预应力混凝土弹性模量与混凝土配合比关系的探讨

1、预应力混凝土弹性模量与混凝土配合比关系的探讨摘要:预应力混凝土的弹性模量是体现混凝土受力与变形关系的一个参数。本文通过混凝土弹性模量试验的数据,分析、探讨混凝土弹性模量与混凝土配合比之间的关系，为某工程工程建设提供有益的参考。关键词：桥梁预应力混凝土 弹性模量 混凝土配合比1引言在某工程工程建设中，桥梁混凝土除了强度、坍落度等指标外，还有混凝土的静压弹性模量（简称弹性模量）指标。混凝土的弹性模量是体现混凝土受力与变形关系的一个重要参数。混凝土的强度能满足要求，若混凝土的弹性模量较小，也会使混凝土的变形较大，导致结构失衡，而发生质量事故。C50以上的预应力钢筋桥梁混凝土张拉时都要知道混凝土的弹性

2、模量值；在计算混凝土变形、裂缝扩展以及大体积混凝土的温度应力时也要知道混凝土的弹性模量值 。影响混凝土弹性模量的因素很多，诸如混凝土的配合比、混凝土试件的制作以及试验过程中的试验操作等都会影响混凝土的弹性模量。本文从混凝土配合比方面做以下的探讨。2测量混凝土弹性模量的仪器和试验方法测量混凝土弹性模量的仪器是混凝土弹性模量测定仪。试模：150mm×150 mm×300 mm 塑钢试模或铸铁试模。混凝土压力试验机。试验方法是依据GB50081-2002中混凝土静压弹性模量的试验方法参考交通部的公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E302005相关内容进行试验。试验操作过程：

3、制作6个150mm×150 mm×300 mm试件，养护到一定的龄期，将其中的3个做轴心抗压强度；另外3个做变形试验。将试验数据代入公式：计算出弹性模量E。3试验所用的原材料试验所用的原材料是某工程工程所用的原材料。3.1水泥：厂生产的水泥。品质指标如下：比表面积m2/kg标准稠度凝结时间（min）安定性抗压强度(MPa 抗折强度(MPa密度烧失量碱含量初凝终凝3d28d3d28d33525.6165235合格35.456.86.89.03.151.63%0.58%3.2砂子：莱西大沽河砂。品质指标如下：含泥量%泥块含量细度模数表观密度kg/m3堆积密度kg/m3氯离子含量

4、碱活性1.80.82.84263015600.1无3.3碎石：碎石厂生产的520mm碎石。品质指标如下：母岩强度MPa含泥量泥块含量压碎值针、片状含量表观密度kg/m3堆积密度kg/m3碱活性96.511.20.30.13.527201430无3.4高效减水剂：有限公司生产的聚羧酸高效减水剂。掺量0.8，减水率31。3.5矿渣粉：有限公司生产的S75级矿渣粉。品质指标如下：密度g/cm3比表面积m2/kg活性指数流动度比含水量烧失量 MgO含量碱含量7d28d386931191080.42.111.00.93.6粉煤灰：粉煤灰有限公司生产的一级粉煤灰。品质指标如下：细度0.045mm筛需水比S

5、O3含水率f-CaO碱含量氯离子含量6.8840.52.21.881.680.033.7拌合水：地区的饮用水，品质指标如下PHClmg/lSO42mg/l不溶物mg/l可溶物mg/l碱含量mg/l6.8118686369668符合混凝土拌合水JGJ632006的要求。4试验方案及试验结果的分析4.1混凝土弹性模量与混凝土水灰比之间的关系混凝土弹性模量与混凝土水灰比之间的关系我们采用四个不同的水灰比，固定砂率和容重制取混凝土试件测定混凝土弹性模量的试验方法，其配合比以及试验结果如下：序号W/CSP%WCSG减水剂A坍落度mm轴心抗压kN（×102）28d弹性模量MPa（×10

6、4）10.3753915340871611203.26160118.14.1420.3333915345969610593.67140133.94.3730.3003915351067610573.08110147.84.6240.2703915356765310224.5490169.34.93由上表数据，我们得到混凝土轴心抗压强度、弹性模量与混凝土水灰比之间关系的趋势线如下：由上述两趋势线我们可以看出：混凝土轴心抗压强度、弹性模量随混凝土水灰比的减小而增大。水灰比的减小意味着混凝土抗压强度的增大。因此我们可以说混凝土弹性模量随混凝土强度增大而增大。这与一些文献参考书中所给的指标是一致的。如

7、在隧道工程检测技术（人民交通出版社2005年版）中给出的喷射混凝土的弹性模量、衬砌混凝土的弹性模量（Gpa）见下表：等级混凝土类型C15C20C25C30C40C50喷射混凝土18212325/衬砌混凝土262829.53133.535.5冯乃谦教授在最新实用混凝土大全一书中给出的混凝土静压弹性模量与混凝土抗压强度的关系式:也表明混凝土弹性模量随混凝土强度增大而增大，但不成线性关系。在混凝土弹性模量要求较大时，必须降低混凝土的水灰比来达到。4.2混凝土弹性模量与混凝土砂率之间的关系混凝土的砂率对混凝土来说是一个重要的参数，不仅影响新拌混凝土的和易性和工作性，而且也影响到硬化混凝土的使用性。混凝

8、土的砂率对混凝土弹性模量究竟有什么样的影响呢？为探讨这个问题，我们进行了以下的试验。序号W/CSP%CSGW减水剂A坍落度mm28d弹性模量MPa（×104）10.303551060611261534.081205.7820.304051067610571534.081605.1630.30455107809531534.081804.7140.30505108668661534.081654.4750.30555109537801534.081403.98由上表数据，我们得到混凝土弹性模量与混凝土砂率之间关系的趋势线如下图a：图a 图b由上曲线可知混凝土的砂率在一定范围内对混凝土的

