高贝利特水泥混凝土自生体积变形的尺寸效应.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CONC RE T E AND C EME NT P RODUC T S 2 01 4 No 8 Au g us t 高贝利特水泥混凝土 自生体积变形的尺寸效应 王可 良 ， 吕兴友 ，刘延 江 ( 1 山东交通学院 ， 济南 2 5 0 3 5 7 ； 2 淄博市太河水库管理局 ， 2 5 5 0 0 0 ) 摘 要 ： 在 地表 面下开挖 不 同尺寸的 圆柱形坑槽 ， 用 p 2 0 0 mm 的 P V C做 密封桶 ， 分别对 高贝利特 水泥混凝土和 普通硅酸盐水泥混凝 土成型 不同尺 寸试件 ， 进行 自生体积 变形试验 。结果表 明， 混凝土 自生体积 变形存在 明显的尺 寸效应 。 试件 尺寸 大， 混凝 土 自生体积 变形减 少。 与普通硅酸 盐水泥混凝 土比较 ， 高 见利特水泥混凝土 自生体积 变形 减 小的 幅 度 较 小 。 关键词 ： 高贝利特水 泥； 混凝土 ； 自生体 积变形； 尺寸效应 Ab s t r a c t ：Hi g h B e l i t e c e me n t C o n c r e t e a n d g e n e r a l P o r t l a n d c e me n t c o n c r e t e mo l d e d i n e x c a v a t e d c y l i n d r i c a l p i t s wi t h d i f f e r e n t s i z e u n d e r t h e g r o u n d a n d i n s e a l e d P VC b u c k e t s w i t h p 2 O O mm a r e t e s t e d o n a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n T h e r e s u l t s s h o w t h a t s i z e e f f e c t o f a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e i s o b v i o u s ， a n d t h e a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e r e d u c e s wi t h s p e c i me n s i z e i n c r e a s i n g Co mp a r e d wi t h g e n e r a l P o r t l a n d c e me n t ，t h e r e d u c t i o n o f a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n o f h i g h Be l i t e c e me n t c o n c r e t e i s l o we r At l a s t ， s i z e e f f e c t o f a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n o f hi g h Be l i t e c eme n t c o n c r e t e i s a na l y z e d Ke y wor ds ：Hi g h Bc l i t e ce me n t ；Con c r e t e；Aut o g e no u s v o l u me d e f orm a t i o n； Si z e e f f e c t 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 8 - 2 6 - 0 3 0前言 混凝土的 自生体积变形是评价混凝 土抗裂性 能 的一个重要参数【 】 1 ， 它与水泥 品种 、 水泥用量及掺 用混合材料种类等有关 ，是施工温度应力计 算 、 混 凝 土 坝 温控 设 计 、 原 型 观测 资料 分 析 中不 可缺 少 的 重要 资 料 ， 它 对应 力 计算 结 果 、 温 控措 施 、 工程 质 量 及技术经济效益等有很大影响 2 l 。目前 ， 有关混凝 土 自生体积变形的研究成果大多集 中于外掺 Mg O的 水工混凝土室 内试验与现场原形观测 。 从 Mg O的掺 量和混凝土温度 、 龄期等方面研究 Mg O混凝土的 自 生体积变形。