自應力混凝土在鋼筋限制下的應力計算

蔣志新

【摘 要】在不同配筋率的鋼筋限制作用下，通過實驗得出自應力混凝土的變形隨時間的變化關系，繪出限制變形與時間的關系曲線；通過曲線分析，限制變形與時間的發展規律，并通過自應力混凝土產生自應力的機理闡述該發展規律的產生原因；通過變形協調關系得出不同配筋下自應力混凝土的自應力計算公式，計算本實驗配筋率不同時自應力值得大小。

【關鍵詞】自應力混凝土；鋼筋限制；自應力計算

Since stress reinforced concrete restrictions under stress calculations

Jiang Zhi-xin

（Tongji University Shanghai 200092）

【Abstract】Under the effect of different reinforcement ratio of reinforced restrictions， through experiment from the stress of concrete deformation change over time ，Draw the curve of deformation and time limit ；Through the curve analysis， deformation and time limit of the law of development ，And through the stress mechanism of self-stressing concrete in this paper， the reasons for the law of development；Through the deformation coordination of self-stressing concrete under different reinforcement stress calculation formula，Calculate the experiment reinforcement ratio and the stress is worth not size

【Key words】Self-stressing concrete；Reinforced limit；Calculation of self-stressing concrete

1. 引言

自應力混凝土主要是依靠混凝土自身的作用，在其中生成鈣礬石（即硫鋁酸鈣水化產物）之后，通過混凝土和鋼筋的粘結性能來張拉鋼筋，（可以根據鋼筋不同的配置方向作多向的張拉）而后在混凝土中形成一定由化學能產生的的預壓應力，這種預壓應力又叫化學預應力，這樣就可以與廣泛使用的機械預應力進行區別。這種自應力即可以減少混凝土裂縫的產生，還可以提高結構、構件的工作性能。膨脹混凝土具有斷面小、低溫硬化、自重輕、快硬早強、抗滲性優越、后期強度高等優點。適應于貯罐、地下防水、港口工程以及冬季工程中推廣使用[1～3]。眾多國內學者對自應力混凝土鋼筋限制作用下的下的自應力混凝土的力學性能或者鋼筋鋼纖維共同限制作用時自應力混凝土的力學性能都作了多方面的研究[4～5]，同時對自應力混凝土在鋼筋限制作用下的自應力值的計算基本達到了共識，本文主要是進行自應力混凝土在鋼筋限制作用下的不同配筋率的自應力計算。

2. 不同配筋下鋼筋限制膨脹與齡期的關系

2.1 隨著齡期的不同限制變形產生著不同的變化，本文在31天范圍下測得的鋼筋限制變形與齡期的試驗數據如圖1所示，其中AO-1代表配筋率為0.56的試件，A1-1代表配筋率為1.12的試件，A3-1代表配筋率為1.54的試件，A4-1代表配筋率為2.01的試件，A5-1代表配筋率為2.55的試件。，

2.2 通過以上不同配筋率下限制膨脹與齡期的關系試驗數據可以看出在，自應力混凝土在鋼筋限制作用下，雖然配筋率不同，但是其限制膨脹變形隨著齡期（天）變化規律基本相同，大都經歷了以下三個階段：

2.2.1 塑性變形階段：

（1）本階段大致為1～2天，鋼筋在單向的限制下，鋼筋的方向上膨脹變形基本沒有產生，但是限制變形在非限制方向上會產生，所以此時對縱向鋼筋上自應力混凝土產生的膨脹不會產生有效地張拉，那么在鋼筋限制方向上自然就不會產自應力。在這個期間鋼筋的限制膨脹并沒有產生自應力，所以是無效膨脹，但是無效膨脹不可以太大，否則自應力混凝土就會有大量的膨脹能被多大的無效膨脹消耗掉，這樣會減少有效膨脹能。

（2）本階段之所以處于塑性狀態主因是自應力混凝土在水化初期的原因，本試驗采用的硫鋁酸鹽自應力水泥（S.SAC），是以硅酸二鈣和無水硫鋁酸鈣為主要礦物成分的熟料，配以一定量的石膏后細磨制成的強膨脹性水硬性膠凝材料。其與水產生的化學反應的主要產物是水化硅酸鈣膠凝、水化氧化鋁膠凝和鈣礬石。其中鈣礬石晶體（膨脹組分）形成最早，作為水化硅酸鈣膠凝（強度組分）形成的速度比鈣礬石晶體要慢，但是這兩種成分自應力水泥水化后的產物會共同存在，只是二者成分隨著齡期的增加它存在多少的過程。

2.2.2 膨脹變形階段：本階段經歷大約為2～12天內，2～3天后逐步形成水化硅酸鈣膠凝，這樣自應力混凝土便具有了一定的強度，這時在限制方向上就會有彈徐變和塑性回縮變形。前兩者的變形相對于自由膨脹變形比較小，故短期齡期內可以忽略不計，較明顯的是自應力混凝土的膨脹變形，并且隨著齡期而增加。在鋼筋的限制方向上自應力混凝土與鋼筋的粘結強度也提高了，無效膨脹降低，同時有效膨脹增加。

2.2.3 徐變和膨脹相互影響階段：本階段開始大約在13天，這時作為膨脹組分的鈣礬石，其吸水膨脹和結晶基本完成，那么膨脹變形增加的速度也較慢。但徐變也在逐步增大，自應力混凝土的強度也有了較大的提高，徐變與膨脹相互影響。從圖1可以看出隨齡期的增加限制變形進行而上下波動，但總體上來說，其波動幅度較小，最后趨向于穩定狀態。endprint