。从表 1 中的试验数据可以看出，陶粒混凝土的弹性模量约是同期玄武岩混凝土弹性模量的一半，当两种骨料互相参配后对混凝土弹性模量有明显的改善作用。不同种类的碎石骨料，所配制的高强混凝土弹性模量也有差异，像花岗岩配制的混凝土弹性模量值同期比较就偏低些。集料的矿物组成、弹性模量、几何形状、表面结构对混凝土的弹性模量有不同程度的影响 2。因此，做岩石强度及集料压碎指标时，是选择集料的重要指标，同时也为做配合比提供最为重要的原始数据。3.2 不同砂率的对
6、混凝土弹性模量的影响同一配合比，其他条件不变，我们进行了不同砂率对混凝土弹性模量影响的试验，采用标准养护，试验得出的弹性模量数据如表 2。表 2 不同砂率对混凝土弹性模量影响的数据砂率% 混凝土标号 水胶比 Ec28d104 平均值10 431 C55 0.31 4.39 4.31 4.35 4.3533 C55 0.31 4.61 4.51 4.63 4.5835 C55 0.31 4.67 4.72 4.68 4.6936 C55 0.31 4.42 4.48 4.52 4.4638 C55 0.31 3.99 4.27 4.28 4.18根据以上试验数据表明，混凝土的弹性模量随砂率的增加
7、而降低。混凝土的弹性模量主要取决于集料的弹性模量及集料与砂浆的体积比，合理的砂率说明混凝土的骨料有个合理的级配，在合适的级配下骨料堆积成为有一个适当孔隙率的骨架，混凝土达到一个最好的体积稳定度，弹性模量也达到最佳对本预应力混凝土连续梁，在满足混凝土和易性的条件下尽可能选用较低的砂率。3.3 粉煤灰掺量对混凝土弹性模量的影响同一配合比，其他条件不变，考虑到粉煤灰后期强度增长，我们进行了在不同养护龄期下对混凝土弹性模量影响的试验，采用标准养护，测得数据如表 3。表 3 粉煤灰掺量对混凝土弹性模量影响的数据FA% 混凝土标号 水胶比 Ec7d104 Ec28d104 Ec60d104 Ec90d10
8、40 C55 0.31 3.67 4.43 4.57 4.6515 C55 0.31 3.71 4.41 4.58 4.8730 C55 0.31 3.57 4.31 4.51 4.8145 C55 0.31 3.49 3.98 4.18 4.50根据试验，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的同期弹性模量有下降的趋势，粉煤灰的掺量在10%-25%内，混凝土的弹性模量下降幅度较低。但由于粉煤灰的活性效应和微集料填充效应使混凝土更致密，混凝土的后期强度得到提高而引起混凝土后期的弹性模量甚至超过没有加粉煤灰的混凝土 3。3.4 抗压强度对混凝土弹性模量的影响混凝土的弹性模量与强度间没有简单关系，根据文献
9、4介绍及取样试验测定的数据分布趋势，弹性模量 Ec 与抗压强。度 fcu取回归模型 Ec=a +b，式中：Ec 为弹性模量cuf（Mpa） ；f cu为混凝土张拉时抗压强度（Mpa） ；a、b 为回归系数，得出的弹性模量与抗压强度对应关系如表 4。表 4 抗压强度对混凝土弹性模量影响的数据块编号 混凝土标号 水胶比 张拉时弹性模量 张拉时强度 28d 强度5# C55 0.31 3.43 53.3 59.36# C55 0.31 3.65 52.9 61.27# C55 0.31 3.73 56.3 63.114# C55 0.31 3.47 51.7 67.115# C55 0.31 3.5
10、6 51.1 64.718# C55 0.31 3.59 52.8 60.820# C55 0.31 3.51 54.2 62.723# C55 0.31 3.42 49.2 59.327# C55 0.31 3.46 48.6 56.228# C55 0.31 3.34 51.8 58.329# C55 0.31 3.64 52.6 59.730# C55 0.31 3.68 47.2 55.1通过对表 4 测得结果回归分析计算，得出回归方程为 Ec=1562 +24162，使用普通cuf骨料的高强度高性能混凝土可以用此公式计算其弹性模量。4 结论混凝土是一种弹塑性材料，制约混凝土弹性模量因
11、素很多，本次试验使用原材料配制的高强度预应力混凝土粗骨料的品质对弹性模量的影响较大，实际工程应用中应从材质，级配等多方面选择优质骨料以满足对弹性模量的要求。混凝土弹性模量与砂率也有很大关系，砂率过高或过低对弹性模量都有影响，存在一个最佳砂率，本次试验可以看出砂率在 35%比较合适。对粉煤灰混凝土，在掺量小于 25%时早期弹性模量有些降低，但后期不降低，甚至会超过基准混凝土。高强度预应力混凝土，其弹性模量与抗压强度的平方根呈线性相关关系，回归方程表示为：Ec=1562 +24162cuf在预应力混凝土连续梁施工中，可以从以上几种影响因素出发，选择最优材料，优化配合比，以达到我国现在高铁高性能混凝
12、土对弹性模量的要求。参考文献: 【1】 戎君明、陆建雯等.普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002.北京:中国建筑科学研究院.2008:17-18【2】 吴力斌、孙振平等.高强高性能混凝土中集料对力学性能的影响. 混凝土.2001（1）【3】 焦亚明、朱效荣、魏秀军.设计参数对混凝土弹性模量的影响.辽宁建材.2008(2)【4】 Xiaoming Sharon huo,Nabil Al-Omaishi,Maher K.Tadros.Creep,Shrinkage,Modulus of El-asticity of Hing-Performance ConcreteJ.ACI Materials Journal,2001,98,(6):440-449