基本一致认为 ， Mg O掺量大 、 混凝土温 度高 、 龄期长 ， Mg O混凝土的自生体积变形大 3 卅。 研 究还认为 ， 现场原形观测混凝土的 自生体积变形小 于室内试验 ， 主要是由于现场施工时 的温度较低造 成 的 5 。但作者认为 ， 在原形观测试验 中， 未考虑混 凝土 的尺寸效应所造成 的收缩变形 ， 因此 ， 研究混 凝 土 自生体积变形 的尺寸效应 是工程界 亟待解决 的关键问题 。高贝利特水泥是 中国建筑材料科学研 究 总院研究并投入 中试 的国家九五重点攻关项 目， 是一种绿色高性能的环保型节能水泥 。该水泥是 以 C 2 S为主导矿物 的硅酸盐水泥 ， 水化热低 6 1 ， 有利 于 基金项 目： 山东省 自然科学基金 ( Z R 2 0 1 3 E ML 0 0 7 ) ； 山东交通 学 院博 士科 研启动基金 ； 山东交通 学院科研 基金 ( Z 2 0 1 3 3 6 ) 。 一 2 6一 大体积混凝土温控防裂和耐久性 ， 在核 电站 、 大坝 、 高层和大跨度等建筑工程 中得到 了广泛应用 。因 此 ， 对于高贝利特水泥混凝土 自生体积变形 的尺寸 效 应进 行深 入研 究显 得 十分必 要 。笔 者 结合 不 同尺 寸的高贝利特水泥混凝土测试 了 自生体积变形， 并 与普通 硅酸 盐水 泥混 凝 土进行 了 比较 。 1 试验 内容 1 1 试 验原材 料 及配合 比 普通硅酸盐水泥 ： 山东青州某公司产 P O 4 2 5 级水泥 ； 细集料 ： 中粗 砂 ， 细度 模数 2 6 ， 山东青 州 产； 粗集料 ： 5 3 1 5 ram碎石 ， 山东青州产 ； 高贝利特 水泥 ： 2 8 d抗压强度为 4 2 5 MP a ， 四川某公 司产。外 加剂 ： 引气减水剂( 粉体 ) ， 济南某公司产。水泥熟料 化 学成 分及 矿 物组 成见 表 1 ，试 验所 用 配 合 比见 表 2。 1 2 试件制备 在 地 表 面 下 开 挖 q 4 0 0 0 m m 2 0 0 0 mm 和 q 2 0 0 0 mmx l 0 0 0 mm 的圆柱 形 坑槽 各 2个 ， 在槽 坑 中 心部位构建“ 十” 字形钢筋支架 ， 将南京产无应力桶 固定在支架上 ， 南京产 S L l 0差动式电阻应变计垂 直 固定桶 内 ，槽坑底部 和周 围用 塑料膜覆盖 。用 0 5 m 搅拌机拌和混凝土 ， 分别向坑槽内浇注高贝利 特水泥? 昆 凝土和普通硅酸盐水泥混凝 土， 在混凝 土 初凝后 ，用塑料膜覆盖 ，槽坑周 围通 1 8 - 2 2 C 水养 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王可 良， 吕兴友， 刘延江 高贝利特水泥混凝土 自生体积变形的尺寸效应 护 。另外 ， 用 P 2 0 0 mm 6 O O m m 的 P V C做密封桶 ， 将 应变计垂直 固定在桶 中心 ， 成 型混凝 土试件 ， 室温 养护。 1 3 试验 方法 根据 S L 3 5 2 2 0 0 6 水工混凝土试验规程 ， 用 南京产 S Q 一 2数字 电桥测定混凝 土 的电阻 比和 电 阻。用测完 p 2 0 0 mm 6 0 0 mm的混凝土 自生体积变 形试件 ， 测定混凝土 的线膨胀 系数 ， 计算混凝 土的 自生体积变形。 1 4 试验结果与讨论 1 4 1 混凝土线膨胀系数 测得 p 2 o 0 mm 6 o 0 m m 高贝利特水泥混凝土和 普通硅酸盐水泥混凝土的线膨胀系数见表 3 。 1 4 2 混凝土 自生体积变形 根据测得的线膨胀系数 、 混凝土的电阻 比和 电 阻 ， 计算不 同尺 寸的混 凝土 自生体积变形 ， 结果见 表 3 混凝 土线膨 胀系数 水泥混凝土类型 线膨胀 系数 ( 1 0 ) 高贝利特水泥混凝土 普通硅酸盐水泥混凝土 8 1 7 8 49 表 4、 表5。 分析表 4 、 表 5可 以看 出， 高贝利特水泥和普通 硅酸盐水泥混凝土 的 自生体积变形具有 明显尺 寸 效应 ， 试验的 3种尺寸试件在 7 9 0 d龄期 内， 自生 体积变形 随试件尺寸增大而减小。与普通硅酸盐水 泥混凝土相 比较 ， 高贝利特水泥混凝土 自生体积变 形减小的幅度较小。 q 2 O O m mx 6 O O mm的高贝利特水 泥混凝土试件 7 - 9 0 d龄期 自生体积变形在- 1 6 3 4 4 x 1 0 - 6 - - 0 4 7 x 1 0 。 。 之 间 ， 2 0 0 0 m mx l O O O mm 的 试 件 自 生 体 积 变 形 在 一 5 4 6 0 4 x l O 4 6 9 5 5 x l O 之 间 ， q 4 O O O mmX 2 0 0 0 mm 的试 件 变形 在 一 6 5 1 0 5 x l O 表 4 高 贝利特水泥混凝 土 自生体 积变形 一 27 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 一 5 3 7 0 4 1 0 之 间 。 