有层面碾压混凝土抗剪断特性试验研究.docx
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有层面碾压混凝土抗剪断特性试验研究
有层面碾压混凝土抗剪断特性试验研究
摘 要:
本文研究在不同的层间间隔时间条件下,对碾压混凝土层面分别采取不处理,铺水泥粉煤灰浆(简称水泥净浆)、水泥砂浆等措施以及采用不同的胶凝材料用量对碾压混凝土层面抗剪断特性的影响。
通过研究分别给出不同层间间隔时间、不同胶凝材料用量以及不同试验龄期与碾压混凝土层面抗剪断强度的相关关系。
研究工作针对龙滩高碾压混凝土重力坝设计的需要,其成果为即将开工的龙滩工程建设提供了重要的参考依据。
关键词:
有层面碾压混凝土层间间隔时间层面抗剪断特性层面处理措施
碾压混凝土的抗剪断强度较之其它强度指标更为设计所重视。
因为它与大坝的抗滑稳定直接相关,是确定坝体断面尺寸的重要参数之一。
本文对室内成型的150mm×150mm×150mm的立方体试件进行了本体和各种工况条件下有层面碾压混凝土抗剪断试验研究。
1 碾压混凝土试验用原材料及基本性能
试验研究所用水泥为广西鱼峰水泥股份公司生产的525(R)普通硅酸盐水泥,其检测成果见表1。
粉煤灰为广西田东电厂生产的II级粉煤灰,检测成果见表2。
试验用外加剂分别为ZB-1RCC15和RH6缓凝减水剂(掺量均为0.4%),以及Delvocrete和Rheobaild水水泥水化控制剂(掺量选每立方混凝土3.0kg和每立方混凝土5.0~6.5kg),碾压混凝土凝结时间试验成果见表3。
骨料采用龙滩工程大法坪料场的灰岩人工骨料,经室内各级破碎系统轧制成人工中砂和各级人工碎石。
粗、细骨料的物理力学性能成果分别见表4和表5。
有层面碾压混凝土用砂浆和净浆成果见表6。
表1水泥性能试验成果表
密度
(g/m3)
细度
(%)
烧失量
(%)
MgO
(%)
SO3(%)
安定性
水化热
(kJ/kg)
凝结时间
(h:
min)
抗折强度
(MPa)
抗压强度
(MPa)
7d
28d
初凝
终凝
3d
7d
28d
3d
7d
28d
3.11
1.0
1.1
1.52
2.3
合格
251
276
2:
13
3:
03
6.57
8.33
9.16
34.7
48.0
55.6
表2田东粉煤灰物理力学性能及化学成份成果表
密度
(g/cm3)
细度
(%)
需水量比(%)
含水量(%)
28d抗压强度比(%)
SiO2
(%)
Al2O3
(%)
Fe2O3
(%)
CaO
(%)
MgO
(%)
Na2O
(%)
K2O
(%)
SO3
(%)
烧失量
(%)
2.28
18.0
95.6
<1%
83.0
50.88
25.85
6.28
8.23
1.70
0.89
2.36
1.21
1.64
表3室内外碾压混凝土凝结时间试验成果表
序号
外加剂品种及掺量
外加剂
生产厂家
VC值
(秒)
初凝时间
(h:
min)
终凝时间
(h:
min)
试验条件
1
ZB-1RCC150.4%
浙江龙游混凝土外加剂厂
5.0
5:
54
7:
42
试验水温:
30.5~31.5℃
室内温度:
27~29.5℃
室外气温:
35.5~45℃
室外相对湿度:
56~27%
2
RH60.4%
南京水科院
5.5
5:
06
9:
24
3
水泥水化控制剂
Delvocrete3.0kg/m3
上海麦斯特建材有限公司
4.5
5:
24
9:
24
4
Rheobaild
(5.0~6.5)kg/m3
5.5
5:
06
—
5
ZB-1RCC150.4%
浙江龙游混凝土
外加剂厂
5.0
16:
18
19:
54
试验水温:
20℃
试验室温度:
18.5℃
相对湿度:
80%
6
ZB-1RCC150.6%
4.0
17:
00
24:
12
表4粗骨料的物理力学性能成果表
骨料级配
(mm)
干密度
(g/cm3)
饱和面干密度
(g/cm3)
饱和面干吸水率
(%)
振实容重
(kg/m3)
振实孔隙率
(%)
5~20
2.73
2.71
0.46
1826
32.6
20~40
2.74
2.72
