大型水工建筑物的大体积混凝土的性质

大型水工建筑物的大体积混凝土的性质 , 叶;-小痘 《国外水电技术》1998年第3期 如f龟 大型水工建筑物的大体积混凝土的性质 1前言 7_/巴西 屈辱闻 TVqt “TV3/-彳 本文给出了建造十二座大坝的不同材料的大体积混凝土的试验成果, 共有四十种混凝土配合比,对于试验过程以及获得的试验值也作一个简要 描述. 研究了不同化学成分的水泥,火山灰以及各种不同矿物成分的骨料. 有些试验对最大尺寸骨料不同的混凝土进行测试,如应用于大坝及其附属 工程的混凝土.对于巴西不同地区和其他国家的骨料制成的混凝土 也进行 了调查研究. 2混凝土实验室的设备及试验结果 主要的实验室设备: 一 原子吸收分光光度计 一 x射线绕射 一 电子显微镜和光学显微镜 一 绝热量热器 一 徐变特性 一 渗透性 一 碱骨料反应室 一 应变量 一 大体积混凝土拌和机(1.5m) 一 保险楼板 一 散热系数 一 导热系数 一 比热 一 三轴试验室 大体积混凝土性能 试验结果如下: 一 典型混凝土配合比一表1 一 混凝土的抗压强度和弹性模量一表2 一 混凝土的热学性质一表3 一 徐变特性一表4 一 应变量一表4 3弹性模量 混凝土的弹性模量,徐变特性以及热膨胀系数均在封闭的园柱体试件 上测定,试件尺寸参照粗骨料的最大尺寸而定,并在试件中心埋设卡尔逊 (CarlSOil)应变计. 弹性模量试验按照美国材料试验学会(ASTM)规定的C-469方法所描 述的步骤进行.采用两个混凝土园柱体试件,在下述龄期:7天,28 天和9O天加荷至极限荷载的40%的情况下进行试验.某些普里西奥大坝 为47.4GPa;萨普卡亚大坝则为57.5CPa. 4热学性质 4.{热膨胀线性系数 一 34— 热膨胀线性系数的测定是在弹性模量试验中使用的同一个混凝土 园柱 体试件上进行的试验时将试件密封,防止湿气的损失或进入园柱体试 件的尺寸则由骨料的最大尺寸确定. 热膨胀试件的加温循环为:40?和21?;2l?和40?;40?和4O?. 其间的应变和温度则由埋设于试件中的卡尔逊应交计量测.热膨胀线性系 数由应变的变量除以湿度的变量而得出. 4.2绝热温升 试验使用的绝热量热器是全自动的,其构造与Pirtz研制的相似. 这种量热器能够测定混凝土的极贫配合比的绝热温升,有些极贫配合 比的混凝土的胶结材料总含量低于lOOkg/ma,并用磨细的高炉矿碴浇注 如同Pirtz所研制的量热器一样,试验中采用的量热器主要也由内外 两个舱组成.混凝土试件浇注在一个直径为50cm和高度为90cm的园柱形 容器内.这一容器最初由薄的黑铁皮制成;后来就采用可重复使用的塑料 容器.为防止漏水,须将容器的盖子盖紧. 供试验控制量测混凝土温度的电阻式温度计置放在混凝土试件里面, 而另一套电阻式温度计则放于内舱中间图1为混凝土容器和控制系统. 图1 4.3散热系数 将混凝土试件冷却后测出散热系数,试验方法参见恳务局:《混凝土 的热学性质:VII水泥和混凝土》66,86页和133,143页. 混凝土试件为直径20cm,高40cm的园柱体.对于胶结材料含量在 180kg/m以上,骨料最大尺寸超过38mm的富配合比,浇注的试件内有38mm 以上的粗骨料时,护面层的骨料须在38mm以上.至于贫配合比的混凝土, 试什将从整块的大体积混凝土上采用钻岩芯设备钻取. 混凝土岩芯将从大型的45X90cm的园柱体混凝土中钻取,或从绝熟 园柱体容器中钻取. 4.4比热 比热采用绝热量热器来测定.这种量热器能测出使一个园柱体试件的 温度升高所需的热量.