碾压混凝土的极限拉伸变形研究.pdf

第 4 1卷 第 1 9期 2 0 1 0年 1 0月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 41 No 1 9 0e t 2 01 0 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 0 ) 1 9 0 0 8 8 0 3 碾压混凝土的极限拉伸变形研究 刘 数 华， 方 坤 河 ( 武汉大学 水资源与水 电工程科学国家重点实验 室， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要 ： 为了防止混凝土发 生裂缝 ， 设计 者对坝工等大体积混凝 土提 出抗裂要求 ， 并以极限拉伸值作为混凝土抗 裂能力的指标 。通过对 国内数十个工程 的碾压混凝土资料 的统计 与分析 ， 研 究了碾压混凝土的极 限拉 伸变形 性能。结果表 明： 碾 压混凝土 的极 限拉 伸变形与混凝 土中胶凝材料浆所 占比例成线性关 系。我国碾压 混凝 土 的粉煤灰掺 量为 5 0 6 0 ， 后期 其极 限拉伸值接近 常态混凝土的拉伸 应 变能 力， 大 多处 于 6 01 0 一 1 O 0 1 0 之 间， 这对 于提 高混凝土的抗裂性能极为有利。 关键词 ： 碾压混凝土；极限拉伸 变形 ；常态混凝土 ； 抗 裂性能 中 图 法 分类 号 ：T V4 3 1 文 献 标 志 码 ：A 美国垦务局认为 ， 较高的极 限拉伸值能使混凝土 更好地承受较大范围的温度变化和干燥收缩等引起的 变形 。日本岛川义 郎等认 为， 在应力应变分析时， 提高混凝 土 的极 限拉 伸值对 混凝土抗 裂 能力的增 强极 为重要 。 碾压 混凝 土的极 限拉伸 变形与 常态混凝 土一样 受 胶 凝材料 用量 、 混凝 土的抗拉 强度 、 混 凝土 的弹性模 量 以及混凝 土 的龄期 等 的影 响 ， 其 中最 主要 的 是胶 凝 材 料 用量 和混 凝土 的抗拉 强度 。当混凝 土 的抗 拉强度 相 同时 ， 则 主要受胶 凝 材料 用量 的影 响或 者 说 受灰 浆 所 占比例 的影 响 。 为碾压混凝土的灰浆率 ， 。 图 1 碾 压 混 凝 土 灰 浆 率 与极 限拉 伸 值 的 关 系 1 碾压混凝土与灰浆率的关系 2 碾压 混凝土与常态混凝土极限拉仲值对比 统计 国 内 2 8 个 工程 的碾压 混凝 土室 内试 验结 果 ， 4 8个相应极限拉伸值和灰浆率测定值列于表 1 。 根据表 1的资 料 可 以得 出 ， 碾 压混 凝 土 的极 限 拉 伸 变形与混 凝 土 中胶凝 材 料 浆 所 占比例 ( 质 量 比 ) 基 本成 线性关 系 ( 图 1 ) ， 其 回归 方程为 ： 0 ： 1 5 1 2 6 p 一7 6 5 6 3， n = 4 8 R = 0 71 2 6 ( 1 ) 式中， 踟 为碾压混凝土9 0 d的极限拉伸值 ， 1 0 I ” ； p 试 验资 料表 明 ： 干贫碾 压混凝 土 2 8 d龄 期 的极 限 拉伸值为 4 01 0 7 0 1 0， 9 0 d龄期 比2 8 d龄 期增 长不多 ， 而高粉 煤灰掺量 碾压 混凝 土 9 0 d龄期 的 极 限拉 伸值 为 6 0 X 1 0 1 0 0 X 1 0 ， 达 到 常 规 混凝 土相 当的拉 伸应变 能力 。正 如 表 1所 示 ， 由于 我 国 碾压混 凝土 的粉煤灰 掺量 大 多 为 5 0 6 0 ， 因此极 限拉 伸 值 也 大 多 处 于 6 01 0 一 1 0 0 1 0 之 间。 英 国 的试 验 资料 表 明 ， 高粉 煤 灰 掺 量 碾 压 混 凝 土 比 收 稿 日期 ： 2 o 1 0010 4 基金项 目： 高等 学校博士学科 点专项科研基金资助项 目( 2 0 0 8 0 4 8 6 1 0 6 0 ) 作者简介 ： 刘数华 ， 男， 副教授 ， 主要从 事水 工建筑材料研 究。E ma i l ： s h l i u t s i n g h u a e d u 13 13 如 帅 阳 。 一 s u 覃 晕 f 肇 第 1 9期 刘数华 ， 等： 碾压混凝土的极限拉伸变形研 究 8 9 表 1 国内工程碾压 混凝 土极限拉伸值的室 内试验结果 表 2 国 内工程碾压混凝土极 限拉伸 值随龄期 的变化 工 程 工 程 坑口 9 8 一 普定 6 3 0 9 3 1 水 口 6 2 1 0 0 8 三峡 ( 试验) 5 3 0 9 3 0 天生桥二级 7 4 9 0 9 7 2 0 l 0 6 7 7 8 9 4 7 8 6 5 1 1 0 6 长顺 7 5 石板水 1 0 0 0 1 0 8 2 6 8 9 8 5 1 2 O 0 1 1 8 4 岩滩围堰 6 4 9 3 5 招徕河 9 0 5 1 O l 3 7 4 一 9 4 0 一 宝珠寺 6 8 9 8 9 自莲崖 7 8 0 9 4 4 万安 6 5 8 7 0 l 0 8 6 9 O l 1 1 0 百色8 6 5 l 】 4 6 漫湾 7 9 l O 6 5 阎王鼻子 8 1 7 4 6 7 0 8 3 1 0 4 7 8 3 3 4 6 6 2 临江 9 5 l O 0 5 龙首 8 7 0 1 1 2 1 9 6 1 0 1 4 7 8 0 l O 5 4 白石 8 0 l 0 O 3 