塑性混凝土强度和尺寸效应的试验研究.pdf
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1、第 3 O卷第 3 期 Vo 1 3 0 No 3 水 利 水 电 科 技 进 展 A d v a n c e s i n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r Re s o u r c e s 2 0 1 0年 6 月 J u n2 01 0 D O I : 1 0 3 8 8 0 j i s s n 1 0 0 6 - 7 6 4 7 2 0 1 0 0 3 0 0 9 塑性混凝土强度和尺寸效应的试验研究 宋帅奇l 2 , 高丹盈 , 胡 良明 , 严克兵 ( 1 郑州大学新型建材与结构研究中心, 河南 郑州4 5 0 0
2、 0 2 ; 2 河南城建学院交通工程系, 河南 平顶山4 6 7 0 4 4 ) 摘要: 通过对 l 2个配合比、 3个龄期共 4 o 5个塑性混凝土试块的强度试验, 研 究了塑性混凝土相 关 强度之间的关系, 塑性混凝土抗压强度和劈拉 强度的尺寸效应 , 以及 塑性混凝土抗压强度与龄期之 间的关系。试验结果表明: 塑性混凝土抗压强度、 劈拉强度、 抗折强度之间具有良好的统计关系; 相 比边长为 1 5 0n l i n的立方体试块 , 边长为 1 0 0n q l T l 的塑性混凝土立方体试块的抗压强度和劈拉 强度 的尺寸效应系数分别为 0 9 3 7 5和 0 8 6 1 6 ; 龄期
3、对塑性混凝土的抗压强度有较 大的影响。在此基础 上, 建立 了相关强度指标之间的换算关系式以及轴心抗压强度与龄期的对数关系式。 关键词: 塑性混凝土; 强度指标 ; 尺寸效应; 试验研究 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 6 7 6 4 7 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 3 2 0 5 Ex p e r i me n t a l s t u d y O n s t r e n g t h a n d s i z e e ffe c t o f p l a s t i c c o n c r e t e S O NG s h l
4、J a j q i 一 ,G AO Da n y i n g ,HU L i a n g - m i n g , Y A N K e - b i n g ( 1 R e s e a r c h C e n t e r o fN e w B u i l d i n g M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e ,Z h e n g z h o u U n i v e r s i ty,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ,C h i na ; 2 D e p a r t m e n t of T r a ff t c E n g
5、i n e e r i ng ,t t e n a n U ni ver s ofU r b a n C o n s t r u c t i o n ,P i ngd i ngs h a n 467 0 4 4,C h i n a ) Ab s t r a c t :B a s e d o n t h e s t r e n g t h t e s t s o n 4 0 5 s p e c i me n s o f p l ast i c c o n c r e t e w i t h 1 2 mi x p r o p o r t i o n s an d 3 c u r i n g a g
6、 e s , the r e l a t i o n s h i p a m o n g r e l e v a n t s t r e n g t h s ,the s i z e e ff e c t o f c o m p r e s s i v e s t r e n g t h and s p 】 i t t i ng t e n s i l e s t r e n gt h a n d t h e r e l a t i o nsh i p b e t w e e n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h an d c u ri ng age w
7、 e r e s y s t e ma t i c a l l y i n v e s t i g a t e d nl e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h s p l i tt i n g t e n s i l e s t r e n gth a n d fl e x u r a l s t r e n gt h o f t h e p l ast i c c o n c r e t e e x h i b i t a g o o d s t a t i s t
8、 i c a l r e l a t i o n s h i p T h e c u b i c s p e c i me n s with the s i d e l e n g t h o f 1 0 0 n l m h a v e s i z e e ff e c t c o e f f i c i e n t s o f t he c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i ng t e n s i l e s t ren g t h of 0 9 3 7 5 a n d 0 8 6 1 6 r e s pec t