尺 寸 为 q 2 O O m m x 6 O O m m、 q 2 O O O mmx l O 0 0 m m、 p 4 0 0 0 mm 2 0 o 0 mm 的普 通硅 酸 盐水泥混凝土试件 7 - 9 0 d龄期 内， 其 自生体 积变形 范 围 分 别 为 一 2 9 8 5 3 x l O 1 7 6 8 8 x 1 0 。 6 、 一 l 1 4 9 3 6 x 1 0 -6 - - 5 1 7 5 0 x 1 0 - 6 1 7 4 0 7 2 x 1 0 一1 0 2 9 1 5 x 1 0 。 2 高 贝 利特 水 泥 混凝 土 自生 体 积 变形 尺 寸 效应 分 析 混凝土 自生体积变形 随试件 尺寸的增大而减 小 ， 主要是 因为混凝土的 自生体积变形与试件尺寸 有关 。根据文献 7 】 ， 水泥熟料矿物在水化生成水化 物的同时， 固相物的体积增大。然而 ， 如果水泥加上 水的体积作为总体积计算 ， 体积却是减小 的。由于 水 泥 的 水 化 反 应 随 温 度 的升 高 而 加 速 ， 因此 ， 混凝 土尺寸越大 ， 温度越高 ， 水泥的水化也越快 ， 混凝土 收缩变形越大。 在水泥矿物组成中， C A的体积减缩 最大， C 2 S次之 ， C 2 s 体积减少最小 。同时， C 和 C 的水化速度大 ， 受温度影响较大 ， 尺寸效应影响的 收 缩变 形更 明显 。根 据表 1中水泥 熟料 的化 学成 分 与矿物 组成 ，高 贝利 特 水 泥 中 C ： S含 量 远小 于普 通 硅 酸 盐 水 泥 中 的含 量 ， 因此 ， 普 通 硅 酸 盐 水 泥 混 凝 土试件尺寸增大时， 温度升高 ， 水化速度增大 ， 混凝 土收缩 比高贝利特水泥混凝土大 ， 表现为 自生体积 变形减小的幅度大于高贝利特水泥混凝土。 3结论 混凝土 自生体积变形与试件尺寸有关 ， 自生体 积变形具有 明显的尺寸效应 。混凝土尺寸大 ， 混凝 一 2 8一 土 自生体积变形减小 ； 与普通硅酸盐水泥混凝土 比 较 ， 高 贝利 特水 泥 混 凝 土 自生体 积变 形 减 小 的 幅 度 较 小 。 参考 文献 ： 【 1 解凌飞， 常晓林， 周伟 自生体积变 形对高拱 坝温度 应力 的 影 响研究 I J 】 武汉大学学报： 工学版， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 2 ) ： 1 1 - 1 5 2 李红彦 外 掺 Mg O混凝 土 自生体积变形 试验研究 f J 中 国农 村水利水 电， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 1 2 3 1 2 4 【 3 朱伯芳 论微 膨 胀混 凝 土筑 坝技 术 【 J j 水 力 发 电学报 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 1 - 1 3 4 1 杨光华， 袁 明道 Mg O微膨胀混凝土 自生体积变形 的双曲 线模型【 J 1 水力 发电学报， 2 0 0 4 ，2 3 ( 4 ) ： 3 8 4 4 【 5 】 陈 昌礼， 唐成 书 氧化镁 混凝土在东风拱 坝基础 中的应 用 及长 期观测 成果分 析 J 1 水力 发 电学 报， 2 0 0 6 ， 2 5 ( 4 ) ：1 0 2 1 0 7 6 李金玉， 彭小平 ， 曹 建 国， 等 高 贝利 特水泥 低热 高抗 裂 大坝 混凝 土性能 的研 究 f J 】 硅酸盐 学报， 2 0 0 4 ， 3 2( 3 ) ： 3 6 4 3 71 【 7 】 黄士元 近代混 凝土技术 M 西安： 陕西科学技术 出版社， 1 99 8：21 -3 0 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 3 0 作者简介 ： 王可 良( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 博 士 、 讲师 、 工程师 。 通讯地 址 ： 济南市 长清大 学科 技园海棠路 5 0 0 1 号 联 系 电话 ： 1 3 7 0 5 41 7 1 7 3 E- ma i l ： k e l i a n g wa n g 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m