0.31
40~80
2.72
2.72
0.12
表5细骨料的物理力学性能成果表
干密度
(g/cm3)
饱和面干密度(g/cm3)
饱和面干吸水率(%)
振实
容重(kg/m3)
振实
孔隙率
(%)
细度
模数
颗粒级配(%)
≥5.0
5.0~
2.50
2.50~
1.25
1.25~
0.630
0.630~
0.315
0.315~
0.160
≤0.160
2.70
2.59
2.22
1675
38
2.86
1.0
22.4
14.6
25.9
14.4
6.3
15.4
表6有层面碾压混凝土用砂浆和净浆试验成果表
序
号
水
胶
比
单位用水
胶材总量
水泥C
粉煤灰F
砂
子
外加剂品种及掺量
砂浆沉入度
砂浆实测容重
含气量
配合比
水:
胶材:
砂
抗压强度
(MPa)
抗折强度
(MPa)
强胶比(90d)
抗压强度
胶材总量
kg/m3
Kg/m3
kg/m3
kg/m3
kg/m3
%
cm
kg/m3
%
7d
28d
90d
7d
28d
90d
1
0.38
230
605
242
363
1410
-
5.3
2194
-
0.38:
1:
2.33
18.34
33.1
37.2
2.96
7.24
7.40
0.061
2
0.30
185
605
242
363
1440
ZB-10.6
11.0
2235
-
0.30:
1:
2.38
18.54
43.2
49.7
-
-
-
0.082
3
0.29
174
605
242
363
1440
HR60.6
11.3
2224
-
0.29:
1:
2.38
23.06
51.1
54.3
6.02
9.77
10.96
0.090
4
0.38
184
484
194
290
1562
HR60.6
11.3
2224
-
0.38:
1:
3.23
14.76
31.72
44.91
3.83
7.10
8.35
0.093
5
0.38
184
484
194
290
1562
ZB-10.6
11.3
2224
-
0.38:
1:
3.23
12.90
29.16
38.8
-
6.61
9.28
0.080
6
0.35
175
500
200
300
1425
ZB-10.4
8.0
2236
-
0.30:
1:
2.85
22.15
42.08
51.43
3.8
9.32
10.81
0.103
7
0.30
145
474
190
284
1481
ZB-10.6
10.3
2267
-
0.30:
1:
3.12
20.77
44.16
54.90
68.63**
4.97
9.72
10.96
0.116
8
0.30
136
444
178
266
1520
ZB-10.8
10.7
2264
4.5
0.30:
1:
3.42
17.10
42.54
53.81
4.35
8.95
10.48
0.096
9
0.30
175
572
229
343
1513
ZB-10.6
9.3
2257
3.5
0.30:
1:
2.64
21.34
47.32
55.68
5.26
9.59
10.81
0.097
10
0.38
175
460
184
276
1465
-
4.7
2221
3.0
0.38:
1:
3.18
15.23
29.90
37.64
4.09
7.02
9.40
0.082
11
0.30
170
556
222
334
1504
HR60.6
11.3
2250
3.2
0.30:
1:
2.71
24.26
46.85
53.62
-
-
-
0.096
12
0.38
230
605
242
363
1550
ZB-10.6
11.4
2193
3.6
0.38:
1:
2.56
14.99
35.67
44.92
-
-
-
0.074
13
0.28
140
500
200
300
1550
ZB-10.4
5.3
2286
3.4
0.28:
1:
3.10
21.91
36.02
39.86
5.09
9.35
10.1
0.080
14
0.35
190
543
217
326
