混凝土弹性模量影响因素分析及运用研究

庞建伟

摘要：弹性模量是混凝土结构重要的力学性能，反映混凝土所受应力与所产生应变之间的关系，是计算钢筋砼温度应力所必需的参数之一。在施工过程中，经常出现混凝土强度达到设计要求而弹性模量偏低，使混凝土构件变形较大而不能正常使用，一般来说混凝土材料的强度、弹性模量等特性会随时间的延续呈规律性变化，本文旨在分析混凝土弹性模量的影响因素以及具体运用方略。

关键词：混凝土弹性模量；影响因素；应用

引言

作为混凝土结构设计的重要依据，弹性模量是钢筋混凝土结构的重要的力学性质，反映混凝土所受应力与所产生应变之间的关系.按照传统的方法，通常要对混凝土试件进行28d标准养护，通过测试，方可获得弹性模量.对于施工现场来说，在获悉弹性模量之前，常常已经浇灌了某种配合比的大量的混凝土，而不知道它是否满足要求.相反，如果能在浇筑混凝土后数小时内得到其预期的28d弹性模量，就可以采取包括调整配合比等措施来控制混凝土的质量.采用压电阻抗技术预测混凝土的早期弹性模量，对提高施工质量和进度具有实用价值.压电陶瓷电-机阻抗技术以其对结构初始损伤敏感、对外界环境影响的免疫力强等特点得到了越来越多的关注。

1、混凝土弹性模量的影响因素分析

1.1、骨料颗粒形状对混凝土弹性模量的影响

碎石的粒形和针片状对弹性模量有一定影响。用颗粒级配均匀、针片状少的骨料可提高混凝土弹性模量。

1.2、骨料材质对混凝土弹性模量的影响

用石灰石材质骨料拌制的混凝土比用花岗岩材质骨料拌制的混凝土的弹性模量要高得多，这可能与岩石的单轴压缩应力-应变特性有关，花岗岩属塑-弹性岩石，石灰石属弹-塑性或弹性岩石。

1.3、养护方式对混凝土弹性模量的影响

按基准混凝土配合比用量，采用不同碎石、不同养护方式制作试件进行试验。试件的养护方式分别为：方法一是标准养护14d；方法二是成型8h后蒸汽养护12h后自然养护共14d；方法三是随梁自然养护14d（室外温度在6℃～18℃之间，相对湿度小于40%）。从前文的论述之中可以看出，使用不同的养护方法，其对混凝土弹性模量的影响也会有所不同，而方法一的使用可以最大程度提升混凝土弹性模量，达到43.5mpa，随后的是方法二，在此方法之中使用了蒸汽养护，施工人员在蒸汽养护技术的应用过程中应当注重确保其配制强度应相比正常养护时高上许多，但是对于快硬水泥拌制的混凝土，工作人员不得对其进行蒸汽养护。

1.4、细集料对混凝土弹性模量的影响

液态渣的孔隙率、总孔隙均比普通砂小得多、且孔径分布也较细，因而与普通砂相比，液态渣的弹性模量要高。所以不同品种细集料对砂浆或混凝土弹性模量的影响最终表现出了差异。细集料品种不同，配制的砂浆、混凝土的弹性模量也随之不同，这种影响是非常明显的。把几种砂浆与普通砂的砂浆相比较，其弹性模量是呈现一个大幅下降的趋势，具体地，珍珠岩的砂浆平均可以降低60%左右，陶砂的砂浆平均降低约21%，而液态渣的砂浆则平均高出46%。而用液态渣来代替普通砂作细集料配制普通混凝土、陶粒混凝土，弹性模量值都平均提高了23%。

2、混凝土弹性模量的应用研究

2.1、抗压强度随龄期变化规律

标准养护混凝土28d的抗压强度，是评定施工混凝土强度的主要依据，而同条件养护混凝土强度主要用来评判下道工序可开始继续施工的间隔时间，对施工工期控制具有重要意义。

标准养护和同条件养护的泵送混凝土抗压强度，随龄期的增长规律是基本一致的，并且具有早强特性。前5d的增长快速，立方体抗压强度可达28d的80%以上，但轴心抗压强度相对较低，标准养护和同条件养护时分别达到了28d的75.2%和65.1%；7d龄期时，标准养护和同条件养护的立方体抗压强度分别达到了28d的82.4%和83.3%，轴心抗压强度分别达到了28d的81.6%和77.3%；14d龄期时各强度均达到了28d的88%以上。显然，在早龄期时同条件养护混凝土的轴心抗压强度发展有所滞后，但后期强度逐渐增长并趋近标准养护的混凝土强度，40d时相差已小于5%。后期混凝土强度趋于稳定，40d时为28d时的1.05倍左右。

2.2、轴心抗压和立方体抗压强度的关系

轴心抗压强度是混凝土结构设计指标，我国各专业混凝土结构设计规范对于混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度（标准养护28d）的关系均取正比关系。当混凝土强度等级不小于C50时，fcp=（0.76～0.82）fcu。因此，C50泵送混凝土的轴心抗压强度满足设计要求。

3、应用效果

实验室按调整后的配合比进行验证试验，混凝土拌合物工作性良好，14d、28d标准养护弹性模量分别为40.8GPa、44.8GPa，能满足施工要求。3个月的弹性模量数据进行统计，14d同条件混凝土弹性模量在38GPa～43GPa之间，28d标准养护混凝土弹性模量在43GPa～48GPa之间。对采用优化后配合比生产的第一片梁进行了静载试验，静活载挠跨比第一加载循环为1/2274，第二加载循环为1/2390（设计静活载挠跨比为1/1748，均为修正后数据）。2012年生产许可证上的梁静载试验，其静活载挠跨比第一加载循环为1/2324，第二加载循环为1/2457，满足设计要求。

笔者对国家规范测试弹性模量方法进行对比，分析其测试弹性模量方法的局限性，根据试验数据分析，可以得到以下结论：采用数据分析法测试弹性模量可以明显提高试验的有效性。数据分析法采用弹性模量的本质定义：应力和应变成线性关系来控制试验的有效性，更具有合理性。数据分析法通过对混凝土弹性模量计算的数据起点的确定，可以剔除由于压力试验机、试件自身质量缺陷以及变形测量仪器安装等所产生的不合理数据。数据分析法通过分级施加荷载，记录每一级荷载的试验数据，对试验结果的准确性更有把握。

4、改善措施

骨料的材質和养护方式对混凝土的弹性模量影响很大。采用颗粒级配均匀、针片状少的骨料，适当降低砂率，都可以提高混凝土的弹性模量，但是影响程度不大。梁场周边碎石厂多为花岗岩材质碎石，采用其他厂家碎石，试验结果与上述结果基本一致。为保证施工工期，确保预制梁按期张拉和保证梁体的刚度，同时考虑经济性和生产的方便性，梁场最终采取的改进方法是：不调整砂率，10mm～20mm碎石采用石灰石，5mm～10mm碎石采用花岗岩碎石，掺配比例为3∶7；要求碎石生产厂家改进工艺，提高碎石粒形的球形度；加强混凝土的养护工作，自然养护时加强覆盖和保湿并加大洒水次数；达到工艺细则中蒸汽养护条件时，必须进行蒸汽养护。

5、结语

混凝土是一种弹塑性材料，制约混凝土弹性模量因素很多，通过选择优质集料，优化配合比，控制混凝土中的集料浆体比，可有效控制混凝土的弹性模量，以保证混凝土建筑物的安全性、可靠性。

参考文献

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