大朝山 7 5 0 0 3 5 桃林口 1 2 5 1 2 3 4 6 4 0 O 3 l 沙溪13 9 4 一 龙滩 7 8 0 1 0 3 3 铜街子 5 0 9 1 0 8 6 0 l 0 5 0 5 5 8 8 O I l 3 0 l 2 5 5 6 0 9 0 5 l O 8 0 l 2 2 5 6 5 9 7 3 沙牌 I 2 3 0 l 2 8 5 7 O 9 8 5 7 0 O l 0 8 5 7 5 l O 3 3 洪 1 8 5 0 1 0 6 4 8 0 l 0 4 2 8 3 0 9 7 3 8 5 l 1 0 3 6 0 O 9 1 4 高坝洲 6 2 1 0 O 0 隔河岩嗣堰 5 2 0 普定 9 8 1 1 2 4 4 6 0 一 6 0 9 4 2 龙 8 7 0 】 1 6 8 9 O l 0 9 4 8 6 O l 】 6 9 9 4 l 0 7 O 干贫碾 压混 凝土 的极 限拉 仲值 高 ； 美 罔 资料指 出 ， 水 泥 胶结砂 砾 料碾 压 混凝 1 ： ( 属 低 胶凝 材 料 用量 碾 压 混 凝土 ) 3 6 5 d的拉 仲应 变能 力约 为 6 0 1 0一， 仅 相 当于 高粉煤 灰掺 鲢碾 混 凝 土 的一 半 ， 而且 碾 压 混 凝 土 的 拉 伸应 变能 力仍住 增长 。 一 些 文献 根据 室 内试 验 资 料 指 出 ， 碾 压 混 凝 土 的 极限拉伸 值低 于常 态混凝 土 的极 限拉伸 值 。也有 一些 文献指出， 碾压混凝土的极限拉伸值高于常态混凝土 的极 限拉 伸值 。碾压 混凝 土 与常态 混凝 土极 限拉 伸值 的高低需 根据混 凝 土配 合 比的 具 体情 况 加 以分 析 ， 只 要配合比合适 ， 前者 完全有 可能大于后 者 。表 2 是我 国部分 碾压 混凝 土极 限拉 伸值 随龄 期增 长 的试 验 资料 。该 资料表 明 ， 由于我 国碾 压 混 凝 土掺 有 大 量 的 掺合料 ， 而 常态混 凝 土 掺量 较 少 ， 因此 ， 常态 混 凝 土 在 9 0 d龄 期 以后极 限拉 伸 值增 长 很 少 ， 而碾 压 混 凝 土 的 极限拉伸值仍有强劲 的增长势头， 甚至会超过常态混 凝 土 的极 限拉 伸值 。 1 极限拉伸值x 1 0 “ 极限拉伸值 1 0“ 。 L 7 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 7 d 2 8 d 9 O d 1 8 0 d 桃林E l 一 1 1 4 1 2 5 1 2 7 三峡纵横堰 一 7 2 7 9 一 一 l 0 4 1 0 6 l l l - 6 6 7 6 - 一 9 7 l 0 2 l 1 2 5 6 6 0 - 索风营 5 8 7 O 8 2 -4 7 7 0 5 3 6 8 7 7 -4 5 6 8， 5 4 6 6 7 6 一 4 2 6 3 一 5 2 6 3 7 1 一 阎王鼻子 6 2 6 5 8 2 龙首 5 4 6 5 8 7 3 0 4 0 8 3 一 5 6 6 7 8 6 一 白石 3 3 4 5 8 O 8 9 龙滩 一 7 4 9 7 1 0 8 彭水 4 0 5 8 6 5 6 7 8 3 9 6 5 3 6 5 8 2 7 0 8 0 9 0 4 5 6 3 7 0 一 6 7 7 2 8 1 思林 一 7 3 8 3 一 6 O 7 1 7 7 一 6 8 7 7 一 5 4 6 8 7 7 洪V I 一 5 9 8 1 一 7 8 8 2 91 一 6 O 7 4 一 7 2 7 3 7 5 6 4 8 5 白莲崖 4 8 7 3 7 8 8 3 一 6 2 7 7 一 4 3 6 8 8 7 8 8 一 6 9 8 3 一 沙牌 一 6 9 1 1 5 1 3 1 一 5 3 6 0 一 5 8 8 3 1 0 4 普定 4 2 6 6 9 8 1 0 7 l 5 O 一 4 0 5 9 9 4 8 9 1 4 6 - 3 8 4 7 6 0 一 l 0 8 1 2 7 一 3 4 4 4 5 8 一 一 9 4 l 2 3 一 西溪 一 6 5 8 1 8 7 一 5 5 8 l 9 1 5 9 7 0 7 3 三蛱纵横堰 一 7 9 9 2 一 6 l 7 2 7 7 一 7 3 8 6 一 龙滩 一 7 2 8 6 8 8 一 6 5 7 9 一 6 7 7 5 8 4 一 6 5 8 5 一 一 一 7 2 8 4 一 6 0 8 1 一 7 3 9 1 9 6 5 6 7 5 - 5 5 7 0 8 7 一 4 8 7 l 一 5 2 7 0 8 7 - 4 7 6 7 8 9 9 3 9 6 4 0 6 2 7 l 8 O 8 3 - - 7 8 9 0 - 7 2 8 9 - 7 5 8 5 - 7 7 9 2 9 4 一 6 6 7 6 一 5 8 7 0 8 8 表 3对 比了常态 混凝 土和碾 压 混凝 土极 限拉伸 值 随龄期 的增长规律 ， 数据表明碾压混凝土极 限拉伸值 的后期 增长 高 于常态 混 凝 土 ， 这 也 是 实 际工 程 中碾 压 混 凝 土较少 出现 裂缝 的原 因之一 。 还 应指 出 的是 ， 室 内试 验 获 得 的 混凝 土 极 限 拉伸 值 并不等 于坝体全级 配混凝土 的极 限拉 伸值 。 如前 所述 ， 混凝土的极限拉伸值与灰浆率直接相关。