自流平混凝土（S C C ）在工程中得到了迅速的推廣應(yīng)用。自流平混凝土依靠自身重量穿過(guò)密集的鋼筋填充空隙，而不需要振搗，特別適用于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
預(yù)制/ 預(yù)應(yīng)力混凝土研究所編制的自流平混凝土應(yīng)用指南中要求“對(duì)新拌的S C C 要進(jìn)行鋼筋粘結(jié)力試驗(yàn)，以檢查S C C 對(duì)鋼筋的粘結(jié)力要等于或好于使用同類鋼筋的普通混凝土。”指南還要求進(jìn)行“錨固端長(zhǎng)度試驗(yàn)或直接荷載試驗(yàn)?！币?yàn)镾 C C在澆筑期間不需要外部振搗，一些工程師擔(dān)心S C C對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的粘結(jié)力是否可靠。
工程中遇到的問題
堪薩斯交通部（K D O T ）希望在橋梁構(gòu)件上使用S C C 來(lái)提高美觀性和鋼筋密集區(qū)域混凝土的質(zhì)量。因?yàn)樵跐仓 型構(gòu)件時(shí)，其翼緣的模板處容易存留空氣，使混凝土上表面形成麻面，如圖1所示。如果使用自流平混凝土，就可以避免這類質(zhì)量問題。
在橋梁上允許使用S C C 之前，當(dāng)?shù)厥┕し娇八_斯洲Newton 市的預(yù)應(yīng)力混凝土公司（PCIN）要求研究S C C 對(duì)鋼筋的粘結(jié)性和抗彎性。P C I N 是通過(guò)了PCI 認(rèn)證允許生產(chǎn)橋梁構(gòu)件的公司。PCIN 研制了S C C 的配合比。
由于S C C 不需要外部振搗，K D O C 所關(guān)心的是S C C 與預(yù)應(yīng)力鋼筋的粘結(jié)力能否達(dá)到普通混凝土同樣的效果。需要研究預(yù)應(yīng)力鋼筋在S C C 中的傳遞長(zhǎng)度和錨固所需的延伸長(zhǎng)度。
背 景
傳遞長(zhǎng)度是指將預(yù)應(yīng)力有效地從鋼筋傳遞到混凝土所需的距離；延伸長(zhǎng)度是構(gòu)件抵抗外部荷載所需的錨固長(zhǎng)度。當(dāng)外部荷載作用于受彎構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件是通過(guò)增加內(nèi)部抗拉與抗壓能力來(lái)提高抗彎能力的。鋼筋的抗拉能力是通過(guò)錨固端的錨固力和鋼筋與周圍混凝土之間的粘結(jié)力實(shí)現(xiàn)的。
目前的ACI318 規(guī)范（ACI 是美國(guó)混凝土研究所）和A A S H T O （美國(guó)國(guó)家高速公路協(xié)會(huì)與交通局）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都不強(qiáng)調(diào)S C C 用于預(yù)應(yīng)力混凝土。A C I 3 1 8 規(guī)范表述的傳遞長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度是根據(jù)對(duì)普通混凝土所做的試驗(yàn)得出的。
傳遞長(zhǎng)度：
Ltr=fsedb/3 （ 1）
延伸長(zhǎng)度：
Ldev= fsedb/3+（fps-fse）db （ 2）
式中d b 為鋼筋直徑（單位in）；
f se 為施加預(yù)應(yīng)力的鋼筋損失允許的部分應(yīng)力后的有效應(yīng)力（單位ksi）；
fps 為預(yù)應(yīng)力筋的計(jì)算最大極限應(yīng)力（單位ksi）。
A A S H T O 還要求對(duì)預(yù)制/ 預(yù)應(yīng)力梁在使用公式（2 ）進(jìn)行計(jì)算時(shí)還要乘以1.6 的系數(shù)。
