核心混凝土缺陷对钢管混凝土构件徐变影响规律及预测模型研究学习体会

文献概况

本文发表于《材料导报》2021年第35卷第4期，由兰州交通大学张戎令等完成，受国家自然科学基金（51768033、52068042）和长江学者创新团队发展计划滚动支持。研究针对钢管混凝土构件中核心混凝土存在的空洞、脱粘等缺陷类型，通过徐变试验揭示了缺陷对构件长期变形行为的影响规律，并提出了修正预测模型。

核心观点解读

该文献的核心贡献在于首次系统地将钢管混凝土构件的缺陷类型与徐变行为建立关联，并针对不同缺陷类型选择了最适用的徐变预测模型。

缺陷类型与徐变增强的机理分析

脱粘缺陷的特殊性

脱粘缺陷的徐变增强机理与其他缺陷有本质区别。在正常钢管混凝土构件中，钢管与核心混凝土之间存在有效的相互作用力，钢管对混凝土施加环向约束压力，抑制混凝土的横向膨胀和徐变变形。当钢管内壁与混凝土之间出现脱粘时，这种约束作用被削弱甚至丧失，核心混凝土在持续荷载下将产生更大的徐变变形。

从钢管制造的角度看，脱粘缺陷的产生往往与以下因素有关：钢管内表面涂层残留物（如防锈油、脱脂剂）未彻底清除；钢管内壁粗糙度过低导致混凝土与钢管的粘结力不足；浇筑过程中振捣不充分导致钢管底部出现空腔。

与工程实践的结合

钢管内表面处理对粘结质量的影响

在钢管混凝土构件的施工中，钢管内壁的处理质量直接决定了钢管与混凝土之间的粘结效果。根据JGJ/T 222《钢管混凝土结构技术规程》的要求，钢管内壁应进行除锈处理，除锈等级不低于St2级，必要时可采取机械锚固措施增强粘结。

从钢管制造端来看，以下工艺环节需要特别关注：

• 无缝钢管的酸洗钝化质量：残留的酸洗液或钝化膜可能降低混凝土与钢管的粘结强度。
• 焊接钢管的焊缝内侧处理：焊缝内侧的余高和未熔合缺陷可能成为脱粘的起始点。
• 钢管内壁的脱脂清洗：残留的脱脂剂（如硅烷偶联剂）若用量不当，反而可能形成隔离层。

混凝土浇筑工艺的关键控制点

预测模型的工程适用性分析

文献对比了ACI 209和B3两种主流徐变预测模型对缺陷钢管混凝土构件的适用性。ACI 209模型基于经验公式，计算简便但对缺陷工况的适应性有限；B3模型基于龄期硬化理论，能更准确地反映混凝土徐变的时间发展规律，尤其适用于脱粘缺陷工况。

在实际工程应用中，对于大跨度和长周期服役的钢管混凝土结构（如桥梁、高层建筑核心筒），徐变变形的预测精度直接关系到结构长期性能评估的可靠性。建议在实际项目中采用修正后的预测模型，并结合现场监测数据进行验证。

关键疑问与思考

1. 文献中仅考虑了空洞和脱粘两种缺陷类型，实际工程中还存在钢管内表面锈蚀层、混凝土局部强度不足等更复杂的缺陷形态，这些复合缺陷的徐变增强效应如何叠加？
2. 在长期服役条件下，钢管自身的蠕变（尤其是高温工况下的不锈钢管）与混凝土徐变的耦合效应尚未得到充分研究。
3. 钢管壁厚对脱粘缺陷的徐变增强效应有何影响？薄壁钢管的约束能力是否显著弱于厚壁钢管？

学习心得与启示

该文献的研究思路体现了"缺陷容忍"和"性能预测"两个重要工程理念。在实际工程中，完全消除缺陷是不现实的，关键在于准确评估缺陷对结构性能的影响程度，并采取相应的补救措施。对于钢管混凝土构件而言，钢管内表面的处理质量是决定粘结效果的核心因素，这要求钢管制造企业在酸洗、脱脂、涂覆等工序中建立严格的质量控制体系。同时，徐变预测模型的修正方法——针对不同缺陷类型选择不同基准模型并引入修正系数——也为钢管产品质量分级评价提供了方法论启示：不同缺陷类型对结构性能的影响机制不同，应采用差异化的评价标准。