配筋对混凝土构件收缩和徐变的影响研究

引言混凝土内部湿度的下降会引发其体积收缩，这是引起混凝土收缩的主要原因之一[1]，在混凝土不受约束的情况下混凝土的收缩不会产生应力，但是钢筋的加入在改善混凝土的初始缺陷、减小收缩的同时，也会反作用给混凝土拉力，从而影响了混凝土的抗裂能力[2]。在研究混凝土加筋构件的收缩时，为了简化计算，国内外的许多学者往往将混凝土构件截面上的收缩看作是沿中和轴均匀分布[3-4]，但实际上在多种因素的影响下构件截面的收缩是非均匀的[5-6]，因此计算结果可能会产生较大的误差，从而影响整个结构的使用性能和耐久性能。本文基于试验的基础上通过建立平衡方程分析了配筋对混凝土收缩徐变的影响，为加筋构件收缩的进一步研究提供技术支持。

1、原材料及试验方法

水泥采用乌鲁木齐天山水泥厂生产的天山牌P·O42.5R水泥；砂子为乌鲁木齐地区的水洗中粗砂，最大粒径5mm，含泥量<3%；石子为乌鲁木齐市郊区卵石，粒径5~40mm连续级配；Ⅱ级粉煤灰及矿渣粉均由新疆西部建设预拌混凝土分公司提供；外加剂来自乌鲁木齐市南山混凝土搅拌站的减水剂母液（聚羧酸系），减水率为25%～30%；水为乌鲁木齐市自来水。参考GB/T50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》及GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，设计制作4根配筋率不同的150mm×200mm×1500mm混凝土梁，并同时制作2组标准混凝土立方体试块用于7d、28d抗压强度试验，2组混凝土标准棱柱体试块用于28d弹性模量试验，4组试件所用的配合比及混凝土28d弹性模量E28，抗压强度fcu,7、fcu,28见表1，相关配筋信息见表2。表1

混凝土配合比及相关力学性能表2

混凝土梁配筋信息浇筑混凝土前先在模板两端中心位置处钻孔，并将钢筋笼放入模板内，后将预埋测头的一端固定在模板上，另一端通过模板上的钻孔伸出模板，待混凝土浇筑完毕并振捣密实后静置，1d后脱模并移至实验室内，为减小梁与地面摩擦对收缩的影响，在梁底放置数根光圆钢筋，梁放置完成后，在梁的两端架千分表，开始读数，并把第一次读数作为初始值，此后每隔24h进行读数（2次读数差作为混凝土的收缩变化值），连续测量150d，实验室内的温度为（25±5）℃，平均相对湿度为15%，测量模型如图1所示。图1

收缩测量模型

2、试验结果

图2

混凝土梁收缩发展比较图3

钢筋约束度及单位钢筋面积的约束度随时间的变化关系

3、配筋对混凝土构件收缩的影响

由研究可知，混凝土构件中钢筋对混凝土的约束度随钢筋距离的增大而减小，也随混凝土龄期的增加而增大[7-8]。在对称配筋下仅考虑混凝土的弹性模量，忽略混凝土的徐变、湿度梯度及混凝土内部损伤对混凝土弹性模量的影响时，可通过受力平衡分析来得到构件的收缩值。在配筋影响下混凝土构件的收缩简图如图4所示。图4

钢筋影响下混凝土构件的收缩简图为了简化计算需进行一些假定：（1）构件发生收缩前后，截面均满足平截面假定[9]；（2）沿梁高和梁宽方向的湿度梯度忽略不计；（3）混凝土所受拉力仅由钢筋产生；（4）不考虑混凝土的弹性模量和强度随时间的变化；（5）假定构件截面上