天然骨料拱坝全级配混凝土特性试验研究.pdf

2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY 天然骨料拱坝全级配混凝土特性试验研究 董芸 1 , 2 肖开涛 ，杨华全 ( 1 武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ；2 长江水利委员会 长江科学院，湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要： 研究了天然骨料拱坝全级配混凝土的力学性能、 变形性能 、 热学性能和抗渗性能 ， 并对 比了全级配混凝土与湿筛t 昆 凝 土之间的性能差异。 试验结果表明 ： 1 8 0 d 龄期全级配混凝土的抗压强度 、 劈拉强度 、 轴心抗拉强度、 极限拉伸值 、 抗压弹模和干缩 率分别为湿筛混凝土的 8 0 、 1 0 5 、 7 7 、 6 5 、 1 1 4 、 4 6 左右 ； 1 2 0 d 龄期以后， 全级配混凝土的自生体积收缩变形约为湿筛混凝土 的 5 0 ； 不同加荷龄期， 全级配混凝土的徐变度均低于通过湿筛混凝土试验换算所得的全级配混凝土徐变度 ， 约为后者的 8 7 ； 天然骨料混凝土的线膨胀系数较高 ， 全级配混凝土略低于湿筛混凝土 ； 抗渗等级大于 P 1 0 ， 抗渗性能较好 。 关键词： 天然骨料；拱坝 ；全级配混凝土 ；变形性能；热学性能；徐变 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 1 4 0 0 4 E x p e r i m e n t a l s t u di e s o n pr o p e r t i e s o f f u l l y - g r a d e d a r c h d a m c o n c r e t e w i t h n a t u r a l a g g r e g a t e DONG Yu n ， XI AO Ka i t a o ， YANGHu a qu a n ( 1 Co l l e g e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n dny d r o e l e c t r i cE n g i n e e ri n g， Wu h a nUn i v e r s i t y， Wu h a n4 3 0 0 7 2 ， C h i n a ； 2 C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g j i a n g Wa t e r R e s o u r c e s C o m mi s s i o n ， Wt t h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T h eme c h a n i c s ， d e f o r ma t i o n， t h e r ma l p r o p e r t i e s a n dp e rm e a b i l i t y o f f u l l y g r a d e d a r c h d a m c o n c r e t eu s i n gn a tur a l a g g r e g a t e ， a n d c o n t r a s t s wi t h t h o s e o f we t s c r e e n e d c on c r e t e we r e s tud i e dTh e r e s u l t s s h o we d t h a t ， on t h e 1 8 0 d a g e， c o mp r e s s i ve s t r e n g t h， s pl i t t i ng t e ns i l e s t r e ng t h， a x i a l t e n s i l e s t r e n g t h， u l t i ma t e t e ns i l e v a lue， c o mp r e s s i ve e l a s t i c mo d ul u s a nd d r y s h rin k a g e o f f u l l y g r a d e d c o nc r e t e we r e a b o ut 8 0 ， 1 0 5 ， 7 7 ， 6 5 ， 1 1 4 a n d46 r e s pe c t i v e l yo fwe t s c r e e n e d c o n c r e t e； a u t o g e n o usv o l ume s h rin ka gede f o r ma t i o n of t h ef o r - mc r wa s a bo ut 5 0 o ft h e l a t t e r a fte r 1 2 0 d a ge ； t h e c r e e p d e g r e e s of t he fol l y - g r a de d c o nc r e a t d i ffe r e n t l o a d i ng ag e we r e b e l o w t h a n the va l u e s c o n v e r s i o n t h r o u g h t h e we t s c r e e n e d c o nc r e t e s t ， wh i c h wa s a bo u t 8 7 of t h e l a t t e r ； l i n e ar the rm