大体积混凝土芯部温度监测及力学性能变化.pdf

RM CM 桥 隧 机 械 ＆ 施 工 技 术 B r id g e a n d T u n n e l M a c h in e r y & C o n s tr u c tio n T e c h n o lo g y 大体积混凝土芯部温度监测及 力学性能变化 Te m pe r a t ur e M o ni t o r i ng a nd M e c ha ni c a l Pr o pe r t y Cha nge o f Co r e o f M a s s Cone r e t e 张 学 钢 ZHANG Xue— gan g 陕 西 铁 路 工 程 职 业 技 术 学 院 ， 陕 西 渭 南 71 4 0 0 0 Shaanxi I nst i t u t e of Rai l w a y Engi neer i ng Technol ogy，W ei n an 71 4000，Sha anxi，Chi na 【摘要 】 在 实验 室模 拟 大体 积 混凝 土 的 芯部 状 态 ， 连 续 监测 混 凝 土温 度 变 化 ， 并 制定 混凝 土 匹配 养 护制 度 ， 在 实验 室 进 行 匹配养 护 和标 准养 护 ， 测试 混凝 土 在 不 同养 护条 件 下 的力学 性 能 ， 得 到大体 积 混凝 土 芯部 力学性 能 变化 规律 ， 对控 制裂 缝 的 出现 ， 提 高工 程 的安 全 性和 耐久 性 具 有重 要 意义 。 【 Ab s t r a c t 】T h r o u g h s i mu la t i n g t h e s t a t e o f c o r e o f ma s s c o n c r e t e i n la b o r a t o r y ， t h e t e mp e r a t u r e i n t h e c o r e wa s m oni t or ed cont i nu0usIV，and t he m at chi n g cu r i ng s yst em of con cr e t e w a s est abl i shed Under t he m at chi ng cur i ng and s t anda r d cu r i ng condi t i ons，t he m echani cal pr oper t ies w er e t est ed，an d t he change r ul es w er e ob t ai ned．It w as si gnif i c ant t o con t r ol t he cr ack and t o i m pr o ve t he s af et y and du r a bi l it y of concr et e 【关键 词 】 大体 积混凝 土 ； 匹 配养 护 ； 力学 性能 ； 裂缝 【 K e y wo r d s】 ma s s c o n c r e t e ； ma t c h i n g c u r i n g ； me c h a n i c a l p r o p e r t y ； c r a c k 中 图 分 类 号 ： L[4 4 3 ．25 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 - 0 3 3 X( 2 0 1 1 ) 0 5 - 0 0 7 4 一 - 0 4 0引 言 对 混 凝 土 力 学 性 能 的 评 价 ．一 般 是 在 实 验 室 内 成 型 并 在标 ； 隹养 护条 件下 进 行 ．所得 到 的力 学性 能 和 实 际情 况 有 差 别 。 也 有 人 采 用 同 条 件 养 护 ， 得 到 混 凝 土 的 强 度 ， 进 行 混凝 土 施 工拆 模 和 结构 强 度 的评 价 ⋯。 由于 忽 略 了 水 泥 水 化 热 对 混 凝 土 性 能 的 影 Ⅱ 向． 所 以 同 条 件 养 护 得 到 的各种 性 能仍 然 无法 反 映混 凝 土结 构 内部 水化 过程 和 应 力 发 展 过 程 由 于 混 凝 土 的 水 化 热 及 混 凝 土 内 部 的 温 升 和 在 实 验 室 标 ； 隹养 护 条 件 下 有 很 大 区 别 ，尤 其 是 随 着 混凝 土 的体 积 增 大 ， 力 学性 能差 别 就 更大 。因此 ， 本 文 通过 实验 室模 拟 大体 积 混凝 土芯 部状 态 以及 在 现场 实际 测定 大体 积混凝 土两 种途 径 ． 