一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法

摘要

本发明公开了一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法，通过制备不同膨胀剂的试件，再绘制膨胀剂掺量与裂缝宽度、应力的关系曲线，最后根据关系曲线确定最佳掺量，本发明确定膨胀剂掺量的方法简单，且定量确定了连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量值，根据最佳掺量添加膨胀剂制成的连续配筋混凝土可以有效避免了由于膨胀剂掺量值过少而引起连续配筋混凝土路面裂缝宽度较大以及膨胀剂掺量值过大而造成的连续配筋混凝土路面拱起破坏。

权利要求

1.一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，制备不同膨胀剂掺量下的连续配筋混凝土试件，测定不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土干缩应变、温缩系数；

步骤二，计算不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土路面的裂缝宽度、应力，所述裂缝宽度、应力的计算方法为：根据不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土的干缩、温缩系数，利用公式(1)计算连续配筋混凝土路面的裂缝宽度，利用公式(2)计算连续配筋混凝土路面的最大应力：其中：

b1＝(a1+a2-r12)/a1；

b2＝(a1+a2-r32)/a1；

r2＝-r1；

r4＝-r3；

其中，μc为连续配筋混凝土路面裂缝宽度，单位为mm；σs|x＝0为连续配筋混凝土路面的最大应力，单位为MPa；αc为混凝土温缩系数，单位为10-6/℃；ΔT为温度下降，单位为℃；εsh为混凝土干缩应变，单位为10-6；Ec为混凝土弹性模量，单位为Pa；L为裂缝间距的一半，单位为m；As为钢筋面积，单位为m2；ds为钢筋直径，单位为m；Es为钢筋弹性模量，单位为Pa；b为纵向钢筋间距，单位为m；ks为钢筋与混凝土间的粘结刚度系数，单位为Pa/m；kc为基层与面层间的摩阻力系数，单位为Pa/m；h为面层厚度，单位为m；Ac为混凝土面积，单位为m2；

步骤三，分别绘制膨胀剂掺量与裂缝宽度、应力的关系曲线；

步骤四，根据关系曲线确定膨胀剂的最佳掺量；所述最佳掺量的确认方法为：为避免连续配筋混凝土路面的拱起破坏，取连续配筋混凝土路面的最大压应力值为3.22MPa，根据步骤三中的关系曲线，裂缝宽度值为0、压应力值小于3.22MPa时最小的膨胀剂掺量即为最佳掺量。

2.根据权利要求1所述的一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法，其特征在于，所述步骤一中，干缩应变、温缩系数的测定是通过水泥混凝土干缩、温缩试验得到的；干缩试验中养护箱内养护温度为20±2℃、相对湿度为60±5％；温缩试验中试验温度在0℃～40℃范围内变化，温度间隔采用10℃，每个温度点恒温3h。

说明书

一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法

技术领域

[0001] 本发明属于连续配筋混凝土路面领域，具体涉及一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法。

背景技术

[0002] 国内外学者经过多年研究发现：相比于普通水泥混凝土路面，连续配筋混凝土路面(简称CRCP)在纵向配置连续钢筋，不设缩缝，耐久性大幅提高，且行车舒适。但在重载交通和环境因素作用下，CRCP也会出现各种病害，其中冲断是最主要的表现形式。冲断指两个间距很小(小于0.6m)的横向裂缝与短的纵向裂缝和路面边缘(或纵向接缝)所围成的区域及剥落、破碎等严重的“Y”型裂缝。初期的横向细微裂缝在车辆荷载和环境作用下逐渐发展变宽，外界的盐和水进入板底，造成路面板和钢筋的侵蚀。在车辆荷载的作用下，裂缝处的剥落及不均匀的板底支撑会造成路面板横向拉应力过大，产生纵向裂缝，进而形成冲断。研究表明，CRCP裂缝宽度对于冲断影响很大。裂缝过宽时，裂缝处的剥落会比较严重，裂缝处的传荷能力会降低，造成车辆荷载作用下路面板内的拉应力增大，造成板的纵向开裂，进而造成冲断。故一般裂缝宽度越大，冲断越多。

[0003] 在连续配筋混凝土中掺加膨胀剂可以降低裂缝宽度，进而减少冲断。膨胀剂掺量过小，不能有效降低裂缝宽度，不能有效减少冲断；反之，掺量过大，则容易造成CRCP的拱起破坏，故需要确定膨胀剂的最佳掺量。但是，目前膨胀剂的掺量仅根据经验直接给定。如文献1(李九苏，刘朝晖、姚佳良.粉煤灰、膨胀剂双掺技术提高连续配筋混凝土性能的试验研究J中外公路，2006，(3):242-244)仅凭经验直接给出了一个膨胀剂掺量，没有给出确定的过程或依据。因此，目前尚缺乏一种定量确定连续配筋混凝土膨胀剂最佳掺量的方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法，能够定量确定连续配筋混凝土膨胀剂最佳掺量。

