高拱坝混凝土真实抗压强度试验研究.pdf

第3 6卷第 1 期 2 0 1 0 年1 月 水 力 发 电 高 拱 坝 混 凝 土 真 实 抗 压 强 度 试 验 研 究 肖延 亮 ( 中 国水 电顾 问集 团成都 勘测 设 计研 究 院 ， 四川成都6 1 0 0 7 2 ) 摘 要 ：对 高拱 坝 混 凝 土 真 实 强 度 的试 验 研 究 表 明 ， 全级 配 混 凝 土 与 湿 筛 混 凝 土性 能存 在 较 大 差 异 ，减 磨 状 态 下混 凝 土 强 度 低 于 无 减 磨 的 混 凝 土 圆 柱 体 试 件 的 强 度 比 立 方 体 试 件 低 。 故 高 拱 坝 工 程 应 进 行 系 统 的 全 级 配 混 凝 土试 验 为设 计 提供 可靠 的参 数 。 关键词 ：全级配 混凝 土 ；湿筛 混凝 土 ；性能真值 ；减 磨 ；圆柱体试件 ；高拱坝 S t udy o n t he Re al Co mpre s s i v e St r e ng t h of Hi g ha r c h Dam Co nc r e t e Xi a o Ya nl i an g ( H y d r o e h i n a C h e n g d u E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 7 2 ) Abs t r a c t ：The e o mp r e s s i v e s t r e ng t h e x pe r i me nt s s ho w t h a t t he pe r f o r n mne e s be t we e n t h e f ul l Y g r ad e d a n d we t s c r e e ne d c o nc r e t e ha v e g r e a t di f f e r e nc e s t h e s t r e ng t h 0 f g r i n di ng c o nc r e t e i s l o we r t h a n t he s t r e n g t h o f no t g r i n di n g c o n c r e t e ，a nd t h e s t r e n g t h o f c y l i nd e r s p e c i me ns i s l o we r t h an t h e c ub e s pe c i me n s Th e r e f o r e ，f u l l yg r a de d c o nc r e t e e xp e r i me n t s ho u l d be c a r r i e d o u t f o r hi g h- a r c h d a m a n d t o p r o v i d e r e l i a bl e de s i g n pa r a me t e r s Ke y W or ds ： f u l l y g r a de d c o nc r e t e ；we t s c r e en e d c on c r e t e ；r e a l pr o pe r t i e s ；g r i n di ng ；c y l i n de r s ；hi g h a r c h d am 中 图分 类号 ：T V6 4 2 4： T V 4 3 1 文 献标 识 码 ：A 文章 编 号 ：0 5 5 9 9 3 4 2( 2 0 1 0 ) 0 1 01 0 3 - 0 3 0 引言 我 国 西 部 可 开 发 的 水 能 资 源 约 2 7 4 3亿 k W 占 全 同 的 7 2 目 前 的 开 发 率 还 不 到 1 5 预 计 到 2 0 2 0年 开 发 率 将 达 到 6 0 7 E右 未 来 十 多 年 我 国将 处 于 大 规 模 水 利 水 电T 程 建 设 阶 段 西 部 的 水 能 资 源 富 集 于 崇 山 峻 岭 之 问 很 多 位 置 适 合 建 造 混 凝 土 拱 坝 相 对 于 重 力 坝 而 言 采 用 拱 坝 可 以 减 少 混 凝 土 量 6 0 以 上 大 大 降 低 工 程 费 用 2 0世 纪 初 我 国 已 建 成 了 坝 高 2 4 0 l X 1 的 二 滩 拱 坝 