连 续 监测 混凝 土 温度 变 化 ， 根据 温 度 变化 制定 混 凝 土 匹配养 护 制度 ，在 实验 室 进 行 匹配养 护 ， 使 混凝 土 的 力学 性 能更 接近 工 程 实际情 况 ， 为 施工 质 量监 督 和 工程 验 收提供 依 据 。 1 试 件 的 制 备 根据 大体 积 混凝 土 的特 征 ．实验 室 内所成 型 的试 件 尺 寸 为6 0 0 mmx 6 0 0 mmX 6 0 0 i il n l 。 试 件 采 用 自 制 木 模 板 成 型 。 6个 面 均 采 用 8 0 I t l n l ~ 的 苯 板 保 温 ，使 试 件 处 于 半 绝热 状 态 ， 以此来 模 拟大体 积 混凝 土 的 芯部状 态。 模 具 及 成 型 后 的 试 件 如 图 1、 2 所 示 本 试 验 的原 料 为 ： 粗 集 料 根 据 《 建 筑 用 卵 石 、 碎 石 》 ( GB ／ T l 4 6 8 5 -- 2 0 01 ) 选 用 质 地 坚 硬 、 表 面 粗 糙 的 辉 绿 岩 碎 石 ， 粒 径 为 5 ～2 0 ll rl t il， 连 续 级 配 ， 其 中 5～l 0 n m碎 石 占 3 5 ％， 1 0 ～ 2 0 t n I l l 占6 5 ％；细 集 料 根 据《 建 筑 用 砂 》 ( G B ／ T 1 4 6 8 4 -- 2 0 0 1 ) 选 用 砂 子 的细 度 模 数2 ． 7 ， Ⅱ级 配 区 中 砂 ， 各项 指标 符 合 标准 的规 定 ：试验 所 用 的水 泥 为尖 峰 P ． 0 ． 4 2 ． 5 型 水 泥 ；采 用 中 国建筑 科 学研 究 院实 验 厂 生产 的缓 凝 减 水 剂 、 引气 等 组 分 配 制而 成 的缓 凝 泵送 剂 。混 凝 土 配 合 比 如 表 1 所 示 基 金 项 目 ：陕 西铁 路 工 程职 业 技 术 学 院科 研 基 金 项 目 ( 2 0 0 8 - Z K 0I 2) ；陕西 省 教 育 厅 自然 科 学 专 项 基 金 项 目( 0 9 J K3 8 5 ) 7 4 RM CM 瓣怒 ⋯ ⋯ 。 ⋯ 3 ． 2 结 果 分 析 从 图5 可 以看 出 ： 大体 积 混凝 土结 构 中 的混凝 土 水 化 过程 分为4 个 阶段 ， 即快速 升 温 区 、 峰值 稳定 区 、 慢 速 降 温 区 、 温 度 稳定 区。在 混 凝 土水 化 早 期0 ～ 4 0 h ， 混凝 土 水 化 速度 很 快 ， 放 热量 显 著 大于 散 失 的热量 ， 使得 内部 快 速 升 温 ； 在4 8 h 时温 度 达 到峰 值 ． 本 研 究 中所 测 内部水 化 温 升 的 峰值 均 为4 O ． 4 6℃ ．并 在 这 一温 度 下 大约 持续 了1 4 ～ 1 5 h ． 此时 的内部 放热 量 基本 与 向 外界散 失的 热量 相 当 。随 后 ， 随着 混凝 土 水化 速率 的降低 ， 生热 速 率逐 渐 小于 放 热 速率 ， 混 凝 土 内部 温度 开 始 下 降 ； 在 1 6 0 ～ 1 7 0 h 时 ， 混凝 土 内部 的温度 已经接 近 环境 温度 ． 水 化 速率 很低 ． 混凝 土 试 件 的 温 度 主 要 受 环 境 的 影 响 ， 结 束 监 测 。 某 桥 拱 座 在 混 凝 土 浇 筑 后 ， 立 即 在 现 场 进 行 混 凝 土 内 部温 度 的连 续 监测 工 作 。 如 图6 所 示 ， 混 凝 土 实 测 的 温 度 变化 曲线 与 在 实验 室模 拟 大体 积 混凝 土 的芯部 状 态 下 温度 变化 规律 相 同 嘣 图 6实 测 拱座 中心 升 温 变化 曲线 4 力 学 性 能 试 验 及 其 结 果 分 析 力 学性 能试 验 分 为两 个部 分 ：标 ； 隹养 护 条件 下 的 混 凝 土 力 学性 能 随龄 期 的发 展 变化状 况 以及 温 度 匹配养 护 条件 下 的混凝 土 力 学性 能 随龄 期 的发 展 变化状 况 。温 度 匹配养 护条 件主 要 是根 据 水泥 水化 热 造成 的混凝 土试 件 内部 实 际温度 制 定 。 由于 试验 条 件 的 限制 ， 本研 究 中选 取 部 分龄 期 温度 来 制定 匹配养 护 温度 。 4 ． 1 抗 压 强 度 混凝 土 抗压 强 度试 验 用 的试件 形 状 、尺 寸 以及试 验 方 法 依 据 《 普 通 混 凝 土 力 学 性 能 试 验 方 法标 准 》 ( GB ／ T 5 0 0 8 1 — 2 0 0 2 ) 。