1547
ZB-10.4
10.7
2274
-
0.35:
1:
2.85
29.1*
35.2
47.2
-
-
-
0.087
15
0.25
389
1583
712
871
-
ZB-10.6
-
1821
-
0.25:
1
-
-
-
-
-
-
-
16
0.35
472
1349
539
810
-
ZB-10.4
-
1847
-
0.35:
1
15.5
34.6
40.9
53.5**
-
-
-
0.030
17
0.38
230
605
242
363
1410
FDN500R
5.4
2231
-
0.38:
1:
2.33
22.2
44.1
48.5
-
-
-
0.080
18
0.38
220
577
231
346
1440
FDN500R
-
-
-
0.38:
1:
2.50
13.7
35.4
45.1
-
-
-
0.078
注:
表中*表示4d抗压强度,**表示180d抗压强度。
2 试验装置与试验方法
试验在钢性反力架上进行,试验装置见图1。
试件尺寸为150mm×150mm×150mm立方体,试验采用平推多点法进行。
最大正应力为3.0MPa。
整个试验过程中,正应力按0.75、1.50、2.25和3.0MPa共四级分别施加在一组试件的4~6个试块上。
图1碾压混凝土抗剪断试验装置示意图
3不同层间间隔时间碾压混凝土层面抗剪断特性
碾压混凝土层间间隔时间共设4h、12h、24h、72h四种工况。
每种间隔时间工况下对碾压混凝土层面又分别采用不处理、铺净浆、铺砂浆三种处理方式,抗剪断试验成果经过“最小二乘法”进行整理,成果见表7。
试验研究成果表明,当垂直正应力σ=3.0MPa时,随着层间间隔时间的延长即由4h到72h,碾压混凝土抗剪断平均峰值强度由9.16MPa逐渐降至7.59MPa;残余剪断强度平均值也随层间间隔时间延长,逐渐从4.32MPa降低至3.52MPa(以上结果是选取σ=3.0MPa,且将三种层面处理工况下的抗剪强度取平均值后获得的)。
对于有层面碾压混凝土,随层间间隔时间的延长,采用不同的处理层面结合材料,其抗剪强度是不同的。
层面铺净浆处理方式比层面不处理的碾压混凝土抗剪断强度高6.4~18.6%;而层面铺砂浆的碾压混凝土抗剪断强度又优于层面铺净浆的碾压混凝土抗剪断强度,且层面铺砂浆的粘聚力比层面铺净浆的粘聚力大,而摩擦系数小。
不同层间间隔时间与碾压混凝土层面抗剪断平均强度关系曲线见图2。
和
随层间间隔时间变化情况见图3。
回归方程关系式如
(1)式。
=10.154t-0.0699,R2=0.9227(t≤72h,σ=3.0MPa)
(1)
表7不同层间间隔时间碾压混凝土层面抗剪断试验成果表
层间间隔时间
处理层面
结合材料
峰值强度
残余强度
(MPa)
τ
(MPa)
(MPa)
C
(MPa)
f
τ
(MPa)
(MPa)
4h
-
4.41
1.44
8.73
9.16
0.66
1.27
4.47
4.32
净浆
4.10
1.73
9.29
0.84
1.11
4.17
砂浆
6.48
0.99
9.45
0.26
1.35
4.31
12h
-
2.81
1.75
8.06
8.78
0.15
1.31
4.08
3.79
净浆
3.15
1.99
9.12
0.84
1.04
3.96
砂浆
4.07
1.70
9.17
0.61
0.91
3.34
24h
-
2.77
1.38
6.91
7.89
0.38
1.21
4.01
3.66
净浆
3.83
1.44
8.15
0.11
1.18
3.65
砂浆
5.67
0.98
8.61
0.65
0.89
3.32
72h
-
2.05
1.47
6.46
7.59
1.18
0.88
3.82
3.52
净浆
3.61
1.35
7.66
0.20
1.09
3.47
砂浆
5.90
0.92
8.66
1.07
0.73
3.26
注:
试验龄期180d,C+F=(90+110)kg/m3,剪应力τ和平均剪应力均是正应力为3.0MPa时计算得出(下同)
图2不同工况碾压混凝土层面抗剪断强度图