标 志 着 我 同 的 拱 坝 设 计 、施 T 技 术 已 达 到 国 际 先 进 水 平 随 着 科 学 技 术 的 不 断 进 步 大 坝 的 高 度 快 速 增 加 ， 目前 在 建 的 小 湾 和 锦 屏 一 级 大 坝 坝 高 达 到 3 0 0 m 级 且 断 面 厚 高 比 愈 来 愈 小 混 凝 土 重 力 坝 的 应 力 不 高 ，用 湿 筛 混 凝 土 进 行 试 验 并 采 用 经 验 安 全 系 数 法 可 以 满 足 坝 体 设 计 和 安 全 运 行 要 求 对 于 高 拱 坝 结 构 设 计 必 须 采 用 先 进 的 试 验 方 法 进 行 仿 真 试 验 研 究 ， 为 设 计 提 供 真 实 可 靠 的 试 验 数 据 保 证 所 建 大 坝 既 安 全 可 靠 又 经 济 耐 久 1 粗骨料级配对混凝土抗压强度的影响 受 试 验 条 件 的 限制 ，通 常 采 用 湿筛 二 级 配混 凝 土 小 试 件 的 方 法 来 评 定 全 级 配 混 凝 土 的 有 关 特 性 。 但 湿筛 混 凝 土剔 除 了粒 径 4 0 mm 以上 的粗骨 料 。单 位 体 积 粗 骨 料 的 含 量 由 7 0左 右 减 少 为 3 0左 右 而 混 凝 土 单 位 体 积 的 胶 材 用 量 大 大 增 加 使 混 凝 土 的 力 学 特 性 及 相 应 的 本 构 关 系 发 生 了 较 大 变 化 。 因 此 用 湿 筛 混 凝 土 小 试 件 的 试 验 结 果 来 评 价 全 级 配 混 凝 土 的 有 关 特 性 只 是 一 种 预 先 约 定 的 相 对 评 价 标 准 而 不 能 较 为 真 实 地 反 映 拱 坝 全 级 配 混 凝 土 的 力 学 特 性 】 冈此 有 必 要 开 展 高 拱 坝 全 级 配 混 凝 土 仿 真 试 验 丁解 高 拱 坝 混 凝 土 的 真 实 性 能 。 溪 洛 渡 拱 坝 和 锦 屏 一 级 拱 坝 全 级 配 与 湿 筛 混 凝 土 抗 压 强 度 对 比 试 验 结 果 见 表 1 全 级 配 混 凝 土 采 用 边 长 为 4 5 c 1 1 3的 立 方 体 大 试 件 而 湿 筛 混 凝 土 采 用 边 为 1 5 c m 的 立 方 体 小 试 件 从 表 1可 知 ： f 1 ) 伞 级 配 混 凝 土 7 d抗 压 强 度 高 于 同 水 胶 比 的 湿 筛 混 凝 土 其 原 因 可 能 有 两 个 ：一 是 湿 筛 混 凝 土 小 试 件 采 用 振 动 台( 2 8 5 0次 mi n ) 成 型 。而 全 级 收 稿 日期 ：2 0 0 9 0 2 0 6 作 者简 介 ：肖延亮 ( 1 9 7 9 一 ) ，男，四川武胜人 ，工程 师 ，硕 士 从事水 _ 混凝 土设计 及耐 久性研 究 W a t e r P o w e r V o 1 3 6 N o ，圆 曩 l _ 小 J 及吧 z t -q - I t -3 配 混 凝 土 大试 件 采 用 高 频 振 捣 棒( 1 1 0 0 0次 mi n ) 成 型 高 频 振 捣 器 能 明 显 消 除 混 凝 土 中 的 气 泡 特 别 是 大 气 泡 降 低 混 凝 土 含气 量 ，从 而 提 高 混 凝 土 的 强 度 ：二 是 全 级 配 混 凝 土 大 试 件 体 积 大 于 湿 筛 混 凝 土 小 试 件 ，其 蓄 热 效 果 高 于 湿 筛 混 凝 土 ，蓄 热 加 速 了水 泥 的 早 期 水 化 ( 2)2 8 d后( 含 2 8 d ) 全 级 配 混 凝 土 抗 压 强 度 低 于 同水 胶 比 的 湿 筛 混 凝 土 且 全 级 配 混 凝 土 与 湿 筛 混 凝 土 抗 压 强 度 比值 随 着 龄 期 的增 长 而 降 低 这 是 南于 混 凝 土 后 期 强 度 主 要 受 界 面 缺 陷 影 响 其 一 全 级 配 大 试 件 的 尺 寸 远 大 于 湿 筛 小 试 件 根 据 We i b u l l 统 计 理 论 全 级 配 大 试 件 巾 出 现 缺 陷 的 概 率 高 于 湿 筛 混 凝 土 ： 其 二 由 于 水 的 密 度 远 小 于 水 泥 砂 浆 ，水 在 浮 力 作 用 下 升 ，存 饲 料 下 l厅 现 水 隙 尤 其 是 在 大 粒 径 骨 料 下 方 ， 