量热器的构造基本与恳务局的《混凝土的热学性质: VII水泥和混凝土》26,27页以及u2,u7页所描述的相同.试验步骤 和比热计算则在同一资料的5.31E,5.3513中给出 温度对比热的影响 按照垦务局的《混凝土的热学性质:VII水泥和混凝土》资料,比热 将受试验中温度的影响试验结果显示了这,影响. 湿度对比热的影响 按照怀特及其副手们的”混凝土的比热”研究成果,湿度对混凝土的 比热影响很大.试验结果在饱和面干燥的条件(S.S.d.)下算出,然后用 ? 特表达式修正: = 式中C:任一湿度下的泥凝土比热. Cssd=饱和面干燥的混凝土的比热. Y=以饱和面干混凝土的分数表达的温度. 在一系列试验结果中,选用了饱和度为20%的一一个平衡含水量. 骨料岩性对比热的影响 由于矿物成分的差异,骨料岩性在混凝土的比热中起重要作用. 骨料尺寸对比热的影响 混凝土中粗骨料尺寸不同,因而使水泥和砂浆的含量不同,这就使比 热显出差异.对于采用最大骨料尺寸为152mm的贫配合比混凝土,为了取 得真实的大体积混凝上配合比组成应钻取直径为20cm的岩芯. 5徐变 受压混凝土徐变标准试验的有关细节参见巴西技术标准协会(ABNT) 的试验方法NBR8224.这一试验方法包括骨料最大尺寸达152mm的混凝土 徐变特性的测定.采用的加载控制系统与Pirtz改进的在加州大学使用的 加载控制系统相似,后者是做大体积混凝土的徐变研究的系统.供压和控 制系统用来对徐变试件加载到极限抗压强度的40%. 对于每一加茼龄期的徐变系数F(k)是从其徐变曲线的斜率来确定 的调整这些徐变曲线的斜率以便更好地拟合恳务局给出的下述公式: 1 ,(t)F().”t1) 式中:,(t)=总应变(106/MPa) 1/E(k)=龄期k的瞬时应变(tO/MPa) F(k)=徐变系数(10/MPa) t:加荷后的时问(d) : 6应变量. 混凝土能够经受的应变通过在一根粱上三点加载测出(译者按:不是 三点加载,似应在三分点上的两点加载).在这样一根梁上,梁的中问三 分之一段内的弯矩为常数,故在该段的弹性范围内有一个线性应变分布. 梁的顶面有一个最大压应变,而在梁的底面有一个最大拉应变.直到梁受 到破坏为止,出现于梁的受拉面的应变则称作混凝土的应变量. 应变是利用埋设在粱的项面和底面的应变计直接测出的,或用挠度量 测仪器间接洲出.试验中应对试验粱进行保护,防止湿气的进入或损失. 试验中采用两种不同尺寸的梁:一种是小梁跨度为90cm(15×l5× 120em);另一种是大梁跨度为150cm(30×30×180cm).尔后,将小 梁修改成跨度为60cm(15×15×90cm的梁).小粱试验采用大致为每 分钟0.3MPa的快速加荷.这种小是在混凝土龄期为7天和28天下进行 试验的. 对于大梁则采用快速和慢速两种加荷速率进行试验.在快速和慢速两 种加荷速率的试验下测出的应变量,是用来模拟混凝土的快速温降 和慢速 温降的情况.对于每种试验条件均浇注两根粱.大粱采用每分钟0.1MPa的 快速破坏速率进行试验.慢速加荷循环初始是在7天龄期以每1O天0.1MPa 的速率慢速加荷.随后,加荷循环变换为每l6,24小时O,1?Pa的速率, 用来验证霍顿表达式的正确性(参见Houghton等:”大体积混凝土拉应变 量的测定”),以估算慢速加荷速率下的拉应变量.图2为试验中使用的 浇模,梁以及加载布置. 图230×30x120cm混凝土粱应变量试验设备 a.30×30x120cnl试验梁浇模 内的应变计位置 b.慢速加载速率试验的慢速 加载设备 唐寿同译