[0005] 为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

[0006] 步骤一，制备不同膨胀剂掺量下的连续配筋混凝土试件，测定不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土干缩应变、温缩系数；

[0007] 步骤二，计算不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土路面的裂缝宽度、应力；

[0008] 步骤三，分别绘制膨胀剂掺量与裂缝宽度、应力的关系曲线；

[0009] 步骤四，根据关系曲线确定膨胀剂的最佳掺量。

[0010] 所述步骤一中，干缩应变、温缩系数的测定是通过水泥混凝土干缩、温缩试验得到的；干缩试验中养护箱内养护温度为20±2℃、相对湿度为60±5％；温缩试验中试验温度在0℃～40℃范围内变化，温度间隔采用10℃，每个温度点恒温3h。

[0011] 所述步骤二中，计算不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土路面的裂缝宽度、应力的方法如下：

[0012] 根据不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土的干缩、温缩系数，利用公式(1)计算连续配筋混凝土路面的裂缝宽度，利用公式(2)计算连续配筋混凝土路面的最大应力：

[0013]

[0014]

[0015] 其中：

[0016] b1＝(a1+a2-r12)/a1；

[0017] b2＝(a1+a2-r32)/a1；

[0018]

[0019]

[0020]

[0021]

[0022] r2＝-r1；

[0023]

[0024] r4＝-r3；

[0025] 其中，μc为连续配筋混凝土路面裂缝宽度，单位为mm；σs|x＝0为连续配筋混凝土路面的最大应力，单位为MPa；αc为混凝土温缩系数，单位为10-6/℃；ΔT为温度下降，单位为℃；εsh为混凝土干缩应变，单位为10-6；Ec为混凝土弹性模量，单位为Pa；L为裂缝间距的一半，单位为m；As为钢筋面积，单位为m2；ds为钢筋直径，单位为m；Es为钢筋弹性模量，单位为Pa；b为纵向钢筋间距，单位为m；ks为钢筋与混凝土间的粘结刚度系数，单位为Pa/m；kc为基层与面层间的摩阻力系数，单位为Pa/m；h为面层厚度，单位为m；Ac为混凝土面积，单位为m2。

[0026] 所述步骤四中，确定膨胀剂的最佳掺量的方法如下：

[0027] 为避免连续配筋混凝土路面的拱起破坏，取连续配筋混凝土路面的最大压应力值为3.22MPa，根据步骤三中的关系曲线，裂缝宽度值为0、压应力值小于3.22MPa时最小的膨胀剂掺量即为最佳掺量。

[0028] 与现有技术相比，本发明通过制备不同膨胀剂的试件，再绘制膨胀剂掺量与裂缝宽度、应力的关系曲线，最后根据关系曲线确定最佳掺量，本发明确定膨胀剂掺量的方法简单，且定量确定了连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量值，根据最佳掺量添加膨胀剂制成的连续配筋混凝土可以有效避免了由于膨胀剂掺量值过少而引起连续配筋混凝土路面裂缝宽度较大以及膨胀剂掺量值过大而造成的连续配筋混凝土路面拱起破坏。

附图说明

[0029] 图1为本发明实施例裂缝宽度随膨胀剂掺量变化曲线；

[0030] 图2为本发明实施例混凝土应力随膨胀剂掺量变化曲线。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0032] 参见图1和图2，实施例：

[0033] 步骤一，制备不同膨胀剂掺量下的连续配筋混凝土试件，测定不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土干缩系数、温缩系数：

[0034] 按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005中T 0566-2005进行水泥混凝土试件干缩试验，得到混凝土试件干缩应变。

[0035] 按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009中T 0855-2009“仪表法”进行水泥混凝土试件温缩试验，得到混凝土试件温缩系数。

[0036] 分别制备膨胀剂掺量为0％、8％、10％、12％的连续配筋混凝土试件，该实施例中所用原料为：

[0037] 膨胀剂：河南信阳博瓯建材有限公司生产的130型HCSA高性能混凝土膨胀剂，具体指标如表1所示。

[0038]

[0039]

[0040] 表1HCSA膨胀剂的性能指标

[0041] 水泥：陕西秦岭水泥股份有限公司生产的PO 42.5型水泥，性能指标满足《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)要求；

[0042] 细集料：河砂，该砂为中砂，技术指标符合《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)的技术要求；

