外掺MgO微膨胀混凝土力学性能研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 9期 (总 第 3 1 1期) N u mb e r 9 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 1 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 9 0 0 7 外掺 Mg O微膨胀混凝 土力学性 能研究 田为 , 彭刚 , 梁辉 ,陈学强 , ( 1 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心, 湖北 宜昌4 4 3 0 0 2 ; 2 三峡大学 土木与建筑学院, 湖北 宜昌 4
2、43 0 0 2 ) 摘要 : 利用大型多功能静动力三轴仪进行了外掺氧化镁微膨胀混凝土在不同应变速率下的单轴抗压性能试验。 对微膨胀混凝 土的物理力学参数进行了统计分析 , 研究 了加载速率、 氧化镁活性 以及掺量对微膨胀混凝土动态力学特性 的影响。 结果表明: 外 掺 Mg O微膨胀混凝土表现出明显的率效应 , 抗压强度与加载速率成正比; 在应变速率一定时 , 氧化镁掺量与混凝土抗压强度成 正 比, 氧化镁活性对混凝土强度影响不大。 在此基础上, 进行应力应变 曲线分析 , 当 Mg O掺量为 9 时, 混凝土的塑性改善最为 明显。 最后 , 构建了微膨胀混凝土动态损伤模型 , 并对所建模型
3、的适用性进行了验证。 关键词 : 混凝土; Mg O; 抗压强度; 损伤模型 中图分类号: T U 5 2 8 2 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 2 4 0 3 S t u d y o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f mi c r oe x p a n s i o n c o n c r e t e mi x e d wit h Mg O TI AN W e i , PENG Ga n g 。 , LI AN G Hu i , CHEN Xu e q i an g
4、 , ( 1 T h e I n n o v a ti o n Ce n t e r o f Ge o l o g i c a l Di s a s t e r o f T h r e e Go r g e s Ar e a , Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 , C h i n a 2 Ci v i l a n d A r c h i t e c t u r e Co l l e g e, Ch i n a T h r e e Go r g e s Un i v e r s i t y, Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2, C h i n a ) Abs t
5、 r ac t : Th e u n i a x i al c o mp r e s s i v e t e s t o f mi c r o e x p a n s i v e c o nc r e t e a d d e d wi t h Mg O u n d e r d i f f e r e n t l oa d i n g r a t e s we r e c o mp l e t e d U s i n g a l a r g e mu l t i f u n c t i o n s t a t i c a n d d y n a mi c f o r c e t fia x i
6、a l a p p a r a t us S t a t i s ti c a l o f a n a l y s i s a b o u t p h ys i c a l a n d me c h a n i c a l p a r a me t e r s o f mi c r o e x p a n s i v e c o n c r e m wa s c a r r i e d o u t T h e i n f l u e n c e o f s t r a i n r a t e , Mg O a c t i v i t y a n d c o n t e n t o n t h
7、e c o mp r e s s i v e s e n g t h o f mi c r o e x pa n s i v e c o n c r e t e wa s r e s e a r c he d The r e s u l t s s h o w t h a t mi c r o e x pa n Nv e c o n c r e t e a d d e d wi th M g O e x h i b i t s o bv i o u s r a t e e f f e c t s, the c o mp r e s s i v e s t r e n gt h o f mi c
8、 r o e x p a n s i v e c o nc r e m i s p r o po r t i o n a l t o the s t r a i n r a t e I n a c e r t a i n s t r a i n r a t e, t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i s pr o po r t i o n a l t o M g O c o n t e n t , Mg O a c t i v i t y h a d l i t t l e e f f e c t o n the c o mpr e s s
