基于溫度-應(yīng)力試驗的水工混凝土抗裂性評價.pdf

1、我國水利水電工程建設(shè)正迎來新的高峰期，高壩大庫建設(shè)高度關(guān)注混凝土的溫度裂縫問題。本文結(jié)合我國水利水電工程建設(shè)對高抗裂混凝土的要求，針對現(xiàn)有混凝土綜合抗裂性評價試驗方法存在的不足，擬建立一種基于溫度-應(yīng)力試驗的新型水工混凝土抗裂性評價方法與體系。
　　通過國內(nèi)外大量的溫度-應(yīng)力試驗研究結(jié)果的調(diào)研，結(jié)合作者長期開展的溫度-應(yīng)力試驗的經(jīng)驗，系統(tǒng)闡述了溫度-應(yīng)力試驗法的特點和適用范圍、溫度-應(yīng)力試驗混凝土性能參數(shù)的涵義，并對溫度-應(yīng)力試驗

2、設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和功能指標(biāo)提出了系統(tǒng)的要求;建立了溫度-應(yīng)力試驗的一般流程。采用溫度-應(yīng)力試驗機開展溫度-應(yīng)力試驗，部分混凝土采用B4Cast三維有限元分析軟件模擬得到的溫度曲線作為溫度應(yīng)力試驗的溫度匹配養(yǎng)護(hù)曲線。
　　主要開展了以下的研究:
　　1)水泥品種及摻合料摻量對水工混凝土抗裂性影響
　　研究了低熱水泥和中熱水泥對C9060混凝土抗裂性能的影響。采用等強度設(shè)計原則進(jìn)行配合比設(shè)計時，水泥品種對混凝土的軸拉性能的影

3、響差別不大。低熱水泥混凝土的絕熱溫升比中熱水泥混凝土約低2℃。中熱水泥混凝土的開裂溫度比低熱水泥混凝土的開裂溫度高9℃～10℃、開裂溫降低5℃～7℃，開裂應(yīng)力約大0.4MPa，第二零應(yīng)力溫度高3℃～6℃，開裂時間早15 h～20h。低熱水泥混凝土的綜合抗裂性顯著優(yōu)于中熱水泥混凝土。
　　研究了粉煤灰摻量分別為20％、30％、40％、50％的C9050混凝土的抗裂性能。粉煤灰摻量越大，3d軸拉強度越低;粉煤灰摻量對混凝土的長期軸拉性

4、能無明顯影響。在30％～50％摻量范圍，粉煤灰摻量每增加10％，開裂溫降分別增大3.0℃、8.9℃;開裂溫度依次減小，開裂應(yīng)力依次增大。
　　研究了5％和8％硅粉摻量對C9060、C9050混凝土抗裂性能的影響。隨著硅粉摻量的提高，混凝土的軸拉彈模減小，極限拉伸值增大。在兩種強度等級下，與8％硅粉摻量的混凝土相比，5％硅粉摻量混凝土的開裂溫降大0.6℃～7.2℃。開裂應(yīng)力高0.34MPa～0.39MPa，第二零應(yīng)力溫度低0.5℃～

5、2.0℃，開裂時間晚3.8h～15.2h。5％硅粉摻量的混凝土的抗裂性較優(yōu)。
　　2)骨料品種對水工混凝土抗裂性的影響
　　針對錦屏一級電站大壩混凝土原材料優(yōu)選的工程需求，采用溫度-應(yīng)力試驗，研究雅礱江流域水電開發(fā)所采用的正長巖、大理巖、玄武巖和砂巖4種骨料對大壩混凝土綜合抗裂性的影響。
　　骨料品種對混凝土的開裂溫度有著顯著的影響。骨料對混凝土的約束試件累積彈性變形、約束應(yīng)力及徐變性能的影響主要與骨料的彈性模量、線膨

6、脹系數(shù)有關(guān);骨料對混凝土溫升值影響不明顯。
　　溫度-應(yīng)力試驗綜合考慮了在實際的溫濕度歷史下混凝土的變形發(fā)展規(guī)律，溫度-應(yīng)力試驗測得的不同階段綜合變形系數(shù)更能反映實際的大壩混凝土變形響應(yīng)。
　　利用溫度-應(yīng)力試驗考察骨料品種對混凝土早齡期抗裂性的綜合評價，以開裂溫度作為評價指標(biāo)，抗裂性排序依次為正長巖＞大理巖＞玄武巖＞砂巖。
　　3)溫度歷程對水工混凝土抗裂性的影響
　　采用絕熱模式、溫度匹配養(yǎng)護(hù)模式、恒溫模式等

7、三種溫度控制模式進(jìn)行混凝土的抗裂性能對比研究。在不同溫度歷程下，混凝土表現(xiàn)出來的抗裂性能是不同的。絕熱模式高估了實際混凝土結(jié)構(gòu)物的降溫起始點、低估了混凝土的抗裂能力，夸大了不同混凝土之間抗裂性的差異;恒溫養(yǎng)護(hù)模式下，壓應(yīng)力對抗裂性的有利影響得不到體現(xiàn)，抗裂性的差異源自混凝土本身的抗力差異，混凝土的軸拉性能和徐變性能起主導(dǎo)作用。溫度匹配養(yǎng)護(hù)模式合理地體現(xiàn)了實際結(jié)構(gòu)物的溫度歷程對應(yīng)力和開裂溫度的影響。
　　4)抗裂劑對水工混凝土抗裂性

8、的影響
　　采用自主開發(fā)的抗裂劑，復(fù)合內(nèi)部濕養(yǎng)護(hù)和補償收縮技術(shù)，對比了兩組不同水膠比和不同礦物摻合料摻量的摻抗裂劑混凝土的抗裂性能。
　　抗裂劑中含有吸水高分子顆粒、膨脹組份及功能性組份?？沽褎π掳杌炷凉ぷ餍杂绊懖淮蟆娇沽褎┖蠡炷恋目箟簭姸嚷杂薪档?、極限拉伸值有所提高。
　　抗裂劑顯著地改善了混凝土的綜合抗裂性能，增大了混凝土升溫階段的壓應(yīng)力，降低了降溫階段拉應(yīng)力發(fā)展速率，降低了混凝土的開裂溫度，提高開裂溫降1

9、0℃以上，延長了混凝土的開裂時間;同時，抗裂劑明顯降低了混凝土的干燥收縮。
　　5)施工工藝對水工混凝土抗裂性的影響
　　以水工抗沖耐磨大體積混凝土為例，研究了不同施工工藝對水工混凝土抗裂性的影響。主要考察了強度等級為C9060、C9050的泵送與常態(tài)混凝土的抗裂性能。
　　與常態(tài)混凝土相比，泵送混凝土的軸拉強度低、軸拉彈模低、極限拉伸值大、干縮值大、自生體積收縮變形值大。泵送混凝土的絕熱溫升值比常態(tài)混凝土平均高6.3

10、℃，單方膠凝材料用量每增加10kg，絕熱溫升約升高1.4℃。
　　在溫度匹配試驗?zāi)Ｊ较?，與泵送混凝土相比，常態(tài)混凝土開裂溫降增大3℃以上，開裂溫度低8℃左右;同時，開裂時間延長，第二零應(yīng)力溫度降低。常態(tài)混凝土的綜合抗裂性優(yōu)于泵送混凝土。
　　6)混凝土早齡期性能
　　引入第一零應(yīng)力時間作為有效變形的起測點，建立了基于等效齡期并考慮溫度影響的混凝土自生體積變形的數(shù)學(xué)模型;實現(xiàn)了溫度變形與自生體積變形的分離。提出了分兩個階