混凝土側壓力測試技術研究★

潘劍云 劉國華 楊 博 孫海濤 張 欣

(1.浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300；2.浙江大學建筑工程學院，浙江 杭州 310058； 3.浙江理工大學建筑工程學院，浙江 杭州 310018)

混凝土側壓力測試技術研究★

潘劍云1劉國華2楊 博3孫海濤1張 欣1

(1.浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300；2.浙江大學建筑工程學院，浙江 杭州 310058； 3.浙江理工大學建筑工程學院，浙江 杭州 310018)

分析了新澆混凝土對模板的側壓理論，介紹了兩種簡易的測試裝置，并通過對比實測值與理論值，驗證了裝置的效用，實驗表明，應變測試裝置能反映側壓力變化規律，而且其測值與理論分析值接近。

新澆混凝土，模板，測試裝置，側壓力

為了研究者能更好地在實驗室環境下對混凝土側壓力的變化規律及影響因素進行分析研究，本項目從測試設備和測試方法等方面入手，結合現有側壓力理論，設計出一種便捷而有效的實驗技術措施。

1 新澆混凝土側壓力理論

1.1 側壓力特征

新澆混凝土對模板側壓力，是指入模時具有一定流動性的新澆混凝土在澆筑、振搗和自重的共同作用下，對限制其流動的側模板所產生的壓力[1]。我國在20世紀60年代～80年代對混凝土側壓力進行了大量的測試研究，發現對于不同的結構類型，盡管一次澆筑高度、澆筑速度不同。但混凝土側壓力分布曲線的走勢基本相似，側壓力主要特征如下[2]：

1)最大側壓力隨混凝土澆筑速度提高而增大，與其呈冪函數關系；2)在一定的澆筑速度下，因混凝土的凝結時間隨溫度的降低而延長，從而增加其有效壓頭；3)機械振搗的混凝土側壓力比手工搗實增大約56%；4)側壓力隨坍落度的增大而增大；5)外加劑對混凝土固化速度和稠度有調整作用，從而影響混凝土的側壓力；6)側壓力隨混凝土力密度的增加而增大。

1.2 影響因素

影響新澆混凝土側壓力的因素歸納起來主要有三個方面:混凝土的工作性能、混凝土的澆筑方式以及模板特征等。具體的因素則相對較多[3]，如水泥的種類和用量、骨料特性、水灰比、化學摻合料、澆筑速度、澆筑方式、模板尺寸、振搗等。

2 實驗系統配置

2.1 應變測試系統

應變測試方法與技術作為實驗力學的重要組成部分，被廣泛應用于各種工程結構中[4]。電阻應變片的優點主要表現在尺寸小、重量輕、安裝方便，一般不會干擾構件的應力分布，并且精度較高，對環境的適應性好。本項目的應變測試即采用普通的電阻應變片來實現。

該系統中的模板采用標準油料大筒，直徑60 cm，高度90 cm，以電阻應變片粘貼于鋼筒的側壁，并用電阻應變儀測得實驗過程中側邊的應變值，最終計算得到模板所受的側壓力。

2.2 壓力測試系統

為了檢測不同厚度的混凝土對側壁的壓力影響，共設計了兩種不同規格的水池，凈空尺寸分別為：① 50 cm×40 cm×80 cm，② 50 cm×26 cm×115 cm。

土壓力盒具有較高靈敏度、結構簡單、體積小等優點,更適合于室內模型試驗或較小比例的模型試驗[5]。該測試系統以振弦式土壓力盒為主要測試設備，采用簡易的振弦頻率測試儀測得壓力盒上的頻率變化值，最終換算得到壓力值。