9、i v e l y c o mp a r e d w i th tho s e with the s i d en g t h o f 1 5 0 ton i T h e c u r i ng age s h a v e g r e a t i n fl u e n c e s O i l t h e stren g t h of p l ast i c c o n c r e t e O n s u c h a b asi s ,the c o n v e r s i o n f o r mu l a e a mo n g r e l e v an t s t r e n g t h i n
10、 d i c e s and the l o g a r i t h mi c r e l a t i o n s h i p b e t w e e n the a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h an d the c u r i ng a g e w e r e e s t a b l i s h e d Ke y wo r d s :p l ast i c c o n c r e t e ;s tr e n g t h i n d e x ;s i z e e ff e c t ;e x pe ri me n t a l s t
11、u d y 塑性混凝土是 以膨 润土 、 黏土等掺合材料取代 普通混凝土 中的部分水 泥配制而成 的柔性材料 , 通 常被用作防渗墙材料 , 广泛应用于大坝工程 、 大坝围 堰工程 、 大坝除险加 固工程及结构基 础工程 J 。近 年来 , 塑性混凝土在我国三峡大坝围堰 、 小浪底水库 上游围堰 、 丹江 口水库副坝 、 册 田水库等水利工程中 广泛应用。我国对塑性混凝土的研究始于 2 O世 纪 8 0 年代, 中国水利水电基础工程局、 长江科学院、 清 华大学 、 郑州大学等单位开展 了塑性混凝土的试验 研究 2 - 7 J 。研究发现塑性混凝土具有强度低 、 弹性模 量低 、 极限变形大
12、、 弹强比( 弹性模量与强度 的比值) 小 、 渗透系数合适并可控等特点 , 是较为理想的防渗 墙材料。然而 , 针对塑性混凝土的研究大多侧重于 工程应用, 缺乏较系统的理论研究, 对塑性混凝土强 度的研究集 中在有关 因素对某个或某些强度的影响 上 , 缺乏相关强度间关 系的统计分析。由于塑性混 凝土的组成材料复杂 、 影响因素较多 , 从总体上把握 强度指标之 间的关 系十分重要。笔者进行 了 l 2个 配合 比、 3个龄期共 4 0 5个试块的强度试验 , 研究塑 性混凝土抗压强度 和劈拉强度的尺寸效应, 并通过 对试验结果的统计分 析, 建立塑性混凝土相关强度 指标之间的关系式 。 1
13、 试验概况 试验采用 4 2 5 号普通硅酸盐水泥 、 郑州郑东新 区龙湖区粉质黏土 ( 以 3 5 0目的粒度标准磨 细至粉 状) 、 钙基一级膨润土 、 粒径为 52 0n l l n的碎石 , 细 度 模数为3 3 的砂子( 其级配曲线位于 工区, 属粗 基金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 0 9 7 9 1 0 0 ) ; 国家重点基础研究发展计划( 2 0 1 0 C B 6 3 5 1 1 8 ) 作者简介: 宋帅奇( 1 9 8 1 一) , 男, 河南叶县人, 讲师, 博士研究生, 从事结构工程和建筑复合材料研究。E - m a i l : s h u a i q i s
14、 o n g s in a c o i n 3 2 水利水电科技进展 , 2 0 1 0 , 3 0 ( 3 )T e : 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E - m a : j z h h u e d u c n h t tp: k k b h h u e d u e ll 表 1 塑性 混凝 土的配合比 砂) 。参照前期塑性混凝土试验结果 以及为确定用 水量而提前进行的纸杯试验 的结果 , 配置满足坍落 度要求的 1 2种塑性混凝土的配合 比( 表 1 ) , 用 以研 究水胶 比、 砂率 、 水泥用量 、 黏土用量 、 膨润土用量 、 龄期等对有关强度指标的影响。每组配合 比
15、均考虑 2 8 d 和9 0 d 这 2 个龄期 , 对水胶 比系列还考虑了1 8 0 d 龄期 。 立方体抗压强度和劈拉强度试验均采用尺寸为 1 0 0 m i l l 1 0 0 I n i n 1 0 0 mi n 和1 5 0 IT I I T I 1 5 0 ton i 1 5 0 眦 这 2 种立方体试块 , 抗折强度试验采用尺寸 为 1 0 0 m l nx 1 0 0 m l T l 4 0 0n l l n的棱 柱体试块 , 轴心抗 压强度试 验和单 向受压下 的变形试 验采用尺寸 为 1 5 0 m E1 5 0 ra i n3 0 0 n q m的棱柱体试块 。每种情况