堪薩斯洲大學(xué)對(duì)表1 和表2 所列的大體積混凝土進(jìn)行了拔出試驗(yàn)。結(jié)果表明，S C C 的初始滑動(dòng)荷載和最大荷載都低于Logan 要求的混凝土（表3 和表4）
Logan 要求所有直徑1/2in（13mm）的鋼筋的平均抗拔強(qiáng)度應(yīng)為36kip（160kN），6 個(gè)樣品的最大變異系數(shù)為1 0 %。
Logan 還提出了附加要求，即鋼筋直徑為1/2in時(shí)的最小平均初始可見滑動(dòng)時(shí)的荷載值為1 6 k i p（71kN）。此外，PCIN 建議的SCC 初期滑動(dòng)荷載和最大拔出荷載低于16 kip和36 kip（160kN）。在LBPT所做的梁的受彎試驗(yàn)中使用的相同的帶肋鋼筋，顯示了較好的粘結(jié)力。這種鋼筋可考慮為控制筋。
試驗(yàn)程序
根據(jù)L B P T 的初期結(jié)果，需要試驗(yàn)確定全比例鋼筋延伸長(zhǎng)度，進(jìn)一步研究S C C 與預(yù)應(yīng)力鋼筋的組合特性。因此，K D O T 建立了評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力S C C 構(gòu)件的試驗(yàn)程序。
材料特性
所有抗彎試驗(yàn)樣品中的預(yù)應(yīng)力鋼筋都要符合L B P T 的試驗(yàn)程序要求。鋼筋質(zhì)量試驗(yàn)使用L o g a n建議的混凝土，而不是S C C 。表5 是試驗(yàn)結(jié)果。初期滑動(dòng)時(shí)的荷載平均值為21.6kip（96.1kN），平均最大荷載為39.6kip（176kN）。這些值都大于要求的最小值16kip（71kN）和36 kip（160kN）。所以，這些鋼筋可以用于這項(xiàng)試驗(yàn)。這些鋼筋都涂有防銹漆并用于所有的抗彎試驗(yàn)。
新拌混凝土的評(píng)價(jià)——在樣品的澆筑期間，要對(duì)S C C 進(jìn)行試驗(yàn)以確定其工作性能。澆筑時(shí)，并沒有現(xiàn)成的用于SCC 試驗(yàn)的ASTM 標(biāo)準(zhǔn)，但是PCI 的預(yù)制/ 預(yù)應(yīng)力自流平混凝土內(nèi)部導(dǎo)則中給出了評(píng)價(jià)新澆筑S C C 質(zhì)量的方法。
在澆筑過(guò)程中對(duì)S C C 的坍落度、粘度指數(shù)（圖
2）、J 環(huán)試驗(yàn)（圖3）和L 盒試驗(yàn)（圖4）進(jìn)行了測(cè)試。
坍落度試驗(yàn)用來(lái)評(píng)價(jià)自流平混凝土靠自重變形的能力，J 環(huán)試驗(yàn)和L 盒試驗(yàn)用來(lái)評(píng)價(jià)S C C 的通過(guò)能力和塊體抵抗能力。坍落度試驗(yàn)和J 環(huán)試驗(yàn)的差異不超過(guò)2in（50mm）；L 盒試驗(yàn)見于預(yù)制/ 預(yù)應(yīng)力自流平混凝土內(nèi)部導(dǎo)則中。L 盒試驗(yàn)的h 2 / h 1建議為0.8~1.0，（h2 是L 盒試驗(yàn)中混凝土樣品的高度，h 1 是長(zhǎng)度）。但是在工業(yè)規(guī)范中沒有給出這個(gè)比值。
硬化后的混凝土特性——根據(jù)A S T M 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量的S C C 的試驗(yàn)結(jié)果分析計(jì)算了抗壓強(qiáng)度和彈性模量。為了測(cè)量S C C 澆筑后一天的抗壓強(qiáng)度，需要對(duì)樣品施加初期荷載。制作了三個(gè)4in × 8in（100mm× 200mm）的圓柱形樣品。圖5 是典型的SCC 抗壓強(qiáng)度—時(shí)間曲線。
傳遞長(zhǎng)度的測(cè)量
