自密实堆石混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能.pdf

2 0 1 3年 第 7期 (总 第 2 8 5 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 l 3 ( T o t a l N o ．2 8 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH 自密实堆石混凝土 I 一 复合型断裂性能 及缝高比影响规律的研究 王海超 1 ．2 ，高义龙 ’ ，安雪晖 。 ，高淑玲 ( 1 ．山东科技大学 土木工程防灾减灾实验室 ，山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ；2 ． 青岛工学院 ，山东 青岛 2 6 6 3 0 0 ； 3 ． 清华大学 水电系，北京 1 0 0 0 8 4 ；4 ． 河北工业大学 ，天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要： 通过对 3 种不 同缝高比试件的大尺寸单边切口四点剪切梁式试件 ， 进行 自密实堆石混凝土 I ． I I 复合型断裂性能进行试 验研究， 研究这种新工艺混凝土材料的断裂机理 ， 测得 了各试件的起裂荷载、 极 限荷载及起裂角 0 ， 获得 了F ．Z曲线 。 结果表 明： 缝 高t L ( c ／ h ) 在 O ． 4 ~ 0 ． 8之间起裂角增长较为明显 ， 缝高 比在 0 ．8 ～ 1 ． 2 之间起裂角增长较为缓慢。 关键词： 自密实堆石混凝土；缝高比；四点剪切 ；起裂角 中图分类号： T U 5 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 7 — 0 0 0 7 — 0 4 E x p e r i m e n t a l s t u d y o n I - I I m i x e d m o d e f r a c t u r e p e r f o r m a n c e a n d i n f l u e n c e o f c r a c k - d e p t h o f s e l f — c o m p a cti n g r o c k - f i l l e d c on c r e t e WANGHa i c ha o ． - ， GAO Yi l o n g~ , AN Xu c hu J ， GAOShu l i n g ( 1 ． Di s a s t e r P r e v e n t i o n a n dMi t i g a t i o no f Ci v i l E n g i n e e r i n gL a b o r a t o r y ， S h a n d o n gUn i v e r s i t yo f S c i e n c eandT e c h n o l o g y， Q i n g d a o 2 6 6 5 9 0 ， C h i n a ； 2 ． Qi n g d a o U n i v e r s i ty o f T e c h n o l o gy ， Q i n g d a o 2 6 6 3 0 0 ， C h i n a ； 3 ． D e p a r t m e n t o f H y d r a u l i c E n g i n e e ri n g ， T s i n g h u a U n i v e r s i ty， B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 ， C h i n a ； 4 ． H e b e i U n i v e r s i tyo f T e c h n o l o gy ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ) Abs t r act：An e x p e rime n t o n I - I I mi x e d mo d e f r a c t ure p e r f o r ma n c e of s e l f - c o mpa c t i ng r o c k - fil l e d c o n c r e t e wa s c a r rie d o u t by u s i n g l a r g e — s i z e s i ng l e i n c i s i o n f o ur - po i n t s h e a fin g be a ms wi t h t h r e e d i f f e r e n t c r a c k- d e p t h r a t i o s ． Th e f r a c t u r e me c han i s m o f n e w t e c h n o l o gy ma t e ria l wa s r e s e a r c h e d an d the f ~ a c t u r e l o a d s， i n i t i a l l oa ds ， c ur v e an d c r a c k i n i t i a t i o n an g l e s we r e me a s u r e d i n t h i s e x p e rime n t ． Th e r e s u l t s s h o we d tha t c r a c k i ni t i a t i o n a n gl e i nc r e ase d o b v i o u s l y whe n c r a c k — d e p t h r a tio r a n ge s fro m 0．4 t o 0 ． 8， b u t i t g r o we d s l o wl y wh e n c r a c k - d e p t h r a t i o r an g e s f r o m 0． 8 t o 1 ． 2 ． Ke y w or ds： s e l f - c o mpa c t i n g r o c k - fil l e d c on c r e t e ； c r a c k - d e p t h r a t i o； f o ur - p oi nt s h e a r i n g； c r a c k i n i t i a t i o n an g l e 0 引 言 自密实堆石混凝土技术是 由清华大学金 峰教授提 出 的【 ， 该技术是利用 自密实混凝土的高流动及抗分离性能 ， 在粒径较大块石的随机堆积体内灌注自密实混凝土， 形成 的大体积混凝土结构物翻 。 对 自密实堆石混凝土力学性能 等方面的研究 ， 是在 自密实堆石混凝 土块体 中通过切割取 得试样 ， 以间接测试堆石 混凝 土的立方体抗压强度 、 棱柱 体抗弯强度 、 棱柱体轴心抗压强度等力学特性 。 同时研究 了堆石混凝土的劈裂抗拉强度 、 抗折强度嘲 。 自密 实混凝土 ( S e l f - C o mp a c t i n g C o n c r e t e ) 是一种高性 能混凝土 ， 具有高流动性 、 高黏聚性 、 抗离析和 自流平等特 点旧 。 我国的深圳、 上海等城市也有一些建筑采用了自密实 混凝 土施工技术 ， 取得了很好 的效果【7 ] 。 自密实堆石混凝土 的制作是一种新的筑坝技术 ， 那么断裂性能亦为该新型材 料的重要参数。 为 了研究 自密实堆石混凝土 的裂缝扩展问 题及对结构安全性 的影响 ， 应对 自密实堆石混凝土的断裂 参数 、 混凝土裂缝 的扩展全过程和裂缝尖端区域特性进行 研究。 I ． I I 复合型断裂是最为常见的一种断裂形式 ， 这种裂 纹的起裂 、 失稳扩展 、 扩展全过程及各 阶段的断裂参数是人 们普遍关心 的问题。 本研究制作了尺寸为 4 5 0 m mx 4 5 0 mmx 1 8 0 0 m n l 的 3 组不同缝高比的单边切口四点剪切梁式试 件 ， 研究其 I ． I I 复合型断裂行为和断裂机理 ， 测得各试件的 起裂荷载 、 极限荷载及起裂角 ， 并获得了 F - 8曲线 。 并对试 验结果分析 ， 从而得到了缝高 比对起裂角和极限荷载 的影 响规律 。 1 试验原材料和试验过程 1 ． 1 试验材料 本试验所需 的原材料见表 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 1 — 1 5 基金项 目： 清华大学水沙国家重点实验室项 目( S k l h s e ． 2 0 1 0 ． C ． 0 2 ) ； 青岛工学院校长基金项 目( 2 0 1 2 K Y 0 0 1 ) ； 山东省教育厅科技项 1~ ( J 0 9 L E 5 4 ) ； 潍坊市科技计划发展项 目( 2 0 1 2 1 3 5 1 ) ； 国家青年科学基金项 目( 5 1 1 0 8 1 5 1 ) 1 就以剪切型为主， 断裂角也随之增大 ， 如图 5 ( c ) 所示 。 相同加载方式 的试件断裂轨迹也有所不同， L l 系列的 两根试验梁 的断裂如图 5 ( a ) 、 ( b ) 所示 ， L 1 ． 2的断裂轨迹没 有沿着裂缝的起始点与终点的连线。 通过试验后观察断裂 面发现 ， 该裂缝绕过试件 内部骨料 ， 沿着骨料和 自密实混凝 土的界面发展 ， 但最终裂缝指 向加载点处。 不 同系列试件测 得的起 裂角及其平均值见表 5 ， 从表中可以看 出裂缝起裂 角 0 也随 c ／ h 增加。 当 c ／ h 从 0 ． 4 增至 0 ． 8 后 ， 起裂角 0 增长 较为明显， 但 c ／ h 从 0 ． 8 增至 1 -2 后 ， 起裂角增长缓慢。 表 5 不同系列试件的起裂角平均值 3结 论 ( 1 ) 从试件的破坏特征可 以看出试件 内部 的密实程度 良好 ， 断裂面主要沿骨料和 自密实混凝 土的交界面不断发 展 ， 并最终贯通整个截面， 属于黏结性破坏 ， 裂缝很少直接 贯通骨料。 ( 2 ) 通过本试验得到 了 F - 3 曲线 ， 根据 曲线可知试件在 到达极限荷载后 ， 随着荷载 和 P 2 的降低 ， 挠度 6 和 6 ： 逐 渐增大。 而且 ， 随着 c ／ h的增加 ， 试验测得 的极 限荷载有逐 步降低的趋势。 并且通过刚度较大的加载装置得到了断裂 试验的 F - 6曲线下 降段。 ( 3 ) 随着 c ／ h的增长 ， 极 限荷载 P 衄有减 小的趋势 ； 当 c ／ h 从 0 ． 4 增大到 0 ． 8 后 ， P a ／ P 咄增大的较 为明显 ， 而 c ／ h 从 0 ． 8 增大到 1 ． 2 后 ， 该值虽有所增长 ， 但不是非常明显 。 裂缝起 裂角 0 也随 c ／ h 增加。 当c ／ h 从 0 ．4 增至 0 ． 8 后 ， 起裂角 0 增长 较为明显 ， 但 c ／ h 从 0 ． 8 增至 1 ． 2 后 ， 起裂角 0 增长缓慢。 ( 3 ) 在 自密实堆石混凝土的 I ． I I 复合型断裂试验研究 中， 对于混凝土强度 、 初始裂缝长度 、 试件尺寸 的比例变化 等 因素对断裂参数影 响规律研究还不完善。 参考文献： 【 1 】 金峰 ， 安雪晖．堆石混凝土大坝施工方法： 中国， 0 3 1 0 2 6 7 4 ．5 [ P ] ． 2 0 0 3 【 2 ] 金峰， 安雪晖． 堆石混凝土大坝施工方法 ： 中国 ， M 0 3 1 0 2 6 7 4 ． 5 [ e 1 上接第 6页 [ 3 ] 崔素萍 圭 酸盐 一 硫铝酸盐复合体系水泥研究【 D 1 ． 北京 ： 北京工 业大学工学， 2 0 0 5 ． 【 4 】 霍世金 圭 酸盐水泥一 铝酸盐水泥一 石膏三元复合胶凝材料试验 研究[ D ] ． 西安： 西安建筑科技大学， 2 0 0 7 ． [ 5 ]吴宗道． 一种新形态钙矾石一 管状钙矾石【J J． 硅酸盐学报， 1 9 9 4 ， 2 2 ( 4 ) ： 3 9 9 ． [ 6 】王智， 郑洪伟， 韦迎春． 钙矾石形成与稳定及对材料性能影响的 综述[ J 】． 混凝土 ， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 4 4 — 4 8 ． [ 7 】杨南如， 钟白茜， 董攀， 等．钙矾石的形成和稳定条件[ J ] ． 硅酸盐 】 0 2 O 0 3． [ 3 】金峰 ， 安雪8 军， 石建军 ， 等． 堆石混凝土及堆石混凝土大坝 [ J ] ．水 利学报， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 3 4 7 — 1 3 5 2 ． [ 4 ]石建军， 周绍青， 张志恒 ， 等． 自密实堆石混凝土梁的正截面受 力性能 水利与建筑工程学报， 2 0 0 5 ， 3 ( 4 ) ： 3 3 — 3 5 ． 【 5 】张志恒， 石建军， 杨晓峰， 等启 密实堆石混凝土抗拉性能的试 验研究『 J 1 ．混凝土， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 3 8 — 4 0 ． 【 6 】大内雅博．C u r r e n t c o n d i t i o n s o f s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e i n J a p a n [ C ] ． Pr o c e e d i n g o f t h e S e c o n d I n t e r na t i o n a l S y mp o s i u m o n S e l f— Co mp a c t i n g Co nc r e t e， 2 0 01： 63 — 68 ． [ 7 ]廉慧珍， 等． 国内外自密实混凝土高性能混凝土研究及应用现 状 施工技术 ， 2 8 ( 5 ) ： 1 2 4 ． [ 8 】P AR RA C， V AL C U E ND E M， GO ME Z F ． S p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h a n d mo d u l u s o f e l a s t i c i t y o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e [ j] ．C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 1 j ： 2 0 1 — 2 0 7 ． 【 9 ]S u k u m a r ， B i n u ， N a g a m a n i ， K， S ri n i v a s a R a g h a v a n ， R ． E v al u a t i o n o f s t r e n gth a t e a r l y a g e s o f s e lf - - c o mp a c t i n g c o n c r e t e w i t h h i g h v o l u me fl y a s h 阴． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 7 ) ： 1 3 9 4 - 1 4 01 ． 【 1 0 ] C h o i ， Yu n Wang ， K i m， Yo n g J i c ， S h i n ， Hw a C h e o l ， Mo o n ， Ha n Yo un g ．An e x p e r i me n t a l r e s e arc h o n t h e flu i di t y a n d me c ha ni c a l p r o p e r t i e s o f h i g h — s t r e n gt h l i g h t w e i g h t s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e 叨． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 9 ) ： 1 5 9 5 — 1 6 0 2 ． [ 1 1 ] P E R S S O N B ． A c o m p a r i s o n b e t w e e n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e l f _ c o mp a c t i n g c o n c r e t e a n d t h e c o rre s p o n d i n g pr o p e rti e s o f n o r ma l c o n c r e t e [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 2 ) ： 1 9 3 — 1 9 8 ． [ 1 2 ] G R z E s z c z Y K S ， S U D O L M．T h e i n fl u e n c e o f t e m p e r a t u r e o n t h e fl u i d i t y o f f r e s h s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e [C ] ． P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e — rna t i o na l Co n f e r e nc e o n Ad mi x t u r e s — - En h a n c i n g C o n c r e t e Pe r f o r — ma n c e， 2 0 0 5： 1 6 5 —1 7 0 ． 【 1 3 ] H ANS- WO L F R， MI C HA E L S ． I n fl u e n c e o f h e a t c u ri n g o n t h e p o r e s t r u c t u r e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ( s c c ) Ⅲ．C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 5 ) ： 8 7 9 — 8 8 5 ． [ 1 4 】 C A R P I N T E R I A ． R e p o rt t o s u b c o m m i t t e e C R I L E M c o m m i t t e e 8 9 一 F MT． I t a l y： Po l i t e c h n i c o d i To r i n e， 1 98 8 ． 学报， 1 9 8 4 ， 1 2 ( 2 ) ： 1 5 5 — 1 6 5 ． 【 8 】陈胡星， 叶青， 沈锦林， 等． 钙矾石的长期稳定J R[ J ] ． 材料科学与 工程， 2 0 0 1 ， 1 9 ( 2 ) ： 6 9 ． 作者简介： 李宪军( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 主要从事新型生态 建筑材料、 固体废弃物再利用和9 F J ] O ~ U 研究。 联系地址： 太原市府东街山右巷 1 0 号 山西省建筑科学研究院 ( 0 3 0 0 0 1 ) 联 系电话： 1 3 8 3 5 1 1 6 9 9 8