室内 试验 一般 经过 湿筛 去 除粒径 大 于 4 0 mm 的粗 骨料 ， 由 于筛除了部分粗骨料 ， 使极限拉伸试验试件的灰浆率 与全级配混凝土的灰浆率不 同。因此 ， 室 内试验所得 混凝土极限拉伸值一般 大于坝 体混凝土的极限拉伸 值 。 9 0 人 民 长 江 2 01 0年 表3 混凝土的极限拉 伸相对值与龄期关系 3 小 结 表 4列出了成都勘测设计院科学研究所提供的对 比试验结果 。可 以看 出， 若要求坝体三级配碾压混 凝土与四级配常态混凝土具有 同样 的极限拉伸值 ， 则 室内试验获得的常态混凝土的极限拉伸值与碾压 昆 凝 土的极限拉伸值之比为 1 0 8 。也就是说， 实验室获得 的常态混 凝土 的极 限拉 伸值 必 须 除 以 1 0 8之后 才 能 与碾压混凝土的极限拉伸值相比较 。 表 4 混凝土的极限拉伸试验 结果 注： 表中数据为几个混凝土配合比的平均值。 混凝土的极限拉伸值对混凝土的抗裂性能极为重 要 。我 国碾压混 凝 土的粉煤 灰 掺 量为 5 0 6 0 ， 后 期 极限拉 伸值接 近 常规混 凝 土 ， 大多 处 于 6 O1 0一 一 1 0 0 1 0 之间。碾压混凝土的极限拉伸变形与混凝 土 中胶凝 材料浆 所 占 比例基 本成线 性关 系 。 参 考 文献 ： 1 美国内务部垦务局著 混凝土手册 M 王圣培 ， 等译 北京 ： 水利 电 力 出版 社 1 9 9 9 2 蔡正咏 混凝土性能 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 7 9 3 A M 内维 尔 碾 压混凝土性能 M 北京 ： 中国建筑 工业出版社 ， 1 98 3 4 方坤河 碾压混凝土材料 、 结构与性 能 M 武汉 ： 武汉大学 出版 社 2 0 0 4 5 俞瑞堂 国外碾压混凝土筑坝最新技 术及发展 J 】 水利水 电工程 设计， 1 9 9 5， ( 2 ) ： 5 35 8 6 杨康宁， 方坤河 碾压混凝土坝施工 M 北京 ： 水利水 电出版社 ， 1 9 9 7 7 杨成球 全级配碾压混凝 土性能研 究 J 碾压混凝 土技术动 态， 1 9 9 1 ， ( 1 ) ： 1 7 (编辑 ： 郑 毅 ) S t u dy o n ul t i m a t e t e ns i l e s t r a i n o f r o l l e r c o m p a c t e d c o nc r e t e L I U S h u h u a， FANG Kun h e ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f W a t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r E n g i n e e r i n g S c i e n c e ，W u h a n U n i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o p r e v e n t a n d r e d u c e c r a c k s o f c o n c r e t e i n d a m c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s ，c r a c k r e s i s t a n c e d e ma n d i s p u t f o r - wa r d f o r ma s s c o nc r e t e Ul t i ma t e t e n s i l e s t r a i n i s r e g a r d e d a s a n i n de x t o e v a l u a t e c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e By a n a l y z i ng t h e s t a t i s t i c a l d a t a o f d o z e n s o f d o me s t i c r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e p r o j e c t s ，w e fi n d t h a t r e l a t i o n s h i p b e t w e e n u l t i ma t e t e n s i l e s t r a i n a nd p r o p o r t i o n o f c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s i n c o n c r e t e i s l i ne a r Fl y a s h c on t e n t mi x e d i n RCC i n Ch i n a i s u s u a l l y 506 0 ， a n d i t s u hi ma t e t e ns i l e s t r a i n i n l a t e p e r i o d wi l l b e c l o s e t o t h a t o f no r ma l c o nc r e t emo s t l y be t we e n 60 X 1 0_ 。 