从 而 降 低 了 骨 料 界 而 的 粘 结 力 全 级 配 大 试 件 的 骨 料 最 大 粒 径 为 1 5 0 n l l n 而 湿 筛 混 凝 土 为 4 0 i n n 1 故 全 级 配 混 凝 土 比 湿 筛 混 凝 土更 易 产 生水 隙 而 降低 界 而粘 结 力 ：其 由于 湿 筛 混 凝 土 单 位 体 积 胶 凝 材 料 含 量 远 高 于 湿 筛 混 凝 土 ，水 泥 砂 浆 可 对 骨 料 进 行 包 裹 、润 滑 ，改 善 混 凝 土 界 面 过 渡 区 性 能 ( 3 ) 锦 屏 一 级 拱 坝 伞 级 配 混 凝 土 7 d和 2 8 d抗 压 强 度 与 湿 筛 混 凝 土 的 比 值 的 平 均 值 比 溪 洛 渡 拱 坝 高 ，而 9 0 d和 1 8 0 d的 却 比溪 洛 渡 拱 坝 低 这 是 由 于 锦 屏 一 级 拱 坝 混 凝 土 大 理 岩 骨 料 强 度 较 低( 6 0 MP a左 右 ) 影 响 了混 凝 土 后 期 强 度 增 长 不 同水 电 站 的 骨 料 差 异 性 较 大 导 致 混 凝 土 的 性 能 也 存 存 一 定 的 差 异 故 对 于 高 拱 坝 工 程 应 进 行 全 级 配 混 凝 土 试 验 为 设 计 提 供 可 靠 的 参 数 2 减磨措施对混凝土强度的影响 在 进 行 混 凝 土 抗 压 强 度 试 验 时 无 法 实 现 存 混 衄W cg e r P o w e r V o 1 3 6 N o ， 凝 土 内部 保 持 受 力 状 态 的 完 全 均 一 性 这 除 了 因 为 混 凝 土 本 身 的 非 均 质 性 外 还 L六 】 为 混 凝 土 试 件 与 压 力 机 钢 压 饭 接 触 的 两 个 表 面 引 起 了 混 凝 土 试 件 应 力 场 的 奇 变 这 种 奇 变 能 一 直 贯 穿 到 试 件 内 部 一 般 情 况 下 承 压 板 对 混 凝 土 试 件 端 部 的 约 束 力 随 着 压 力 P按 比 例 增 长 但 凶 混 凝 土 与钢 板 的 接 触 而 所 能 提 供 的摩 擦 力 有 一 极 限 ，达 到 极 限 后 不 再 增 长 此 后 在 试 件 和 垫 板 之 间 将 出 现 相 对 滑 动 对 尸 的 比 值 相 对 减 小 这 就 是 高 标 号 混 凝 土 1 J 现 的 情 况 环 箍 效 应 微 弱 是 南于 端 部 不 能 提 供 足够 的 约 束 I 约 束 摩擦 力按 下 计 算 一 1 ( 1 ) 式 中 ， 为 约 束 摩 擦 力 ；P 为 力 ； 分 别 为 混 凝 土 和 垫 板 的 泊 松 比 ；E E 分 别 为 混 凝 土 和 垫 板 的 弹 性 模 量 ：b为 混 凝 土 试 件 的 l 7边 长 ：。为 垫 板 厚 度 、 假 设 混 凝 土 试 件 为 均 质 材 料 根 据 材 料 力 学 广 义 虎 克 定 律 可 知 混 凝 土 试 件 存 受 力 状 态 下 的 主 应 变 分 别 为 ： j = 寺 l ( 0 - 2 + 0 - 3 ) 】 ( 2 ) 2= 1 o - - I z ( o - l + ( 厂 3 ) ( 3 ) _F寺 o - 3 - x ( o - l + ( ， 2 ) ( 4 ) 式 中 ，s 、 、 分 别 为 试 件 受 力 后 的 第 一 、二 、三 主 应 变 ； 为 混 凝 土 泊 松 比 ； r ， l 、 、 为 试 件 受 的 三 向 主 应 力 。似 没试 什 端 部 所 受 到 的 摩 擦 力 为 零 则 混 凝 土 试 件 受 向 压 应 力 ， 此 时 I = 。 其 中 ， P 为 试 件 所 受 荷 载 ， 为 试 件 受 压 面 面 积 ， ： 0， 贝 0 8 2 = 3 = 一 丁 1) E。 u 7 。