9、弹性模量影响较大。随混凝土砂率的增大混凝土的弹性模量而减小。这启示我们为得到更大混凝土弹性模量，在满足混凝土和易性、工作性的前提下，尽可能地降低混凝土的砂率。因为砂率的降低意味着混凝土粗骨料含量的增加，使混凝土的变形相对减小，从而使混凝土弹性模量增加。4.3混凝土弹性模量与混凝土掺合料粉煤灰掺量之间的关系掺合料粉煤灰是发电厂收集的一种工业废料，经磨细而成，因其中含有大量的活性成分，而被广泛地用在水泥及水泥混凝土中，由于粉煤灰的掺入，大大提高了新拌混凝土的和易性和硬化混凝土的耐久性。关于掺合料粉煤灰对混凝土弹性模量的影响，我们采用以下的混凝土配合比来分析探讨。序号W/CWCFSG减水剂A坍落度m

10、m28d弹性模量MPa（×104）56d弹性模量MPa（×104）10.32160500060811284.01404.314.9920.321604505060811284.01603.695.4330.321604257560811284.01753.915.7840.3216035015060811284.01953.855.92由上表数据，我们得到混凝土弹性模量与混凝土粉煤灰掺量之间关系的趋势线如上图b所示。从试验数据和趋势线可以看出早期（28d）的混凝土弹性模量掺如粉煤灰的比不掺粉煤灰的要低。但没有具体的规律；而后期（56d）的混凝土弹性模量在一定范围内，掺如粉煤

11、灰的比不掺粉煤灰的要高的多，并呈增长趋势。分析：由于粉煤灰的水化是在水泥水化产生的碱性环境下开始的，故早期的混凝土弹性模量低于不掺粉煤灰的。随着混凝土龄期的延长使碱性环境也在加强，从而刺激了粉煤灰的活性，使混凝土后期的弹性模量高于不掺粉煤灰的混凝土弹性模量，掺粉煤灰对混凝土的长期耐久性有利，而在现实的桥梁工程中，由于受张拉工期的限制，受桥梁预制场地的限制，都要求尽快张拉。对早期混凝土弹性模量要求较高，故在混凝土配合比设计时（尤其冬期施工的桥梁混凝土）应尽量少掺或不掺粉煤灰。4.4混凝土弹性模量与混凝土掺合料矿渣粉掺量之间的关系矿渣粉是炼钢厂的钢材淬火时留下的废渣经磨细而成。其性质不同于粉煤灰；

12、为探讨矿渣粉对混凝土弹性模量的影响，我们进行了以下的试验。序号W/CWCKSG减水剂A28d弹性模量MPa（×104）56d弹性模MPa（×104）10.32160500060811284.04.375.6320.321604505060811284.04.795.8630.3216040010060811284.04.885.9940.3216035015060811284.04.936.14由试验数据，我们得到混凝土弹性模量与混凝土矿渣粉掺量之间关系的趋势线如下图所示。从趋势线可以看出混凝土的弹性模量，无论早期的还是后期的都随矿渣粉掺量的增加而增加。这说明掺入矿渣粉并不

13、影响混凝土的弹性模量，且对无论早期的还是后期的混凝土弹性模量都有利。这一点是不同于粉煤灰的。4.5混凝土弹性模量与混凝土骨料碎石粒径的之间的关系为探讨混凝土弹性模量与碎石粒径的大小之间的关系，我们进行了如下试验。序号W/CWCSG减水剂A28d弹性模量MPa（×104）10.321605006081128(5-20mm4.04.730.321605006081128(5-31.5mm4.05.0320.351604576241128(5-20mm3.64.170.351604576241128(5-31.5mm3.64.49由上表试验数据可以看出：在混凝土水灰比、砂率相同的前提下，碎

14、石粒径对硬化混凝土的弹性模量影响很大。混凝土的弹性模量随混凝土粗骨料碎石粒径的增大而增大。这告诉我们，为得到高的混凝土弹性模量，在满足施工工艺的前提下，尽可能地使用粒径大的碎石。5某工程部分预应力C50混凝土的弹性模量的试验结果标段CFKSG(5-20mm减水剂AW7d弹性模量MPa（×104）28d弹性模量MPa（×104）1B2187219465510025.321553.814.333合同2724917370110144.451583.714.0811合同2505028572610445.11463.994.8612合同2704028072510405.11483.6

15、74.45由上表试验结果可以看出：（1）上述桥梁混凝土的配合比28天的混凝土弹性模量都能满足工程设计要求的3.5×104 MPa。可以用在工程建设中。（2）双掺粉煤灰和矿粉对混凝土的弹性模量的影响没有明显的规律。依据上述试验结果和数据分析，我们得到以下的结论：5.1混凝土弹性模量随混凝土水灰比的减小而增大，也就是说，混凝土弹性模量随混凝土强度的增加而增大。要使混凝土拥有高的弹性模量，降低混凝土的水灰比是一重要途径。5.2砂率是影响混凝土弹性模量的重要因素。在一定范围内，降低混凝土的砂率能够得到高的弹性模量。在预应力桥梁混凝土配合比设计时，在满足施工和易性的前提下，尽量减小混凝土的砂率。5.3掺合料对混凝土弹性模量的影响因种类不同而不同：粉煤灰对早期的混凝土的弹性模量增长不利，但有利于后期混凝土的弹性模量增长，有利于混凝土