將土壓力盒埋置于模板的側面和底面，側面的壓力盒盡可能靠近模板的底部，并且使其與模板的內邊平齊，以獲得更可靠的壓力值，而底部的壓力盒則主要用于數據的校驗。

3 試驗成果與數據分析

3.1 鋼筒模板系統壓力數據分析

3.1.1 測點布置及應變測值

鋼筒模板系統采用通過測試鋼筒周邊拉壓應變，然后折算混凝土模板側壓力的方式進行。其測點布置如圖1所示。

澆筑的混凝土坍落度為46 mm，振搗方式采用插入式內部振搗棒進行振搗。測定值為混凝土在整個澆筑過程的灌注中、灌注后、機械振搗時、振搗后等幾個關鍵控制點的應變數據。具體如表1所示。

表1 鋼筒模板系統應變測值表

3.1.2 測值分析與結論

從測得的數據上，可以粗略判斷混凝土的側壓力在澆筑過程中具有一定的規律性。為了可以更直觀的顯示其規律，將表1中的數據導入分析軟件得到如圖2所示折線圖。

其中第2時間點為灌注混凝土后的應變值，第3時間點為振動過程中的應變值，4點～5點為振動后測得的應變值，7點～9點為初凝之后的振動過程中的應變變化值。

分析以上曲線圖可知，本次實驗的結果有如下顯著規律：1)隨著混凝土澆筑高度的增加，對模板的側壓力逐漸增大。2)混凝土在振動器的作用下產生的對模板的側向壓力迅速增加，增幅明顯。3)振動停止，混凝土的側向壓力明顯下降，處于振動狀態下的80%左右。4)混凝土在開始失去塑性之后，如果重新對其進行振動，其產生的側壓力值仍將上升，但最大值明顯小于新澆筑的時期。5)混凝土凝結硬化后，完全失去可塑性，其對側壁的壓力逐漸下降，直至可以忽略，實驗結果與理論相吻合。

3.2 砌體模板系統壓力數據分析

3.2.1 測點布置及壓力測值

砌體模板系統采用土壓力盒直接測試壓力的方法測得新澆混凝土的側壓力，其測點布置示意圖如圖3，圖4所示。

實驗所使用的混凝土坍落度分別為32 mm，64 mm和93 mm。機械振搗棒端部振搗部長度為30 cm，有效作用深度100 cm。當混凝土拌合物處于振搗棒有效作用范圍內時，測定振搗作用下的壓力值。

砌塊模板系統壓力測試表見表2。

表2 砌體模板系統壓力測試表

3.2.2 測值分析與結論

對測得的數據進行分析，將考慮從幾個方面著手。第一，從同種坍落度但不同的澆筑深度入手，如圖5所示；第二，從不同的模板尺寸進行分析，如圖5中1-折線與2-折線對比；第三，從同種配合比不同坍落度看測值的變化，如圖6～圖8所示。

通過對所測得的數據進行對比分析，可以得到以下結論：

混凝土澆筑完成后，未進行振搗之前，側壓力基本呈現隨高度增加而增加的趨勢，但其實際測得值遠小于理論靜止流體的側壓力值，并且測試值有上下波動。分析其原因主要是由于未經振動的混凝土中存在大量空隙，分布不均勻，部分模板甚至沒有接觸到混凝土，造成壓力測試上的偏差。

無論混凝土的坍落度是大還是小，在振動狀態下，側壓力最大值與理論靜壓力值高度吻合，誤差基本控制在10%以內，說明此時混凝土基本處于完全流動狀態，最大值與坍落度沒有明顯的相關性。

從圖6～圖8中得到一個相同的結論：雖然混凝土的側壓力在振動狀態下與坍落度不相關，但在非振動狀態下還是表現出明顯的區別。坍落度愈大，則振動前和振動剛結束時，其側壓力值明顯高于坍落度小的情況。

振動結束后，混凝土側壓力值下降，澆筑寬度大，側壓力下降較少，寬度小的側壓力則下降較多，其原因應該是澆筑寬度較小的狀況下，混凝土的自立性較強，一旦撤出振動力后，由于混凝土自持，側壓力下降較快。