标 准养 护 及温 度 匹配 养 护制 度下 混凝 土 试 件抗 压 强 度 随时 间 变化 的 曲线见 图7 。 从 图7 中可 以发现 ： 温度 匹配 养护 下 ， 混凝土 的早 期抗 7 6 室 暇 图 7不 同 养 护 制 厦 下 混 凝 土 抗 压 强 厦 陋 龄 明 亚 化 曲 线 压 强度 增长 迅速 ，在3 d 时 的强 度值 大约 比标 ； 隹养 护条 件 下的强 度值 高1 0 ％： 7 d 时强度值 大 约 比标 ； 隹养 护条 件下 的 强度值 高1 5 ％。 而在其养 护状 态下 ， 后期 的强度值增 长速 度 降低 ， 2 8 d 时的 强度 值 为4 1 ． 8 MP a ， 低于 标准养 护 条件下 的 强度值4 4 ． 3 MP a 。这说 明 ， 实 际工程 中使用 的混 凝土 最 终 抗压 强 度值 虽然 要高于 笔者 的理 论设计 强度 ， 但很 有可 能 会低于 实验室标 ； 隹养 护条件 下所测定 的抗压 强度值 6 l 。 4 ． 2 轴 心 抗 压 强 度 混凝 土轴 心抗 压 强 度试 验 用试 件 的形状 、尺寸 以及 试 验 方法 依 据《 普 通 混凝 土 力学 性 能 试验 方法标 ； 隹》 ( GB ／ T 5 0 0 8 1 -- 2 0 0 2 ) ~h 心 抗 压 强 度 试 验 。 两 种 养 护 制 度 下 混 凝 土 试 件 轴 心 抗 压 强 度 随 时 间 变 化 的 曲 线 如 图 8 所 示 。 晒 一 图 8混 凝 土 试 件 轴 心 抗 压 强 度 随 龄 期 变 化 曲 线 从 图8 中可 以发 现 ： 两 种 不 同养 护条件 下 轴 心抗压 强 度 的发 展 规律 同抗 压 强度 的发展 状 况很 接近 。 同样 ， 在 温 度 匹配 养 护下 ． 混凝 土 的早 期轴 心抗 压 强度 增 长迅 速 。 在 3 d 时 的 强 度 值 大 约 比 标 准 养 护 条 件 下 的 强 度 值 提 高 4 0 ％； 7 d 时 强 度值 大约 比标 准养 护条 件 下 的 强度 值 提 高 3 0 ％。而 在其 养 护状 态 下 ， 后期 的 强度 值 增 长 速 度 降低 ， 2 8 d 时 的轴 心抗 压 强度 值 3 7 ． 7 MP a 低于 标 准 养 护 条件 下 的 强度 值3 8 ． 1 MP a 。 同时 ， 还 可 以清楚 地 看 到 ： 不 论是 标 准养 护 还 是温 度 匹配养 护 ，混 凝 土 的轴 心抗压 强度都 要 1 J 、 于 同龄期 的抗 压 强度 4 ． 3 劈 裂抗 拉 强度 混 凝土 劈 裂抗 拉 强度 试验 用 的试 件 形状 、尺 寸 以及 试验 方法依 据 《 普 通混 凝 土 力学 性 能试 验 方 法标 准》 ( G B ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 ) 劈 裂抗 拉 强度 试 验 。 两 种养 护 制度 下 混 凝 土 试件 劈 裂抗 拉 强 度 随时 间 变化 的曲 线如 图9 所 示 。 圜 9混 凝 土 试 件 劈 裂 抗 拉 强 厦 随 龄 期 亚 化 曲 线 从 图9 中可 以看 出 ： 除 了养 护 早 期温 度 匹配 养 护 下 的 混 凝 土劈 裂抗 拉 强度 增 长 比标 准 养 护 快 ． 3 d 后 的 强度 增 长 同标 准 养 护条 件 下 的强 度增 长 基 本趋 于 一致 。混凝 土 温 度 匹配 养 护劈 裂抗 拉 强 度 比标 准养 护 条件 下 的强度 值 提 高 了 3 2 ％ ， 7 d时 仅 仅 提 高 了 3 ％ ， 2 8 d时 更 是 减 少 到 2 ． 7 ％。 同济 大 学 的袁 勇在 不 同恒 定 温度 下对 试 件进 行 养 护 ． 得 到 了如 下 的结 论 ： 混 凝 土 在 高温 养 护 条 件 下 ， 劈 裂 抗 拉 强度 高于 同 龄 期 自然 养 护 的 强度 值 ： 6 0℃养 护 的混 凝 土相 对 于4 5 o C 下 的劈 裂抗 拉 强 度 增 幅相 对 并 不 显 著 。 本 研 究 的试验 数 据 对 其是 一 个很 好 的补 充 。 4． 4 静 力 受 压 弹 性 模 量 混凝 土 静 力 受 压 弹 性模 量 ( 简 称 弹 性模 量 ) 试 验 用 试 件 形 状 、 尺 寸 以及 试 验 方法 依 据 《 普 通 混 凝 土 力 学 性 能 试 验 方法 标 准 》 ( G B ／ 1 r 5 0 0 8 1 -- 2 0 0 2 )静 力 受 压 弹 性 模 量 试 验 。