。 1 0 0 X 1 0_ 。 whi c h wi l l b e be ne f i c i a l t o r a i s e t he c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e e x t r e me l y Ke y wo r d s ： r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e( RC C)；u l t i ma t e t e n s i l e s t r a i n；n o r ma l c o n c r e t e ；c r a c k r e s i s t a n c e p e r f o r ma n c e ， ，】 】 ，】一， -Dl l 一】一 上接 第 5 5页 ) S t ud y o n e c o l o g i c a l c o m p e ns a t i o n a nd s u s t a i n a b l e de v e l o p m e nt me c h a n i s m o f e c o l o g i c a l b a r r i e r o f TGP L I U Yo n g g u i ( C h a n g j i a n g En g i n e e r i n g S u p e r v i s i o n a n d C o n s u l t a t i o n C o r p L t d ，C h a n g i a n g Wa t e r R e s o u r c e s C o mmi s s i o n，Wu h a n 4 3 0 0 1 0，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r di n g t o t h e o r i e n t a t i o n o f e c o l o g i c a l f u nc t i o n o f Thr e e Go r g e s Re s e r v o i r a r e a a nd c o ns t r uc t i o n f e a t u r e s o f TGP e c o l o g i c a l b a r r i e r ，c o mb i ni ng wi t h e c o l o g i c a l c o mpe n s a t i o n me c ha n i s m t h e o r y a n d r e l a t i v e p r a c t i c a l e x p e r i e nc e，we p ut f o r wa r d t h e e c o l o g i c a l c o mpe n s a t i o n i de o l o g yI t i s e mp h as i z e d t h a t e c o l o g i c a l pr o t e c t i o n s u s t a i n a bi l i t y s h o u l d b e i ns i s t e d，wh i c h c h a n g e s t h e c o n v e n t i o n a l e c o l o g i c a l c o mp e n s a t i o n me c ha ni s m t h a t i n t e r na l i z e s t h e e x t e r n a l d i s e c o n omy r e s p o n s i b i l i t y t o i n t e g r a t i v e me c h a ni s m c o mb i n e d wi t h i n s pi r i t e d e x t e r n a l e c o no my Ba s e d o n r e l a t e d c o nc e pt i o n a n d p r i nc i p l e，mul t id i me ns i o n a n d l o n gt e r m e f f e c t i v e c o mpe ns a t i o n mo d e i s e s t a b l i s h e d，wh i c h c o ns i s t s o f mo n e t a r y c o mp e ns a t i o n，s o c i a l s e c u r i t y，e d uc a t i o n a n d t r ai n i ng， p r o j e c t s u p p o r t a n d S O o n，p r o v i d i n g r e f e r e n c e for f u t u r e e c o l o g i c a l c o n s t r u c t i o n Ke y wo r ds ： e c o l o g i c a l c o mp e n s a t i o n；s us t a i n a bl e d e v e l o pme n t ；c o mp e n s a t i o n me c h a n i s m；TGP