大型混凝土渡槽早期抗裂性研究.pdf
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1、第4 O卷第 7期 2 0 1 4 年 7 月 水 力 发 电 大 型 混 凝 土 渡 稽 旱 期 抗 裂 性 研 究 王华侨 , 高培伟 , 张书起 ,杨 涛 , 刘宏伟 ,余 炜 z ( 1 中国水利水 电第十三工程局有 限公 司,山东德州 2 2 4 0 0 0 ; 2 南京航 空航天 大学, 江苏南京 2 1 0 0 1 6 ) 摘 要 :制作掺人膨胀剂 的混凝土试块 ,并将试块在 2 O 和 6 O 水 中进行养护 ,研究 和观察不 同龄期 的混凝 土 自由 膨胀及水泥浆体孔结构和微观结构 。研究结果表 明:混凝 土的膨胀 随膨胀剂掺量 和养 护龄期增加而增加 ,养护温度 从 2 0
2、 增大到 6 0 ,混凝土膨胀率增加约 8 0 1 0 0 。掺入新型膨胀剂可 以补偿 和抑制混凝土 收缩 ,优化水 泥浆 体 孔结构的分布 ,提 高其密实度 ,有效控 制大 型混凝土渡槽开裂。 关键词 :膨胀剂 ;混凝土 ;渡槽 ;抗裂 ;孔结构 ;南水北调工程 Ea r l y Cr a c k i n g Re s i s t a n c e o f La r g e Co n c r e t e Aq u e d u c t W ANG Hu a q i a o , GAO P e i w e i , Z HANG S h u q i , YANG T a o , L I U Ho n
3、 g we i , YU We i ( 1 S i n o h y d r o Bu r e a u 1 3 C o , L t d , De z h o u 2 2 4 0 0 0 , S h a n d o n g , C h i n a ; 2 N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t 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 ) Ab s t r a c t :T h e c o
4、n c r e t e s p e c i me n mi x e d w i t h d i f f e r e n t e x p a n s i v e a g e n t a r e c u r e d i n 2 0 C a n d 6 0 q C wa t e r t o s t u d y t h e f r e e e x p a n s i o n o f c o n c r e t e u n d e r d i f f e r e n t a g e s a n d t h e p o r e s i z e d i s t rib u t i o n a n d mi
5、c r o - s t r u c t u r e o f c o n c r e t e p a s t e T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e x p a n s i o n i n c r e a s e s wi t h t h e c o n t e n t o f e x p a n s i v e a g e n t a n d c u rin g p e ri o d , a n d t h e e x p a n s i o n i n c r e a s e s b y 8 0 t o 1 0 0 w h e n t h
6、e c u ri n g t e mp e r a t u r e i s i n c r e a s e d f r o m 2 0 t o 6 T h e n e w e x p a n s i v e a g e n t s c a n c o mp e n s a t e a n d i n h i b i t c o n c r e t e s h ri n k a g e , o p t i mi z e p o r e s t r u c t u r e o f c o n c r e t e p a s t e a n d i mp r o v e c o n c r e t
7、e d e n s i t y T h i s wi l l c o n t r i b u t e t o c o n t r o l t h e c r a c k i n g o f l a r g e c o n c r e t e a q u e d u c t s e f f e c t i v e l y Ke y Wo r d s : e x p a n s i v e a g e n t ; c o n c r e t e ; a n t i - c r a c k i n g ; p o r e s t r u c t u r e ; S o u t h - t o - N
8、 o r t h Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标 识码 : A 文章编号 : 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 5 3 0 4 南 水 北 调 是 实 现 我 国 水 资 源 优 化 配 置 的 重 要 战 略举 措 ,是 一 项 超 大 型 、跨 世 纪 的基 础 设 施 工 程 , 是 解 决 京 津华 北 地 区 、黄 淮海 平 原 和 黄河 上 中游 地 区缺水 的一 项不 可替 代战 略性 工程 措施 l 1 l 。南 水北 调 工 程 中渡槽 数
9、目众 多 ,而 U形 渡槽 薄 壁 大 体积 混 凝 土收缩 裂 缝控 制 至今 未有 效解 决2 1 。U形 渡槽 一旦 发 生开 裂 渗 漏 ,不 仅 影 响 渡槽 外 观 、加 大 槽 壁 糙 率 、 降低 过 流 能力 ,而 且 易加 速 混凝 土 的劣 化 进程 ,降 低 渡 槽 的 使用 功 能 和使 用 寿命 ,给输 水安 全 埋 下 巨 大隐 患3 ,4 1 。 因此 ,开展 渡槽 混凝 土 工程 抗 裂性 研究 , 提高 其 使 用 寿命 , 已成为 南 水 北调 工 程 中 迫切 需 要 解 决 的重大 课题 。 渡槽 混 凝土 出现 裂缝 对 结 构 的危 害 很 大 ,
