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?！敝改线€要求進(jìn)行“錨固端長度試驗(yàn)或直接荷載試驗(yàn)。”因?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 對鋼筋的粘結(jié)性和抗彎性。P C I N 是通過了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 中的傳遞長度和錨固所需的延伸長度。
背 景
傳遞長度是指將預(yù)應(yīng)力有效地從鋼筋傳遞到混凝土所需的距離；延伸長度是構(gòu)件抵抗外部荷載所需的錨固長度。當(dāng)外部荷載作用于受彎構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件是通過增加內(nèi)部抗拉與抗壓能力來提高抗彎能力的。鋼筋的抗拉能力是通過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 是美國混凝土研究所）和A A S H T O （美國國家高速公路協(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)范表述的傳遞長度和錨固長度是根據(jù)對普通混凝土所做的試驗(yàn)得出的。
傳遞長度：
Ltr=fsedb/3 （ 1）
延伸長度：
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)。
新拌混凝土的評價(jià)——在樣品的澆筑期間，要對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)則中給出了評價(jià)新澆筑S C C 質(zhì)量的方法。
在澆筑過程中對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)行了測試。
坍落度試驗(yàn)用來評價(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)用來評價(jià)S C C 的通過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)對測量的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。為了測量S C C 澆筑后一天的抗壓強(qiáng)度，需要對樣品施加初期荷載。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。
傳遞長度的測量
應(yīng)用M a s t 的鋼筋滑動(dòng)理論，通過試驗(yàn)確定梁的傳遞長度。在構(gòu)件端部可以測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?！ ?/P>
試驗(yàn)機(jī)鋼塊到鋼筋束標(biāo)志之間的距離用千分表測量，千分表的精度為0.001in（0.025mm），見圖7 。此值作為卸載后測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)端部滑移量的測量值，用下式計(jì)算傳遞長度：
Δ=avg fsiLtr/Eps
式中Δ是端部滑移量或測量的鋼筋上的標(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)傳遞長度下的平均初始鋼筋應(yīng)力（單位是ksi1，1ksi=6.895MPa）；Ltr 是傳遞長度（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
則傳遞長度為:
Ltr=ΔEps/（0.5fsi）
樣品類型
制作了1 2 個(gè)單筋、錨固長度不同的加長樣品用于試驗(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。單筋樣品用于評價(jià)兩種錨固長度。有兩種不同截面的樣品， 以便評價(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 要求在低于延伸長度的構(gòu)件中或接合部，新拌混凝土中錨固長度大于1 2 i n的水平鋼筋的延伸長度要乘以1 . 3 。A A S H T O 在計(jì)算傳遞長度時(shí)也對鋼筋延伸長度使用了相同的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。