q j ， 1 同 J： ， 5微L 景， b J J I叉 WI 九 E5I 3 96 2 8 9 41 2 2 7 6 07 3 0 6 7 E5 3 5 03 3 7 7 5 2 0 3 6-4 O7 5 0 7 O 骨 料 水 胶 组 合 比 圆柱体试件抗压强度 M 圆柱体试件抗乐强度 立方体试件抗压强度 MP 立方体试件抗压强度 |1 n 1 _ ： _ _ 比 ( 仝级配， 湿筛) l1 1 万 比 ( 全级配 湿筛) 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 混 凝 土 的 弹 性 模 量 通 常 为 钢 材 的 1 1 0左 右 混 凝 土 的 泊 松 比 为 钢 材 的 1 2左 右 故 在 接 触 面 上 由 于 摩 擦 力 作 用 混 凝 土 端 部 与承 压 板 之 间 产 牛 变 形 协 调 导 致 承 压 板 约 束 混 凝 土 的 横 向 变 形 巾 于 混 凝 土 横 向 受 约 束 而 不 能 自 由 变 形 使 混 凝 土 试 件 的端 头 受 到 横 向 约 束 力 ， 即 f ， ， 与 O - 不 等 于 0， 是 与 O - 符 号 相 同 的 压 应 力 根 据 材 料 力 学 第 二 强 度 理 论 ，得 出 混 凝 土 立 方 体 试 件 的 折 算 应 力 O - 为 ： O j 也 = ( 厂 l - z ( o - 2 + ( 厂 3 ) F S 1 3 P 1 u s 4 0 1 可 见 ， P I t l S 4 0 1对 裂 缝 混 凝 土 的 渗 透 结 品 能 力及 修 复 能 力 最 好 ，F S 1 3次 之 ，P S I 一 2 0 0较 差 。 3 3 0 5 mm 和 1 mm 裂缝 混凝 土抗 渗性 能 对 比 对 比 0 5 mm 和 1 mm 裂 缝 混 凝 土 试 验 结 果 可 以 看 裂 缝 宽 度 由 0 5 i i l m 增 至 1 mm 时 ，相 同 涂 刷 厚 度 的 大 部 分 涂 料 混 凝 土 相 对 渗 透 系 数 有 所 下 降 ， 表 明 涂 刷 厚 度 相 同 时 大 部 分 混 凝 土 抗 渗 性 能 随 裂 缝 宽 度 的 增 加 而 提 高 ，铲 除 涂 料 后 的 混 凝 土 也 有 此 规 律 这 主 要 是 冈 为 裂 缝 增 宽 ，涂 刷 时 流 入 裂 缝 中 的 涂 料 数 量 随 之 增 加 ， 又 1 于 涂 料 本 身 的 抗 渗 性 能 较 混 凝 土 本 体 要 好 ， 日 | 3种 水 泥 基 渗 透 结 品 型 涂 料 均 有 渗 透 结 品 和 修 复 能 力 ， 流 入 裂 缝 中 的 涂 料 与混 凝 土 界 面 粘 结 及 咬 合 性 能 较 好 ，使 裂 缝 得 到 有 效 嵌 堵 ，从 而 提 高 了 混 凝 土 的 抗 渗 性 能 。 因 此 为 有 效 提 高 涂 料 混 凝 土 的 抗 渗 性 能 ， 在 涂 刷 涂 料 前 应 铲 除 混 凝 土 表 面 的 浮 浆 ，使 表 面 达 到 粗 糙 、清 洁 且 湿 润 ，涂 刷 时 应 采 用 二 次 或 多 次 涂 刷 T 艺 尽 量 使 涂 料 嵌 入 混 凝 土 表 面 的 微 小 缝 隙 ，增 强 二 者 之 间 的 粘 结 力 4 结论 f 1 ) 混 凝 土 产 生 0 5 I 1 1 I l l 宽 的 贯 穿 裂 缝 后 ，其 抗 渗 性 能 明 显 降 低 ， 采 用 水 泥 基 渗 透 结 晶 型 防 水 涂 料 与 聚 合 物 水 泥 防 水 涂 料 复 合 涂 刷 方 案 ， 各 种 涂 料 厚 度 均 为 4 m 时 才 能 有 效 弥 补 裂 缝 缺 陷 ，使 混 凝 土 抗 渗 性 能 达 到 或 超 过 不 刷 涂 料 、无 裂 缝 的 基 准 混 凝土 两 种类 型 防水 涂 料 复 合 使用 对 裂 缝 混 凝 土 抗 渗 性 能 的 改 善 效 果 比单 一 的 好 ；9 0 d龄 期 铲 除 涂 料 ( 模 拟 混 凝 土 表 面 涂 料 剥 落 工 况 ) 抗 渗 性 能 较 基 准 和 未 铲 除 涂 料 的 混 凝 土 大 幅 度 降 低 ：复 合 涂 刷 和 单 一 涂 刷 涂 料 混 凝 土 ，铲 除 涂 料 后 抗 渗 性 能 相 当 ；水 泥 基 渗 透 结 晶 防 水 涂 料 有 一 定 的 渗 透 结 晶 和 自修 复 能 力 ( 2 ) 裂 缝 宽 度 为 1 13 1 n l 时 ，随 着 涂 料 涂 刷 厚 度 由 2 增 加 至 3 mm混 凝 土 的 抗 渗 性 能 有 明显 提 高 ， 厚 度 再 增 至 4 I l l m 时 ，混 凝 土 抗 渗 性 能 的 增 幅 减 小 。 