10、引起 混凝 土 开 裂 的 主要 原 因是 混 凝 土浇 筑 初期 水 泥产 生 水化 热 和 环境 温 度 变化 产 生 的 温度 应 力 以及 体 积 收 缩 应 力 。影 响 混 凝 土温 度 应力 和收 缩应 力 的 因素 很 多 , 主 要 有 水 泥 品 种 、 混 凝 土 的 配 合 比 、外 加 剂 以 及施 工 工 艺等 5 ,6 1 。 因此 ,应 从 原材 料选 择 、混凝 土 配 合 比设 计 、温控 措 施 、施工 方 案 、掺膨 胀 剂 等 方 面着 手 ,研究 控制 大体 积混 凝 土产生 裂缝 的方 法【 7 8 1 。 膨 胀 剂 在 一 定 条 件 下 发
11、生 水 化 反 应 ,产 生 预 应 力 来 补 偿 和 抑 制 混 凝 土 收 缩 ,是 防 止 或 减 少 混 凝 土 渡 槽 开 裂 行 之 有 效 的 方 法 9 _ l2 1 。 大 型 渡 槽 混 凝 土 不 同 于建 筑混 凝 土 ,也 不 完 全 类 似于 水 工 混凝 土 ,这 就 要 求 膨 胀 剂 必 须 满 足 建 筑 和 水 工 混 凝 土 收 缩 补 偿 要 收稿 日期 :2 0 1 3 - 】 1 1 5 基金项 目:南水北调 项 目( J S 一 2 0 1 2 0 4 4 0 1 0 0 1 ) ;江苏 省六大人才 ( J Z 一 0 1 0 ) :国家和江苏
12、省博士后基金( 1 3 0 1 0 5 7 B、2 0 1 4 M5 5 1 5 8 8 ) ;江 苏省建设厅 ( 2 0 1 3 Z D1 2) ;南航大学生基金 作者简 介 :王华桥 ( 1 9 8 1 一 ) ,男 ,山东汶上人 ,T 程师 ,主要 从事混凝土工程施工和材料性能研究 ;高培伟 ( 通讯作者 ) W a t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 7固 求 ,具 有 早 、后期 膨 胀 特 点 ,可 有 效 补偿 渡 槽 在早 期 和后 期产 生 的收 缩 1 3 ,1 4 。本 研 究将 菱 镁矿 和 白云 石 矿 加 工 处 理 后 ,制 成 新 型 膨
13、 胀 剂 ,利 用 其 中 C a O 和 Mg O分 别 补偿 混 凝 土早期 和后 期 收缩 ,从 而 降 低 和 抑 制 大 型混 凝 土 渡槽 收 缩 开 裂 ,同时 分 析 和研 究 该 膨 胀 剂 对 渡槽 混 凝 土抗 裂 性 影 响机 理 和 规律 以期 为 工 程 实 际 应 用 提 供 理 论 指 导 。 1 原材料及试验方法 1 1 试 验 原材料 试 验 采 用 河 南 某 水 泥 公 司生 产 的 P 04 2 5级 普 通 硅 酸盐 水 泥 和 河南 某 热 电厂 的 I级 粉 煤灰 ,其 中 水 泥 3、2 8 d强 度 分 别 为 2 0 6、4 3 6 MP
14、a ;减 水 剂 为 河 南 某 建 材 有 限 公 司 生 产 的 萘 系 减 水 剂 , 减 水 率 约 为 2 5 ;引气 剂 为 松 香 型 引 气 剂 ;采 用 天 然 河 砂 , 细 度 模 数 为 2 5 6; 石 子 采 用 玄 武 岩 碎 石 ,粒 径 在 5 2 0 mm:新 型 膨胀 剂 是 以菱 镁 石 和 白 云石 尾 矿 为 原 料 ,经合 理 配伍 和适 宜 的煅 烧 制 度制 备 ,主 要含 有 C a O 和 Mg O。 原 材 料 的 化 学 成 分 见 表 1 。 表 1 原材料的化学组成分析 1 2 试 验方 法和 混凝 土配 合 比 (1 ) 混 凝
15、土 自 由 变 形 试 验 。 试 验 方 法 参 照 S L 3 5 2 -2 0 0 6 水 工 混凝 土试 验 规 程 进 行 , ,选 用 尺 寸 为 5 5 minx 5 5 mmx 2 8 0 mm 的模 具 制 作试 块 试 模 两 头 装 测 头 ,混凝 土基 本 配 合 比见 表 2,并 按 水 泥 质 量 的 0 、 6 、8 、1 0 掺 入 膨 胀 剂( 膨 胀 剂 质 量 分 别 为 0、 1 8 1 2、2 4 1 6、3 0 2 0 g ) 。试 件 经 标 准 养 护 1 d后 脱 模 并 测 定 其初 始 长 度 。然 后 将 试 件 放 入 不 同 温 度
16、的 恒 温 水 浴 中 养 护 到 相 应 的 龄 期 ,测 定 其 长 度 并 计 算 自由 变 形 : , r L1 = ; x1 0 0 ( 1 ) L 式 中 , 为试 件 在 龄 期 t 时 的 自由变 形 ;为 试 件 的基 准长 度 ,L = 1 6 0 mm;L 。 为试 件 脱模 后 的初 始 长 度 ;L 为试件 在龄 期 为 t 时 的长度 。 ( 2)孔 结 构 分 析 。采 用 美 国 Qu a n f a c h r o m 公 司 的 P o r e mo s t e r 一 6 0型 压 汞 仪 进 行 测 试 ,样 品破 碎 成 2 5 5 mm,干燥 后 进
17、 行 孔结 构 测 定 ;微 观 分析 采 用 日本 电 子 公 司 生产 的 J S M一 5 9 0 0型 低 真 空 扫 描 电子 表 2单位体积混凝土基本配合比 k g 圃W a t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 7 显 微 镜进行 形 貌观察 。 2 膨胀剂对渡槽混凝土抗裂性的影响研究 2 1 掺不 同量 膨胀 剂水 泥砂 浆 自由变 形 将试 块 放 在 2 0、6 0 下 养 护 ,膨 胀 剂 掺 量 对混 凝 土 自 由变 形 的影 响 曲线 见 图 1 。 由 图 1可 知 : 外 掺膨 胀 剂 的混 凝 土 自由膨 胀 率 随着 龄 期 的增 长
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- 大型 混凝土 渡槽 早期 抗裂性 研究
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