a l e x pa ns i o n c o e ffic i e n t o f na tu r a l a g gre g ate c o n c r e t e wa s h i g h e r ， f u l l y g r a d e d c o n c r e t e s l i g h t l y l o we r t h a n we t s c r e e n e d c o n c r e t e ； a n t i p e r me a b i l i t y l e v e l o ffol l y - gra d e d c o nc r e t e g r e ate r t ha n P1 0， i mp e r me a bl e p e r f o rm a nc e wa s g o o d Key wor ds ： n a t u r a l a g gre g a t e； a r c h d a m ； fol l y - gra d e d c o n c r e ； de f o rm a t i o n p r o pe r t i e s ； t h e rm a l p r o p e r t i e s； c r e e p ( 】 引 言 山 口水 电站位于新疆北部 ， 工程具有灌溉和发 电等综 合作用， 设i f - 推荐坝型为常态混凝土双曲拱坝， 最大坝高 9 4 1 T I ， 混凝土 总用量 为 3 I 1 6万 m3 ， 利用 当地 天然骨料作 为拱坝混凝土骨料 。 混凝土的特性参数 是大坝 结构设计 和工 程施工重要 的基本依据 ， 直接影响到大坝 的安全性 、 耐久性和经济性 。 目前国内所有大坝混凝土的设计 、 施工和质量检测均是按照 D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土试验规程 或 S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工混凝土试验规程 规定的方法， 采用湿筛法， 除去粒 径大于 4 0 mm的骨料 ， 以湿筛后 的小尺寸混凝土试件性能 来表示混凝土的性能， 并以此作为大坝的设计特性参数和 依据 。 采用湿筛法筛除大骨料， 一方面使大骨料骨架失去 作用的同时掩盖了大骨料的界面缺陷， 另一方面使湿筛前 后混凝土灰浆率发生较大的改变 ， 对混凝土各项物理力学 特性 、 变形性能和耐久性产生很大影n tz ， 加上大小试件 的 尺寸效应3 ， 造成试验结果与大坝实际全级配混凝土性质 存在差异 ， 无法真实反映大坝混凝土的实际情况 。 骨料是水工大坝混凝土的主要组成部分 ， 约 占混凝 土 体积 的 8 0 。 骨料 的性能和品质对大坝混凝 土拌合物的性 能及硬化混凝 土的强度 、 耐久性 、 抗裂性等性能指标都有 重要影响， 决定工程能否顺利施工及工程的经济性问 。 由于 国内关于天然骨料全级配混凝土的研究较 少 ， 为充分了解 天然骨料对拱坝全级配混凝土性能的影响， 结合山口水电 站工程进行 了天然骨料大坝全级配混凝土性 能试验研究 ， 了解 天然骨 料对拱坝全级配混凝 土力学性能 、 变形性能 、 热学性能以及抗渗性能的影响 ， 比较天然骨料全级配混凝 土与湿筛混凝土之间的性能差异， 为大坝混凝土的设计和 施工提供参考依据。 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 2 1 4 基金项目：国家 自然科学基金重点项 目( 5 1 1 3 9 0 0 1 ) ； 国家 自然科学青年基金项 目( 5 1 1 0 9 0 1 5 ) 1 4 0 1 原材料与试验 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水 泥。 试验用水泥为新疆屯 河水泥有 限责 任公 司 生产的 P I 型水泥 ， 其物理力学性能品质检验结果见表 1 ， 其熟料的矿物组成为 ： C 3 S ： 3 5 4 4 、 C 2 S ： 3 4 5 5 、 C ： 8 8 8 、 C 4 A F ： 1 3 3 6 。 从表 1 中可 以看出， 屯河 硅酸盐水泥的品质 ( 2 ) 粉煤灰 。 试验用粉煤灰 由天 山电力股 份有限公司 生产生产 ， 其品质检验结果见表 2 。 试验结果表 明， 该粉煤 灰满足 D L T 5 0 5 5 -2 0 0 7中 F 类 I 级粉煤灰的技术要求 。 ( 3 ) 骨料。 试验所用天然砂石骨料均取 自工程现场 ， 细 骨料由人工砂和天然砂按 4 ： 6 的比例混合而成， 人工砂由天 然粗骨料加工所得。 细骨料品质检验结果见表 3 ，颗粒分布 见表 4 。 粗骨料表观密度 2 7 0 0 k g m3 ， 吸水率 0 3 ， 压碎指 满足国家标准 G B 1 7 5 2 o 0 7 的要求。 标 5 6 。 表 1 水泥物理力学性能 品种 细度 o 0 需水量 比 烧失量 S O 含量 含水量 密度 ( k g m 3 ) 活性指数 表 3 细骨料的品质指标 粒径范围 mm 5 5 -2 5 2 5 1 25 1 2 5 -0 6 3 0 6 3 -0-3 2 0 3 2 -0 1 6 P 1 0 ， 按照相对渗透系数计算， 大坝全级配混凝土的相对 渗透系数分别为 2 3 x 1 0 0 c m s 和 1 0 x l 0 。 c r n s ， 抗渗性能 较好 。 3结 论 ( 1 ) 天然骨料拱坝全级 配混凝 土 1 8 0 d龄期 的抗 压强 度、 轴心抗拉强度、 极限拉伸值分别为湿筛混凝土的 8 0 、 7 7 、 6 5 左右 ， 降低较为显著 ， 因此尽管湿筛混凝土设计 龄期的抗压强度有较多富裕 ， 但全级配混凝土设计龄期的 抗压强度略低于配制强度 的要求 ， 实际施工 中应适当调整 配合比， 提高混凝土强度。 ( 2 ) 天然骨料拱坝全级 配混凝 土劈裂受拉 时大石 、 特 大石起到 了阻碍裂缝发展 的作用 ， 因此全级配混凝 土的劈 拉强度高于湿筛混凝土， 9 0 d 龄期以前尤为明显， 为湿筛混 凝土的 1 1 8 1 3 5 ， 但随着龄期增长 ， 到 1 8 0 d两者比值 趋近 于 l 。 ( 3 ) 天然骨料拱坝全级配混凝土的抗压弹模高于湿筛 混凝土， 约为湿筛混凝土的 1 1 5 。 ( 4 ) 天然骨料拱坝全 级配混凝土的干缩明显小 于湿筛 混凝土， 1 8 0 d 龄期的干缩率为湿筛混凝土的 4 6 。 【 2 】J o h a n n P l a n k ， C h fis t d S c h r o e fl， Mi r k o G r u b e r ， Ma t t h i a s L e s t i Ro l a n d S i e be r Effe c t i v e ne s s o f P o l y c a r b o x y l a t e S u p e r p l a s t i e i z e r s i n Ul t r a Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e： T h e I mp o r t a n c e o f P C E C o mp a t i b i l i t y w i t h S i l i c a F u me J J o u r n a l o f Ad v a n c e d C o n c r e t e T e c h n o l o g y， 2 0 0 9： 5 - 1 2 3 】 焦楚杰， 孙伟， 秦鸿根， 等 聚丙烯一 钢纤维高强混凝土弯曲性能 试验研究 J 】 建筑技术， 2 0 0 4 ： 4 8 4 9 4 1 闫长旺 ， 贾金青 ， 张菊 钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研 究 J 1 _ 大连理工学报 ， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 2 3 3 2 3 8 【 5 】S U N We i ， C H E N D o n gt o n g T h e F l e x u r al P e r f o r m a n c e a n d t h e I n - t e r f a c i a l E f f e c t o n t h e F i b e r H y b r i d R e i n f o r c e d C e m e n t Ma t ri x C Th e I n t e r na t i o na l Co n f e r e n c e o n Co n c r e t e En g i n e e r i n g , S y mpo s i u m ： s n 】 ， 1 9 9 1 ： 6 5 4 - 6 5 9 6 】吴中伟 水泥基复合材料的界面问题f J 武汉建材学院学报， 1 9 8 2 ( 2 ) ： 1 4 3 1 4 9 7 】吴中伟 ， 廉 慧珍 高性能 混凝土【 M 北京 ： 中国铁道 出版 社 ， 1 9 99： 3 6 -6 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 孙成辉 ( 1 9 8 8 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 ， 主要从 事超高强混 凝土脆性改善研究工作。 北京市石景山区晋元庄路 5 号 北方工业大学( 1 0 o o 4 1 ) 1 8 91 1 0 2 76 9 3 ( 5 ) 全级配混凝土2 1 d 龄期以前的自生体积收缩变形 与湿筛混凝土较接近， 后期小于湿筛混凝土， 1 2 0 d 龄期以 后 ， 全级配混凝土的 自生体积收缩变形约为湿筛混凝土 的 5 0 。 ( 6 ) 各加荷龄期 ， 全级配混凝 土的徐 变度 均低于通过 湿筛混凝 土试验换算所得的全级配混凝 土徐变度 ， 前者平 均约为后者 的 8 7 。 ( 7 ) 天然骨料拱坝全级配混凝土 的线膨 胀系数较高 ， 但略低于湿筛混凝土。 ( 8 ) 天然骨料拱坝全级配混凝土的抗渗等级大 于 P 1 0 ， 相对渗透系数在 1 0 1 0 o 2 3 x 1 0 。 。 之间， 抗渗性能较好 。 参考文献： 1 S L 2 8 2 -2 0 0 3 ， 混凝土拱坝设计规范 s E 京： 中国水利水电出 版社 ， 2 0 0 3 3 】宋玉普 ， 王怀亮 全级配大体积混凝土的内日 寸 损伤本构模型 J 水利学报， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 7 ) ： 7 6 9 7 7 7 3 】3 郑丹， 韩巍巍， 张寅 水工混凝土全级配与湿筛混凝土强度关系 的研究 J 1 水利与建筑工程学报， 2 0 1 1 ， 9 ( 5 ) ： 1 0 1 4 4 】杨华 全， 李 文伟 水工混凝土研究与应用 M】 E 京 ： 中国水利水 电出版社， 2 0 0 5 ： 1 0 4 1 1 1 作者简介 ： 联系地址 ： 联 系电话 董芸( 1 9 7 5 一 ) ， 女， 高级工程师， 主要从事水工混凝土 高性能化和老化破坏机理研究。 武汉黄埔大街 2 6 9号 长江科学院材料与结构研究所 ( 4 3 0 0 1 0 ) 0 27 8 28 2 9 7 57 1 4 7