應(yīng)用M a s t 的鋼筋滑動(dòng)理論，通過(guò)試驗(yàn)確定梁的傳遞長(zhǎng)度。在構(gòu)件端部可以測(cè)量出鋼筋端部的滑動(dòng)值。在卸荷之前，先用鋸在鋼筋上鋸出一個(gè)標(biāo)志，該標(biāo)志距離混凝土樣品約1in（25mm），見圖6。
試驗(yàn)機(jī)上夾持鋼筋束的鋼塊一般夾住鋼筋束末端處0.5in（12.7mm）就可以了。
試驗(yàn)機(jī)鋼塊到鋼筋束標(biāo)志之間的距離用千分表測(cè)量，千分表的精度為0.001in（0.025mm），見圖7 。此值作為卸載后測(cè)量鋼筋端部滑移量的基準(zhǔn)值。隨后要記錄樣品試驗(yàn)的時(shí)間。根據(jù)端部滑移量的測(cè)量值，用下式計(jì)算傳遞長(zhǎng)度：
Δ=avg fsiLtr/Eps
式中Δ是端部滑移量或測(cè)量的鋼筋上的標(biāo)志到樣品端面之間的鋼筋彈性縮短量（單位是i n ）；
avg fsi 是預(yù)應(yīng)力釋放后相應(yīng)傳遞長(zhǎng)度下的平均初始鋼筋應(yīng)力（單位是ksi1，1ksi=6.895MPa）；Ltr 是傳遞長(zhǎng)度（單位是in）；Eps是鋼筋的彈性模量（單位是ksi，1ksi=6.895MPa）。假定在梁端部的鋼筋應(yīng)力從0 變化到應(yīng)力曲線的直線段的頂點(diǎn)：
Δ=0.5 fsiLtr/Eps
則傳遞長(zhǎng)度為:
Ltr=ΔEps/（0.5fsi）
樣品類型
制作了1 2 個(gè)單筋、錨固長(zhǎng)度不同的加長(zhǎng)樣品用于試驗(yàn)研究。由于人工操作的誤差，只有1 1 個(gè)樣品做到了破壞。單筋樣品用于評(píng)價(jià)兩種錨固長(zhǎng)度。有兩種不同截面的樣品， 以便評(píng)價(jià)所謂的“頂部——鋼筋”效應(yīng)，在鋼筋以下澆筑1 2 i n 或
更厚的混凝土。A C I 要求在低于延伸長(zhǎng)度的構(gòu)件中或接合部，新拌混凝土中錨固長(zhǎng)度大于1 2 i n的水平鋼筋的延伸長(zhǎng)度要乘以1 . 3 。A A S H T O 在計(jì)算傳遞長(zhǎng)度時(shí)也對(duì)鋼筋延伸長(zhǎng)度使用了相同的1.3 的倍數(shù)。
第一類樣品的橫截面為8in × 12in 的矩形。單筋梁樣品的代號(hào)為SSB（Single-Strand Beam）。截面內(nèi)包括單根預(yù)應(yīng)力筋，深度d p 為10in，見圖8 。此
樣品的寬度大于Logan 使用的寬為6.5in 的樣品，為的是提供更大的剪力。由于沒有剪力筋，因此希望樣品的截面盡量大一些。 在正常的受彎情況下，鋼筋束的應(yīng)變約占應(yīng)變計(jì)算結(jié)果的2.94%。此值低于Buckner 要求的加長(zhǎng)樣品的最小應(yīng)變值3.5% 的要求，并大于Logan 根據(jù)單筋梁受彎試驗(yàn)，在鋼筋斷開、樣品破壞時(shí)計(jì)算得到的2 . 0 % 的結(jié)果。
頂部鋼筋束梁（TSBs）的樣品用來(lái)估計(jì)頂部鋼筋束的影響。這些樣品寬3in，高24in，見圖9。樣品中的鋼筋到樣品底面的距離為2 2 i n ，遠(yuǎn)大于AASHTO 要求延伸長(zhǎng)度乘以1.3 后得到的12in 的高度。在跨中使用了泡沫聚苯乙烯塊，使高度從24in減小到12in，見圖9 和圖10。
多股鋼筋束，延伸長(zhǎng)度的樣品——除了單筋樣品外，還制作了四個(gè)多股鋼筋束的樣品，以便研究其延伸長(zhǎng)度的影響。樣品做成T 形，以便在鋼筋正常的彎矩范圍內(nèi)，樣品能提供產(chǎn)生較大拉應(yīng)力所需的受壓區(qū)。計(jì)算的應(yīng)變大于3.5%，該T 形梁記為TB。在橫截面高度19in 處有5 根底筋，橫截面全高為21in，受壓翼緣的寬度為36in，見圖11。在距中心6 i n 的鋼筋網(wǎng)和翼緣處使用了直徑為半i n（1 3 m m ）的剪力筋，以滿足A C I 的剪力要求，見圖12。