16、下制作 3个试块 , 共计 4 0 5个试块。塑性混凝土采 用机械拌和, 人工或振动台振捣 , 试模成型静置 4 8 h 后拆模 , 并移至标准养护室养护至 目标龄期后按照 D L T 5 1 5 0 - - - 2 0 0 1 ( 水 工混 凝土试 验规程 进行 相关 试验。由于塑性混凝土弹性模量低 、 泊松比大, 其纵 向压应变受横向拉应变 的影响较大 , 按照常规混凝 土弹性模量的测试方法难 以准确测 出塑性混凝土的 纵向变形 , 因此 , 单 向受压下纵 向应变测试的测量标 距为 3 0 0 n l l n , 即试块全长。在试块顶 端加钢盖板 , 将电子位移计用磁性表座固定 于试验机
17、下压板上 , 测试试块全长的变形并通过 自动数据采集仪采集数 据。轴向荷载由荷载传感器通过 自动数据采集仪采 集 , 并将 自动数据采集仪得到的轴 向荷载和轴向应 变数据输入计算机 , 绘制出塑性混凝土的应力 应 变曲线。 2 塑性混凝土强度指标之间的关系 2 1 劈拉强度与抗压强度的关系 试验表 明, 对 于边长分别 为 1 0 0 m l n和 1 5 0 m i l l 的塑性混凝土立方体试块 , 2 8 d龄期 的抗压强度分 别在 1 1 3 2 7 MP a 和 1 2 73 2 6 M P a 范围内变化, 9 0 d 龄期的抗压强度分别在 1 7 4 4 5 9 MP a和 1
18、7 1 4 2 6 MP a范围内变化 ; 2 8 d龄期的劈拉强度分别 在 0 1 40 4 3 MP a和 0 1 60 4 M P a范围内变化 , 9 0 d 龄期的劈拉强度分别在 0 20 5 MP a 和 0 2 5 0 4 9 M P a 范围内变化 。塑性混凝土的抗压强度和劈 拉强度均随水胶比的增大而明显减小; 随砂率的增 大先增大后减小 , 砂率为 5 0 时和 6 0 时相差不明 显 , 合适砂率在 5 0 左右 ; 随水泥用 量的增大而增 大 , 但是增大的幅度趋缓 , 水泥用量 以 1 2 0 k g m 3为 宜 ; 随黏土用量的增大而明显减小 ; 随膨润土用量的 增
19、大先增大后减小。原因在于水胶 比增大, 塑性混 凝土凝结硬化后内部空隙增大, 导致强度降低 ; 砂率 增大使细骨料表面积增大 , 一方面导致实际水胶 比 减小 , 有利于强度增大, 另一方面砂率过大导致胶凝 材料不能充分包裹骨料 , 对强度增长不利 ; 水泥用量 的增加在一定程度上增强 了胶凝材料 与骨料 的胶 结 , 从而使强度得 到提高 , 但胶凝浆体不能过多 ; 黏 土和膨润土的掺人降低 了材料间的胶结力 , 同时 由 于膨润土吸水率大又能提高强度。 拉压比是指在同一配合 比下混凝土抗拉强度与 抗压强度的比值 , 是衡量混凝土力学性能 的一个重 要指标 。国内外 已有的研究资料L 8 J
20、 表明: 普通混凝 土拉压 比为 0 0 5 80 1 2 5 , 且 强度越 高, 拉压 比越 小 , 脆 性 越 大 ; 高 强 混凝 土 拉 压 比仅 为 0 0 4 2 0 0 5 0 。对试验结果分析可知 , 塑性混凝土拉压 比为 0 1 0 6 0 1 8 1 , 比普通混凝土 和高强混凝土 的拉压 比大得多 , 反映了塑性混凝土变形大的特点。同时 , 塑性混凝土劈拉强度随抗压强度 的增大而增大 , 见 图 1 , 两者之间的关系可用式( 1 ) ( 2 ) 表示 : = 0 1 3 8 5 ( R =0 9 2 3 7 ) ( 1 ) I厂 s=0 1 5 2 ( R =0 9
21、4 0 7 ) ( 2 ) 式中: 为塑性混凝土的劈拉强度, M P a ; f c 为塑性 混凝土标准立方体抗压强度 , MP a ; R为相关系数。 塑性混凝土劈拉强度试验值与式 ( 1 ) 计算值之 水利水 电科技进展 , 2 0 1 0 , 3 0 ( 3 )T e l : 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E - m a : j z h h u e d u c a h u p : k k b h h u e d u c n 。 3 3 比的均值为 1 0 3 9 7 , 均方差为 0 1 1 5 8 , 变异系数为 0 1 1 1 4 ; 试 验 值 与 式 ( 2 ) 计
22、 算 值 之 比 的 均 值 为 1 0 0 5 6 , 均方差为 0 1 0 5 0 , 变异系数为 0 1 0 4 4 , 试 验 值与式( 1 ) 和式( 2 ) 计算值均吻合较好。 O 8 0 7 o 6 O 5 0 4 0 3 02 O l 图 1 劈拉 强度与抗 压强度的关系 2 2 抗折强度与抗压强度和劈拉强度的关系 试验表明, 2 8 d龄期和 9 0 d龄期 的塑性混凝 土 的抗 折 强 度 分 别 在 0 3 80 9 9 MP a和 0 4 8 1 1 5 U P S:; 间变化 , 并且抗折强度 、 抗压强度 、 劈 拉 强度随各试验参数 变化的规律基本一致。分 析可
23、知 , 塑性 混凝土 的抗 折强 度为抗压 强度 的 2 6 4 4 , 且随抗压强度的增大而增大( 图 2 ) , 两者之间 的关系可用下面 2 个公式表示 : =0 3 9 1 2 f0 。 7 ( R =0 9 0 5 1 ) ( 3 ) f t =0 2 1 7 5 f o +0 2 0 8 ( R =0 9 1 7 3 ) ( 4 ) 式中: 为塑性混凝土的抗折强度 , M P a 。 图 2 抗折 强度与抗压强度的关 系 塑性混凝土抗折强度试验值与式( 3 ) 计算值之 比的均值为 1 0 0 4 6 , 均方差为 0 0 9 8 1 , 变异 系数为 0 0 9 7 7 ; 试
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- 塑性 混凝土 强度 尺寸 效应 试验 研究
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