[0043] 粗集料：花岗岩碎石，采用5～10mm和10～20mm两种粒径的组合级配，其中5～10mm碎石质量:10～20mm碎石质量＝3:7。技术指标符合《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)的技术要求；

[0044] 粉煤灰：河北灵寿县盛耀矿产品有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，其具体指标如表2所示。

[0045]

[0046] 表2粉煤灰性能指标

[0047] 硅灰：河北灵寿县盛耀矿产品有限公司生产的硅灰，其具体指标如表3所示。

[0048]

[0049] 表3硅灰的指标

[0050] 微聚乙烯醇(PVA)纤维：山东泰安凌众复合材料有限公司生产的PVA纤维，具体指标如表4所示。

[0051]

[0052] 表4PVA纤维材料参数

[0053] 微钢纤维：山东泰安凌众复合材料有限公司生产的微钢纤维，具体指标如表5所示。

[0054]

[0055] 表5微钢纤维材料参数

[0056] 减水剂：陕西中易化工有限公司的高效减水剂，淡黄色粉末，减水率最高达30％，能与任何比例水混溶，掺量选择胶凝材料总质量的1％。具体性能指标如表6所示。

[0057]

[0058] 表6减水剂的性能指标

[0059] 拌合用的水是西安本地的饮用水，满足规范要求。

[0060] 该实施例的水泥混凝土试件组成如下：

[0061] 试件为10cm×10cm×40cm的棱柱体。胶凝材料质量为1.76kg；其中：水泥1.27744kg，粉煤灰0.3524kg，硅灰0.13216kg。其它材料：水0.74kg；微钢纤维0.1884kg；PVA纤维0.004kg；减水剂0.0176kg；砂2.27136kg；粗集料4.82664kg；膨胀剂掺量分别选择胶凝材料质量的0％(0kg)、8％(0.1408kg)、10％(0.176kg)和12％(0.2112kg)。

[0062] 进行干缩、温缩试验，获得干缩应变、温缩系数。

[0063] 根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005中T 0566-2005进行水泥混凝土试件干缩试验，得到试件干缩系数。其中：干缩箱内养护温度为20±2℃、相对湿度为60士5％。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009中T 0855-2009“仪表法”进行水泥混凝土试件温缩试验，得到试件温缩系数。其中：温缩试验温度在0℃～40℃范围内变化，温度间隔采用10℃，每个温度点恒温3h。结果见表7。

[0064]

[0065] 表7不同膨胀剂掺量下28d混凝土干缩应变、温缩系数

[0066] 步骤二，计算不同膨胀剂掺量下连续配筋混凝土的裂缝宽度、应力：将干缩应变、温缩系数带入公式(1)计算连续配筋混凝土路面的裂缝宽度，代入公式(2)计算续配筋混凝土路面的最大应力，计算结果如表8所示。

[0067]

[0068]

[0069] 其中：

[0070] b1＝(a1+a2-r12)/a1；

[0071] b2＝(a1+a2-r32)/a1；

[0072]

[0073]

[0074]

[0075]

[0076] r2＝-r1；

[0077]

[0078] r4＝-r3；

[0079] 其中，μc为连续配筋混凝土路面裂缝宽度，单位为mm；σs|x＝0为连续配筋混凝土路面的最大应力，单位为MPa；αc为混凝土温缩系数，单位为10-6/℃；ΔT为温度下降，单位为℃；εsh为混凝土干缩应变，单位为10-6；Ec为混凝土弹性模量，单位为Pa；L为裂缝间距的一半，单位为m；As为钢筋面积，单位为m2；ds为钢筋直径，单位为m；Es为钢筋弹性模量，单位为Pa；b为纵向钢筋间距，单位为m；ks为钢筋与混凝土间的粘结刚度系数，单位为Pa/m；kc为基层与面层间的摩阻力系数，单位为Pa/m；h为面层厚度，单位为m；Ac为混凝土面积，单位为2
m。

[0080]

[0081] 表8裂缝宽度与应力计算结果

[0082] 步骤三，分别绘制膨胀剂掺量与裂缝宽度、应力的关系曲线：以膨胀剂掺量为横坐标，分别以裂缝宽度和混凝土应力为纵坐标绘制曲线，如图1、图2所示。

[0083] 步骤四，确定膨胀剂的最佳掺量：为避免连续配筋混凝土路面的拱起破坏，取连续配筋混凝土路面的最大压应力值为3.22MPa。根据步骤3)中曲线关系，当膨胀剂掺量为12％时，混凝土的裂缝宽度为零，同时在混凝土内部形成一定的压应力，而且压应力小于3.22MPa。根据试验结果可得该实施例下膨胀剂最佳掺量为12％。