碾压混凝土全级配与湿筛法力学性能试验研究.pdf

2 0 1 2年第 8期 东北水利水电 文章编号 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 3 5 0 2 碾压混凝土全级配与湿筛法力学性能试验研究 李中田， 雷秀玲 ， 李艳萍， 黄如卉 ( 中水东北勘测设计研究有 限责任公 司， 吉林 长春1 3 0 0 6 1 ) 摘 要】 通过对碾压混凝土全级配与湿筛法试件基本力学性能的试验研究， 针对碾压混凝土， 提 出其全级 配试件 与湿 筛法试件抗压 强度 、 抗拉 强度 、 弹性模 量 的对应关 系问题 ， 对试 验结果 进行 了比对分析 。 关键词混凝土； 全级配； 湿筛法； 力学性能 中图分类号】 T V 4 3 1 + 1 文献标识码 B 混凝土的力学性 能关 系到建筑物 的承载能 力 和稳定性 ， 水工大体积碾压 混凝土中 ， 三级配混凝 土 占很大比例。由于试验条件 的限制 ， 通常采用湿 筛后 ( 剔除混凝土拌和物 中大骨料 ) 成型小试件的 方 法来评定含有大粒 径骨料 的全级配混凝土相关 特性 。混凝土材料的组成 比例直接 影响到混凝土 的各项特性 ，由于湿筛法剔 除了拌和物 中粒径大 于 4 0 mm 以上 的粗 骨料 ( 约 占原粗 骨料总量 的 4 0 ) ， 大大增加了湿筛后混凝土中的砂浆含量 ， 使 混凝土的力学性能及 相应 的本构 关系发生 了较大 的变化 ， 所测数据不能完全反应全级配混凝土的性 能。基于湿筛法试验来评价建筑物混凝土 ， 只是一 种预约的相对评价标准。因此 ， 采用湿筛法试验所 测得的混凝土的特性参数来进行水工建筑物设计， 必然会造成脱离实际的局限性。近年来 ， 国内外一 些重要水利T程都相继开展 了混凝土全级配试验 ， 将全级配混凝土力学参数直接用于工程设计， 以增 强大坝混凝土的安全性、 经济性。 研究内容为采用三级配碾压混凝土分别进行 湿筛法和全级配混凝土抗压强度 、 抗折强度 、 劈裂 抗拉强度、静压弹性模量试验 ，根据试验结果 ， 对 比分析湿筛混凝土与全级配混凝 土各 项力学性能 之间的关系。 1 试验方 案 1 1试验原材料 试验选用的水泥为 P MH4 2 5 级水泥 ；掺合料 选用 级粉煤灰 ；骨料分别是天然卵石和天然砂 ； 外加剂选择北京 中水科海利公司生产的 S K一 2型缓 凝高效减水剂和 S K H型引气剂。对用于本次试验 的原材料进行 品质检验 ， 各材料检测结果满足相应 标准要求。 1 2 试验配合 比 鉴于三级配是水工碾压混凝 土中常用粗 骨料 级配 ，而且三级配混凝土中湿筛法和全级配试件 骨料量差异较 大 ，因此本次研究选择水胶 比间隔 为 0 0 3的 5个碾压 三级配混 凝 土配合 比进行试 验。 配合比中骨料级配比例( ) ： 5 - 2 0 ：2 0 4 0 ： 4 0 8 0 ( I F l l l I ) = 3 0 ： 3 0 ： 4 0 ， 粉煤灰掺 量 5 5 ， 并掺加适量减 水剂、 引气剂。 配合 比具体参数见表 1 。 3 5 表 1 全级 配混凝土 配合 比 1 3 试 件成型和养护 这次试验用混凝土试件按 水工碾压混凝土 试验规程 ( D L T 5 4 3 3 2 0 0 9 )中确定的试验方法 成 型。 成型过程中碾压混凝土拌和物 c值控制在 2 8 s ， 拌和物含气量控制在 4 左右。 