两 种养 护制 度 下 混凝 土 试 件 弹性 模 量 随 时 间 变化 的 曲 线如 图1 0 所 示 。从 图 1 0 中 可 以 看 出 ： 温度 匹 配 养 护 条 件 下 的 混 凝 土 早 期 的 弹 性 模 量 发 展 略 高 于 标 准 养 护 ． 其 增 幅 很 小 ， 3 d 时 大 约 为 5 ％， 而 3 d以后 混 凝 土 弹 性 模 量 的发 展 变得 十 分 不 稳 定 ； 对 于 标 准 养 护 来 讲 ， 前 3 d 增 长 迅 速 ． 而 后 增 长 缓 慢 ． 但 总体 一 直 是 处 于 弹 性 模 量 值 增 长 状 态 ， 7 d以 后 弹 性 模 量 基 本 上 处于 稳 定 ， 2 8 d的 值 仅 仅 [z B 7 d 增 长 了 5 ％ ． 而 7 d比 3 d 增 长 了 1 5 ％ ， 3 d 比 1 d 增 长 了 1 0 8 ％； 对 于 温 度 匹配 养 护 ， 前 3 d 快 速 增 长 ． 而 后 出现 波 动 ， 2 8 d B ,J - 的弹 性模 量 相 对 于 3 d 来 讲 有 所 提 高 ， 但 增 幅 不 大 。 因 此 ， 混 凝 土 的 弹 性 模 量 主 要 决 定 于 前 3 d 的 增 长 ． 后 期 发 展 随 着 温度 的 不 同 变得 不 是 很 稳 定 。 Br i a g e a n dT u n n e l Ma c h in e 桥 r y C 机 on械 s l r u c ＆ t i o n 施 Te 工 c h n 技 o lo 术 g y RM CM ＆ ■ ■ ■ ■ ■ -● ■ ● j巴 !l 融 5 结 语 圈1 0混 凝 土 试 件 弹 性 模 量 随龄 期 变 化 曲线 ( 1 )实验 室模 拟 大体 积 混凝 土芯 部 状态 与 大体 积 混 凝 土 现场 实测 的温度 变 化规 律 相 同 ．证 明实验 室模 拟大 体 积 混凝 土 芯部 状 态 的试验 方法是 有 意 义 的 ．这 有利 于 在 实验 室 开展 大体 积 混凝 土 的研 究 ， 且 方便 经济 。 ( 2 )匹配养 护 获 得 的大 体积 混凝 土 的 实际 强度 发 展 规律 。 可 以加 快 施工 进 程 。 而 不再 会 认 为混凝 土 的强度 不 够 而 拖 延 工 期 。 ( 3 )今 后要 进 一 步研 究 大体 积 混凝 土在 各 种 温度 条 件 下 的强 度发 展 规律 和 采用 大 掺合 料 的 配合 比后 的 混凝 土在 高温 下 强度 的发 展 规律 。 参考 文 献 ： [ 1 ]白生翔， 程志军． 同条件养护混凝土试件抗压强度的价值_ J ] ． 工 程 质量， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 6 — 1 0 ． [ 2] 吕常新 ， 吕建福 ， 巴恒静． 大体积混凝土 温度实测与芯部 的力学 性能发展规律D ] ． 建筑技术， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 6 ) ： 4 3 9 — 4 4 0 ． [ 3 ] 袁广林 ， 黄方意 ， 沈华 ， 等． 大体积混凝 土施 工期 的水化热温度 场及温度应 力研 究[ J ] ． 混凝 土， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 8 6 — 8 8 [ 4 ] 王川． 基于光 线布拉 格光栅的 大体积 混凝土 的固化过程研 究 [ D] ．哈 尔滨： 哈 尔滨工业 大学， 2 0 0 4 ． [ 5 ]王成军． 承 台混凝土施工温度控制措施 [ J ] ． 筑路 机械 与施工机械 化 ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 5 ) ： 6 5 — 6 6 ． [ 6 ]陈宝春， 刘振宇． 钢管混凝土脱粘构件温度场研究U] 中国公路 学报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 ( 6 ) ： 8 2 — 8 9 ． 收 稿 日期 ： 2 01 0 一O 8 一O 7 [ 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲 ]