掺纤维和膨胀剂混凝土渡槽裂缝特征研究.pdf
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1、中国科技核心期刊 斩癯 建蟓 掺纤维和膨胀剂混凝土渡槽裂缝特征研究 高翔 - , 陈泽昊 , 刘宏伟 , 徐少云 , 高培伟 ( 1 东北大学 工业设计系 , 辽宁 沈阳1 1 0 0 0 4 ; 2 南京航空航天大学 土木工程系, 江苏 南京2 1 0 0 1 6 ) 摘要 : 大型薄壁混凝土渡槽收缩开裂严重地影响渡槽使用功能和寿命。掺纤维和新型膨胀材料可降低混凝土收缩值, 减少混 凝土渡槽 的收缩开裂。通过平板法和 圆环法进行混凝土渡槽 早期抗裂性能试验 , 研究 了新型膨胀材料和纤维对混凝土渡槽早期塑 性 开裂性能 的影响 。试验结果表 明, 掺 6 8 的膨胀材料可有效补偿和减少混凝土
2、收缩, 降低混凝土裂缝 的产 生和扩 展: 掺 8 膨 胀材料和 0 6 纤维的抗裂性能较好 。 关键词 : 渡槽; 膨胀材料; 纤维; 混凝土; 抗裂 中图分类号: T U 5 2 8 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 1 8 0 4 Cr a c ki ng o f c o nc r e t e aq ue duc t wi t h e xpa ns i v e a g e nt a nd fibe r G A 0 Xi a n g , C HE N Z e h a o , L 1 U Ho n g w e i 2 , XU
3、 S h a o y u n , G A 0 P e i w e i ( 1 De p a r t me n t o f I n d u s t ria l De s i g n, No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t y, S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4, Li a o n i n g , C h i na ; 2 D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , N a mi n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t
4、 i c s a n d A s t r o n a u t i c s , N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 , J i a n g s u , C h i n a ) Abs t r ac t : Cr a c k s O c c u r e a s i l y i n l a r g e c o n c r e t e a q u e d u c t s , wh i c h a f f e c t t h e u s e f u n c t i o n a n d l i t i me o f t h e a q u e d u c t s A n o v e l e
5、 x p a ns i v e a g e n t a n d fi b e r we r e u s e d t o c o mp e ns a t e t h e d e f o r ma t i o n, a n d t o r e d u c e t h e a q u e d u c t c r a c ks c a u s e d b y c o n c r e t e s h r i n k a g e I n o r d e r t o s t u d y t h e i n fl u e n c e o f t h e n e w e x p a n s i v e ma t
6、 e ri a l s a n d fib e r s o n t h e e a r l y a g e c r a c k i ng b e h a v i o r s o f c o n c r e t e a q u e d u c t , t h e c r a c k i n g b e h a v i o r s o f c o n c r e t e a q u e d u c t wa s a n aly z e d u s i n g t h e mo d i fie d fla t a n d rin g t y p e s p e c i me n T h e r e
7、s u i t s s h o w t h a t wi t h 6 t o 8 e x p a n s i v e ma t e ria l s , t h e c o n c r e t e s h rin k a g e c a n b e e f f e c t i v e l y r e d u c e d a n d o c c u r r e n c e a nd d e v e l o p - me n t o f c r a c k i n g c a n b e mi n i mi z e d T h e c r a c k r e s i s t a n c e p e
8、r f o rm a n c e i s b e s t wh e n t h e c o n t e nt o f e x p a n s i v e ma t e r i als i s 8 a n d t h a t o f fi b e r i S 06 Ke y wor d s: a q u e d u c t ; e x p a n s i v e ma t e ria l ; fi b e r ; c o n c r e t e ; a n t i - c r a c k i n g 南水北调工程是未来我国可持续发展和整个国土整治的 关键性工程,是解决我国北方水资源严重短缺问题的
9、特大型 基础设施【1 _ 。 南水北调工程中渡槽数目众多, 而U型渡槽薄壁 大体积混凝土开裂问题至今无有效解决办法,在施工期极易 出现裂缝, 这不仅导致渡槽的渗漏与破坏, 降低渡槽的使用功 能和寿命, 还严重影响人们的生产与生活嘲 。 引起混凝土渡槽开裂的主要原因是浇筑初期水泥水化 热、 自 身体积收缩应力和环境温度变化产生的温度应力等翻 。 采用纤维和膨胀剂复合,利用纤维的物理约束和膨胀剂的化 学补偿联合减少混凝土的收缩变形, 提高混凝土的抗裂性能。 基金项 目: 江苏省六大人才基 金项 目( J Z 一 0 1 0 ) ; 国家博士后基金项 目( 2 0 1 4 M5 5 1 5 8 8
10、) : 江苏省博士后基金项 目( 1 3 0 1 0 5 7 B ) ; 江苏省建设厅基金项 目( 2 0 1 3 Z D1 2 ) 收稿 日期: 2 0 1 4 0 4 2 2 ; 修 订 日期 : 2 0 1 4 0 7 0 3 作者简 介: 高翔 , 男, 1 9 9 4年生 , 山东蓬莱 人。通讯作 者 : 高 培伟 , 地 址 : 南京市御道街 2 9号, E m a i l : g p w 1 9 6 3 1 6 3 c o m。 l 8 新型建筑材料 2 0 4 1 0 因渡槽结构的特殊性,要求膨胀剂能够满足补偿不同渡槽混 凝土收缩要求 , 降低收缩开裂。通过平板和圆环抗裂性试验
11、 研究了复掺新型膨胀材料和纤维的混凝土早期抗裂 I:X H v_ , 探 讨了抗裂机理, 为工程应用提供理论依据。 1 试验 1 1 原材料 水泥: 河南邓卅 I 某水泥有限公司生产的P 0 4 2 5 水泥; 粉 煤灰: 河南某公司生产的I 级 F 类粉煤灰; 砂: 天然河砂; 石 子: 玄武岩碎石, 粒径5 1 0 m m小石和 1 0 2 0 m m中石; 减水 剂和引气剂: 河北省某外加剂厂生产的D H 3 G聚羧酸类减水 剂和 D H 9 引气剂; 纤维: 聚丙烯纤维( P P F ) ; 新型膨胀剂: 采用 菱 镁石和白 云石复合经适宜的 煅烧工艺制备而成,主 要含有 氧化钙和氧化
12、镁, 化学成分见表 1 , 符合G B 2 3 4 3 9 -2 0 0 9 混 凝土膨胀剂 的要求。 表 1 新型膨胀材料的化学成分 Mg O C a O S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 L o s s 其 它 4 9O 9 4 00 6 6 3 4 O91 】2 4 】3 5 00 2 1 0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高翔, 等: 掺纤维和膨胀剂混凝土渡槽裂缝特征研究 1 2 混凝土配合比和试验方法 混凝土基准配合比见表2 。 表 2 混凝土 的基准配合 比 k g m 采用平板法和圆环法测试混凝土的早期开裂收缩。 ( 1
13、 ) 平板法。 平板法测试混凝土早期收缩开裂参考G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行。 混凝土拌合后, 进行浇注、 振实、 抹平。 标准养护2 h 后, 将试件连同模具置于温度为( 2 0 1 ) 、 相对湿度为( 6 O 5 ) 、 风速为0 8 m s 的环境中。 测试和记录混凝土试件出现裂纹时 间和裂缝数量、 长度、 宽度等随时间的变化圈 。1 d内每 1 0 m i n 测试 1 次, 1 d 后每1 h 测试 1 次。 ( 2 ) 圆环法。圆环试验参照A S T M C l 5 8 1 0 4 水泥砂浆 和混凝土环式限制收缩
14、开裂测试标准方法 进行, 在内、 外同 心 钢环模具 和底模问 浇筑, 成型后 拆除 外模, 模具 尺寸见图l 。 密封石蜡 图 1 圆环 法测试模具尺 寸示意 在温度( 2 0 2 ) 、 湿度( 6 0 5 ) 环境下养护 2 4 h 后拆去 外钢环并将试件上表面涂蜡密封, 采用H P 3 8 5 2 S 数据采集与 控制仪开始记录各个钢圆环内壁在不同龄期时的应变值, 数 据采集频率不大于3 0 m i n 次。 混凝土环形试件在收缩时受到内钢环的约束,环内部的 受力情况如图2 所示。S h a h S 等 根据弹性力学理论分析, 得到混凝土环在完全约束状态下的应力, 结果见式( 1 )
15、。 图 2 混凝土圆环内部应力示意 了下_ 一 ( 1 ) ( + r ( 一 r 2 ) + v 式中: 混凝土环的外径, m m ; 广混凝土环的内径, m m ; 混凝土收缩对内部钢环产生的压应力, M P a ; 混凝土环的自由收缩应变, x 1 0 ; 卜混凝土环的弹性模量, G P a ; 混凝土环的泊松比。 2 试验结果 2 1 平板法测试结果 平板法试验分别测试混凝土的初裂时间、 最大裂缝宽度、 裂缝条数、 平均开裂面积、 最终开裂面积来评价混凝土抗裂等 级,表3 为膨胀材料与纤维掺量对渡槽混凝土开裂性能的影 响试验结果。 由表3 可见, 随膨胀材料掺量提高, 混凝土的初裂时间
16、有 所延迟。D 6 6 混凝土初裂时间较基准混凝土推迟了2 3 5 h , D 6 8 混凝土初裂时间较基准混凝土推迟了2 5 5 h , D 8 6混凝 土初裂时间较基准混凝土推迟了2 6 5 h 。D 6 6 、 D 6 8 、 D 8 6 混凝 表 3 膨胀材料与纤维掺量对渡槽混凝土开裂性能的影响 N E W BU J L DI NG MATE RI AL S 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高翔 , 等: 掺纤维和膨胀剂混凝土渡槽裂缝特征研究 土的最终开裂面积仅分别为基准混凝士的3 9 、 2 5 、 0 9 。 由此可见, 掺纤维和膨胀剂可显著
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