9、i v e s t r e n g t h o f mi c r o e x p a n s i v e c o n c r e t e On t h i s b a s i s , a n a l y s i s o f t h e s t r e s s s t r a i n c u r v e wa s c a r r i e d o u t , wh e n t h e d o s a g e o f M g O i s 9 t h e i mp r o v e me n t o f the d u c t i l i t y o f c o n c r e t e i s t h
10、e mo s t o b v i o u s Fi na l l y, c o n s t r u c t s t h e d y n a mi c da m a g e mo d e l o f mi c r o e x p a n s i ve c o n c r e t e, a n d the a p p l i c a b i l i t y o f t h e mo d e l wa s v e r i fie d Ke y wor ds: c o n c r e t e; M g O; c o mp r e s s i v e s t r e n g t h; d a ma g
11、e mo d e l 0 引 言 目前 , 我国水利水 电工 程建设正处 于蓬勃发展 阶段 , 而大坝混凝土 由温度应力导致的开裂问题 , 严重影响到结 构 的安全。 白山重力坝工程选用含 Mg O较 高的抚顺 水 泥 , 在基 础温差普遍超过 4 0 的情况 下 , 没有 产生基 础贯 穿裂缝 , 表面裂纹也很少 , 至今无漏 水现象。 经研究 , 白山 大坝 的混凝 土本 身具有微膨胀性 致使混凝土在降温阶 段产生 自生体积膨胀 , 相当于产生预压应力抵消 了温降收 缩 的拉应力 , 起到 了补偿 收缩的效果 , 从而避免 了大 坝产生裂缝 。 学者们展开了 Mg O对于混凝土温度的补偿效
12、应 的研 究 。 , 然而对于外 掺 Mg O微 膨胀混凝 土的力学性 能研 究还少见其文献报道 。 本研究首先进行 了外掺 Mg O微膨 胀混凝土率效应 的研究分析 , 进 而探讨 了 Mg O的掺量 和活性对混凝 土动态拉压强度的影响。 这些试验结果将加 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 0 7 基 金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 9 0 9 2 ) 2 4 深对大坝混凝土结构 的认识 , 一方 面能较好 的揭 示 Mg O 的掺入对于混凝土力学性能的改善作用 , 一方面简化常规 施工措施 , 为实 际工程设计 与评估 提供 了必要 的 试验依 据。 1 试验
13、设计 1 1试验设备 试验采用的 1 0 M N微机控制电液伺服大型多功能动静 力三轴仪( 见 图 1 ) , 设备最大应变速率响应值 为 1 0 S , 能够根据试件尺寸大小换算 成棚应 的控制变形速度 , 以保 证试验数据采集 的精度 。 1 2 试件制备 试验采用强度为 4 2 5的热硅 酸盐 水泥, 经检验其 3 d 和 2 8 d 抗压 、 抗折强度均 满足 国家规范要求 ; 试验采用 的 灰岩人工骨料由向家坝水 电站砂石 系统生产 ; 搅 拌混凝 士 所用的水为饮用 自来水 ; 试验采用宜宾元 亨粉 煤灰 ; 试验 采用江苏博特新材 料有 限公 司提供 的活性 度分别 为 5 O
14、、 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0 S 的轻烧氧化镁 。 ? 昆 凝土配合比如表 1 所示 。 图 1 大型 多功能静动力三轴仪 表 1 每 1 0 0 k g混凝土的配合比 1 3试 验 过 程 试验采用 1 5 0 mm X 1 5 0 ml n1 5 0 mm 的立 方体 试 件 , 强度为 C 3 0 。 试验 的步骤如下 : ( 1 ) 将试件平整 的放 置于试 验机 的下压板之 上 , 保证 小车底座 、 垫条 、 试件 和传力柱严格对 中。 ( 2 ) 启动油泵并 加压 , 通 过计算 机软件 的控制命 令使 试件缓慢地预加载到 1 0 k N并持荷 2 m i n
15、。 ( 3 ) 调整油泵油压, 按照预先设置好的速率加载。 试 件破坏后 , 关 闭油源 , 对破坏后试样拍 照, 将框架小车移 出 来 , 拆掉变形计 , 卸掉竖 向垫块 , 清理试验平 台, 试验完成 。 本试验完成了外掺 Mg O微膨胀混凝 土在 4个数量级 加载速率下 的单轴抗压试验 , 试验结果 的记 录准确度精确 至 0 1 MP a 。 至少试验 3个试件 , 当 出现离 散型较 大的数 据时 , 增加试件数 , 以保证数据的完整准确。 2 试验 结果分析 从表 2可以看 出, 对于龄期为 7 d的混凝土而言, 随着 Mg O掺量的增加 , 抗压强度略有增长 。 Mg O掺量为
16、2 的 混凝土抗 压 强 度 比未 掺 人 Mg O 的混 凝 土 抗 压 强 度 高 5 0 。 随着 Mg O掺量 的加大 , 混 凝土抗 压强度 值 出现 了 进一步的上 升。 对于 龄期 为 2 8 d的混凝 土 , 相 比未掺 入 Mg O的混凝土枫 比而言 , 掺入 Mg O 的混凝 土其抗压强度 依次增长 9 0 、 1 9 7 、 2 4 0 、 3 8 0 、 5 5 9 。 可 以明显看 出随 Mg O掺量的增加 , 其混凝土 的温度补偿效应越 明显 , 导致 昆 凝土 的内部裂缝 出现减小 , 进而使得混凝土的强度 出现提升。 表 2 应 变速率 为 1 0I 2 8。
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