试件 成型后用湿布覆盖带模试件表 面 ，湿筛 法试件在 ( 2 0 + 5 ) o C的环境中静止 2 4 4 8 h拆模 ， 全级配试件 在( 2 0 _+ 5 ) 的环境中静止 7 d拆模 ， 拆 模 后试件置 于标准 养护室 中养护至规 定的龄期进 行性能测试。 湿筛法试模与全级配试模尺寸见表 2 。 表 2 全 级配与湿 筛法试 件尺寸对 比 1 4 试验设备 湿 筛法试 验采 用 2 0 0 0 k N 液压 式压 力试 验 机和 1 0 0 k N 液压式压 力试验机进行。 全 级配混凝 土试验采用的 YA 1 1 0 0 0 0型微机控制 电液伺服 多 功能压 力试验机进行 ，该试验机可通过计算机对 试 验 过程 进行 自动控 制 ，最 大试 验压 力 1 0 0 0 0 k N， 能够完成混凝土全级配试件抗压强度 、 劈裂抗 拉强度 、 抗折强度 、 静压弹性模量试验。 2 试验 结果及 分析 2 1 试验结果 共进行 5个配合 比 ， 3个龄期 ( 9 0 d ， 2 2 5 d ， 3 6 0 d ) 湿筛法和全级配混凝土试件抗压强度、 劈裂抗 拉强度、 抗折强度和静压 弹性模量对 比试验。 全级 配混凝 土及 湿筛混凝 土的试验 结果见表 3 。为便于对 比， 表 4中还给 出了全级配 试件与湿 筛标准试件试验数据比值。 36 2 2 分析 比对 根 据本次试验不 同龄 期与不 同水胶 比 1 5组 混凝土数据，对全级配混凝土与湿筛标准混凝土 试件力学性能进行分析 比较 。 1 ) 抗压强度。从表 3 ， 4中可 以看出 ， 相同龄期 同一配合比的全级配混凝土抗压强度低于湿筛混 凝土 ， 全级配试件抗压强度与湿筛法试件抗压强度 比值在 0 8 0 1 0 2之间 ， 比值随着龄期增长而增大 。 表 3 不 同龄期 全级配及 湿筛法混凝 土性能研 究结果 表 4 全级配 与湿筛法 混凝 土试件性 能比值 分析认为 ，全级配混凝土 比湿筛混凝土骨料 含量多， 粗骨料的骨架作用大于湿筛混凝土， 且其 实际含气量低 ， 这都是对其强度有利的因素。但同 时， 全级配混凝土中， 由于大骨料的存在， 混凝土 成型中， 其泌水在上升过程中被粗骨料所阻， 故有 部分泌水聚 集在粗 骨料下方 ，以致混凝土硬化后 形成孔隙、界 面裂痕 ，影 响粗骨料与水泥浆的粘 结。由于这一薄弱断面的存在 ， 往往会产生应力集 中 ，使全级配混凝土试件 比湿筛混凝 土试件更易 破坏。 2 0 1 2年第 8 期 东北水利水电 这次试 验结果显示 ， 在全级配混凝土 中， 骨料 界 面薄弱环节对强度的影响大于骨料骨架 因素。 2) 静压弹性模量。从表 3 ， 4中可以看 出， 混凝 土静压弹性模量随龄期的增长而增大，全级配碾 压混凝土静压弹性模量低于相应湿筛法试件静压 弹性模量， 随试验龄期的增长两者差值逐渐减小， 全级 配试 件 与湿筛 法试件 静 压 弹性模 量 比值 在 0 7 7 0 9 8之间。 分析原 因认为 ，虽然全级配混凝 土试件 中弹 模较大 的粗骨料含量较 多 ，但大 骨料界面薄弱环 节 的存在仍导致试块抗压弹性模量较低 ，只是大 小试块差异并不 明显。 3) 劈裂抗拉强度。试验结果显示 ， 全级配碾压 混凝土劈裂抗拉强度低 于湿筛法试件 。