f 3) 裂 缝 宽 度 由 0 5 ton i 增 至1 1 3 q I I 1 时 ，在 涂 料 涂 刷 厚 度 相 同 的 条 件 下 ，大 部 分 混 凝 土 抗 渗 性 能 有 所 提 高 表 明 随 着 裂 缝 宽 度 的 增 加 ，涂 料 流 入 裂 缝 的 深 度 增 加 有 效 堵 塞 混 凝 土 缝 隙 ，提 高 r混 凝 土 的抗 渗 能 力 ( 4) 为 了 得 到 更 好 的 防 渗 效 果 ，在 涂 刷 涂 料 前 应 铲 除 混 凝 土 表 面 浮 浆 ，使 表 面 达 到 粗 糙 、清 浩 且 湿 润 涂 刷 时 宜 采 用 二 次 或 多 次 涂 刷 工 艺 ，尽 量 使 涂 料 嵌 入 混 凝 土 表 面 缝 隙 。 以 增 强 二 者 之 间 的 粘 结 性 堵 塞 混 凝 土 裂 缝 。 参 考文献 ： f 1 蒋 正武 唐 家骅 水泥基渗 透结 晶型 防水材 料在大坝 巾的应用 J 防水材料与施T ， 2 0 0 1 ， ( 8 ) ： 2 1 2 2 f 2 Wa n g K J ， J a n s e n D C ， S h a h S P P e r m e a b i l i t y S t u d y o f C r a c k e d C o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 8 1 3 9 3 f 3 刘树荣 温伟萍 聚合物水泥 防水涂料在百 色水利枢纽 R C C大 坝 上 的应 用 J 广 两 水 利 水 电 ， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 1 3 2 7 4 徐 峰 陈 彦 岭 ，刘 兰 涂 膜 防 水 材 料 与 应 用 M J 北 京 ：化 学 丁 业 出 版 社 2 0 0 7 5 P o l y m e r b a s e d ma l e r i a l s f o r r e p a i r a n d i m p r o v e d d u r a b i l i t y ： J a p a n e s e e x p e r i e n c e J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 6， 1 O( 1 ) ： 7 7 -8 2 6 余 同欢 水泥基渗透 结晶型防水 材料在嵌堵 t峡大坝裂缝 巾的 应用 J 1 f 1 罔建筑 防水 ， 2 0 0 6 ，( 5 ) ： 2 7 2 9 7 1 余剑英 王桂 明 Y J H渗透结 晶型防水 材料的研究 J 巾同建筑 防 水 ， 2 0 0 4，( 9 ) ： 1 3 1 7 8 杨斌水泥基渗透结品 防水材料 及其标 准解读 J 中国建材 ， 2 0 0 3 ， ( 7 ) ： 6 1 6 4 f 责任 编辑 常 青 ) MM 龇 M 业 业 MMM M M M 业MM f 上 接 第 1 0 5页 )度 比 无 减 磨 混 凝 土 低 。全 级 配 混 凝 土 减 磨 强 度 与无 减 磨 强 度 的 比值 比湿 筛 混 凝 土 更 小 ， 即减 磨 对 全 级 配 混 凝 土 影 响 程 度 更 大 。 f 3) 高 径 比 为 2 的 网 柱 体 试 件 的 抗 压 强 度 比 立 方 体 试 件 低 ， 且 网 柱 体 试 件 强 度 更 接 近 混 凝 土 强 度 的 真 实 值 参考 文献 ： 1 周少森 ，等 四川水力资源条件 、开发价值及开发前景展 望 J 水 电站 没计 ， 2 0 0 6， ( 2 ) ：8 4 8 7 2 李光伟 ，杨忠义 ，杨代六 高拱坝全级配大体积混凝土力学特性 试 验 研 究 J 二 峡 大 学 学 报 ， 2 0 0 3 ， ( 1 2 ) ： 5 0 0 5 0 3 3 李 光伟 杨代 六 拱坝 大体 积混凝 土 力学 特性 的 试验 研究 J 水 电站设 计2 0 0 6 ，f 6 1 ： 8 8 9 2 4 杨 成球 吴政 全级配混凝土基本 力学特 性试验研究 J 水利 水 电科技进 展，2 0 0 0 ， ( 6 ) ： 2 9 3 4 5 1 徐 定华 冯文远 混凝土材料实用指南f M 北 京 ： 中阁建筑 工业 出版 社 2 0 0 5 ( 责任 编 辑 常 青 ) Wa t e r P o w e r V o 1 3 6 N o 衄