混凝土凝結后，側壓力迅速下降至最低值，甚至多點出現負值，在排除設備自身的系統誤差因素后，主要原因在于混凝土凝結硬化后，自身體積的收縮對壓力盒施加了拉力，實際工程中則可認為此時混凝土對模板的側壓力降至零。

4 結語

本實驗采用了兩種不同的實驗設備進行測試，鋼筒模板應變測試系統和砌體模板壓力盒測試系統。從使用情況和測試數據上來看，兩者之間存在較大差異，各自都有優缺點，對于不同的情況有各自的適用性。

其中，鋼筒模板系統的模板整體剛度相對較小，鋼材對應變計有良好的適應性，單點測試值能較好反映壓力變化規律。1)優點：a.實驗模板制作簡便，準備時間相對較短；b.可以使用應變測量方式進行多點長時間測試，數據量大；c.測試設備簡單，只需要普通應變片即能完成測試，費用較低。2)缺點：整體剛度小，使得混凝土在澆筑過程中鋼筒發生局部變形，某些測點產生較大的壓應力，影響測試效果，甚至某顆粗骨料頂到應變片都會使其報廢。對于測得的數據，需要人工辨別是否正常，剔除明顯不正確的測點。

相反，砌體模板系統剛度大，不易變形，測試壓力盒表面積大，能中和局部骨料的不均勻壓力，測試值更接近理論計算值。但安裝壓力盒的過程較復雜，工時花費多，且壓力盒價格較應變片大，費用較高，對于小型實驗來說，使用量不能過多，連續監測的能力也沒有應變儀好。

綜合以上兩種系統的分析結論，建議在進行測定混凝土側壓力的實驗中，可以有針對性的選擇方案，實驗目的偏重于分析規律性的，則使用第一種方案；側重于數值準確性的，則可選擇第二種方案。

收稿日期：2015-09-15

★：浙江省住房和城鄉建設廳資助項目“負公差及組裝偏差對鋼構件承載力影響分析”(項目編號：2014Z022)；浙江建設職業技術學院科研資助項目“負公差對焊接H型鋼梁承載力影響分析”(項目編號：201408)

[1] 王旭峰,劉繼文.從地鐵橋墩立柱模板坍塌事故分析探討混凝土側壓力值.建筑技術,2009,40(8):734-737.

[2] 杜榮軍.混凝土工程模板與支架技術.北京:機械工業出版社,2004.

[3] Assaad J, Khayat.K.H. Effect of casting rate and concrete temperature on formwork pressure of self-consolidating concrete.Material sand Structures,2006(39):333-341.

[4] 沈觀林.應變電測與傳感器技術的發展及其在工程結構中的應用.工程力學，2004(S1):164-179.

[5] 韋四江,王大順,郜進海,等.微型土壓力盒的標定及修正.地下空間與工程學報，2009(5)：1003-1006.

Research on test technology of concrete lateral pressure★

Pan Jianyun1Liu Guohua2Yang Bo3Sun Haitao1Zhang Xin1

(1.SchoolofLandscapeArchitecture,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an311300,China;2.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China;3.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangSCI-TECHUniversity,Hangzhou310018,China)

Analyzes the lateral pressure of the fresh concrete on template, and introduces two easily-operate testing devices. By comparing the measured values with the theoretical value, it was verified the effectiveness of the device. Experimental results show that the strain testing device capable of reacting lateral pressure variation, pressure testing device measured value and a value close to the theoretical analysis.

fresh concrete, templates, test equipment, lateral pressure

2015-09-11

★:國家自然科學基金青年基金(項目編號：11202188)；浙江農林大學實驗技術與管理研究項目(項目編號：SYB1310)

潘劍云(1982- )，男，實驗師； 劉國華(1963- )，男，博士生導師，教授； 楊 博(1978- )，男，副教授； 孫海濤(1964- )，男，副教授； 張 欣(1982- )，男，實驗師

1009-6825(2015)33-0037-04

TU528

A