全级配混 凝 土 劈 裂 抗 拉 强 度 与 湿 筛 标 准 试 件 的 比值 为 0 6 8 0 8 7o 分析认为 ， 第一 ， 全级配 混凝 土成型过程 中泌 水 上升 ， 部分被粗 骨料阻挡 ， 混凝土固化后形成原 生 界面裂纹 ， 随着荷载的增加 ， 混凝土内部 的原 生 裂纹开始扩展 ，并伴随着新裂纹的产生与扩展 ， 裂 纹相互贯通后引起混凝土试件迅速断裂 。第二 ， 对 干贫混凝土来说 ， 胶凝材料是影响混凝土抗拉强度 的主要 因素 ， 尽管全级配混凝土中含气量较湿筛混 凝土小 ，但 因湿筛混凝土提高了其胶凝材料用量 ， 因而其劈裂抗拉强度反而比全级配混凝土高。 试验结果表 明 ， 相对于抗压强度 、 静压弹性模 量来说 ，全级配 混凝土的劈拉强度远低于湿筛法 试件，如果按现行标准采用湿筛法剔除大骨料后 检测混凝土劈裂抗拉强度较混凝 土实际劈裂抗拉 强度增大 1 3 3 2 。 4) 抗折强度。试验结果显示 ， 全级配碾压 混凝 土抗 折强度低 于同龄 期湿筛 法混凝土抗 折强度 ， 其 比值为 0 6 1 0 8 8 ，大骨料对碾压混凝土抗折 强 度影 响与对劈裂抗拉强度的影响相近。 在全级配混凝土与湿筛法标准试件试验 数据 比值 中 ，劈裂抗拉强度和抗折强度远低 于抗压 强 度和抗压弹性模 量。可见对于界面薄 弱环节 的影 响 ， 抗拉强度 比抗压强度更敏感 。 3 结论 1 ) 骨料最大粒径为 8 0 mm的全级配混凝土与 剔除大骨料的湿筛混凝土力学性能试验结果表 明 ， 全级配混凝 土的抗压强 度、 劈裂抗拉强度 、 弹 性模量和抗折强 度均低 于相应湿 筛混凝土试件 。 对于本次研究采 用的配合 比 ，全级配混凝土与湿 筛混凝土标准试件 的各项比值 如下：抗压强度 比 0 8 0 1 0 2 ； 静压 弹性模量比 O 7 7 0 9 8 ； 劈裂抗拉强 度 比 0 6 8 0 8 7 ； 抗折强度比 O 6 1 0 8 8 。 2 ) 分析认 为 ， 全 级配混凝 土各项指标 偏低是 由于大骨料界 面形成原生裂纹引起。试验 数据反 应 ，大骨料的存在对混凝土的劈裂抗拉强度和抗 折强度影响较大。 3 ) 由于全 级配混凝土与湿筛混凝 土试件试验 数据 的明显差异 ，因此基于湿筛法试验来评价大 体积建筑物混凝土 ，不能较真实的反应全级配混 凝土的相关特性 ， 具有局限性。建议具备条件的工 程应开展全级配试验。 参考文献 1 王仲华， 陈如华 三峡大坝全级配混凝土力学性能试验 研究 1 长江科学院院报， 1 9 9 8 ( 2 ) 2 杨成球， 吴政 全级配混凝土基本力学特性试验研究 T 水利水 电科 技进展 ， 2 0 0 6 ( 3 ) 3 杨忠义 全级配混凝土强度的尺寸效应研究 1 水电站 设计 ， 2 0 0 8 ( 3) 4 孙恭尧， 王三一， 冯树荣 高碾压混凝土重力坝 M 2 0 0 4 ( 3) 【 收稿 日期】 2 0 1 2 0 4 1 7 【 项目基金】 国 家水体 污染控 制 与治理 科技 重 大专项一辽 河 流 域 水质 水 量 优 化 调 配技 术 及 示 范研 究 ( 课 题 编 号 ： 2 0 0 8 z x0 7 2 0 8 一 O 1 O ) ； 国家水体 污染控 制与 治理 科技 重 大专项一流 域水 生 态承 栽 力与总量控制技 术研 究课 题 ( 课题编 号： 2 0 0 8 Z X0 7 5 2 6 0 0 4 ) 。 3 7