图3不同工况的峰值凝聚力和峰值摩擦系数比较图
图490d剪应力与水平位移关系曲线图 图5360d剪应力与水平位移关系曲线图
4不同胶凝材料用量碾压混凝土层面抗剪断特性
试验研究采用200kg/m3、180kg/m3、160kg/m3三种胶凝材料用量。
对于每一种胶凝材料用量,碾压混凝土层面又分别考虑不处理、层面铺净浆,层面铺砂浆三种方式。
抗剪断试验研究成果列于表8。
试验成果表明,200kg/m3胶凝材料用量的碾压混凝土抗剪断强度高于180kg/m3胶凝材料用量的碾压混凝土抗剪断强度,而180kg/m3胶凝材料用量的碾压混凝土抗剪断强度又大于160kg/m3胶凝材料用量的碾压混凝土抗剪断强度。
另外,对于每一种胶凝材料用量的碾压混凝土,层面铺净浆的抗剪断强度比层面不处理的抗剪断强度高18~20%;层面铺砂浆的抗剪断强度又略大于层面铺净浆的抗剪断强度。
不同胶凝材料用量(C+F)与碾压混凝土层面抗剪断平均强度()关系曲线见图2,
和
随胶凝材料用量变化情况见图3。
回归方程关系式如
(2)式。
=0.0075(C+F)+6.4,R2=0.9868,(σ=3.0MPa,(C+F)≤200)
(2)
表8不同胶凝材料用量的碾压混凝土层面抗剪断试验成果表
胶凝材
料用量
处理层面结
合的材料
峰值强度
残余强度
(MPa)
τ(MPa)
(MPa)
C(MPa)
f
τ(MPa)
(MPa)
200
kg/m3
-
2.77
1.38
6.91
7.89
0.38
1.21
4.01
3.66
净浆
3.83
1.44
8.15
0.11
1.18
3.65
砂浆
5.67
0.98
8.61
0.65
0.89
3.32
180
kg/m3
-
2.55
1.41
6.78
7.77
0.26
1.27
4.07
3.72
净浆
4.50
1.17
8.01
0.47
1.07
3.68
砂浆
4.22
1.42
8.48
0.43
0.99
3.40
160
kg/m3
-
2.26
1.44
6.58
7.59
0.35
1.26
4.13
3.85
净浆
5.14
0.92
7.90
0.61
1.04
3.73
砂浆
4.76
1.18
8.30
0.38
1.10
3.68
注:
试验龄期180d,层间间隔时间24h;
5不同试验龄期的碾压混凝土层面抗剪断特性
试验龄期分别考虑四种条件,即28d、90d、180d和360d。
每一龄期对碾压混凝土层面又采用不处理和铺净浆两种处理方式。
研究成果见表9。
从表9的成果看,试验龄期越长,碾压混凝土抗剪断强度越大,此外,在每一个试验龄期内,层面铺净浆的碾压混凝土比层面不处理的碾压混凝土抗剪断强度大约高18%;试验龄期(d)与碾压混凝土层面抗剪断平均强度关系如图2。
和
与试验龄期(d)关系如图3。
回归分析关系式如(3)式。
=0.3594Ln(d)+5.6207,R2=0.9717(σ=3.0MPa,d≤360)(3)
表9不同试验龄期的碾压混凝土层面抗剪断试验成果表
试验
龄期
层面
状况
峰值强度
残余强度
(MPa)
τ(MPa)
(MPa)
C(MPa)
f
τ(MPa)
(MPa)
28d
不处理
2.87
1.14
6.29
6.86
0.46
1.03
3.55
3.38
铺净浆
2.71
1.57
7.42
0.44
0.92
3.20
90d
不处理
2.78
1.25
6.53
7.14
0.51
0.88
3.15
3.20
铺净浆
4.20
1.18
7.74
0.56
0.90
3.26
180d
不处理
2.77
1.38
6.91
7.53
0.38
1.21
4.01
3.83
铺净浆
3.83
1.44
8.15
0.11
1.18
3.65
360d
不处理
2.38
1.50
6.88
7.75
0.36
1.00
3.36
3.53
铺净浆
5.02
1.20
8.62
0.61
1.03
3.70
注:
C+F=(90+110)kg/m3,层间间隔时间24h。
6采用不同的处理层面结合材料的碾压混凝土层面抗剪断特性
对于有层面碾压混凝土,重点研究了三种不同的层面处理方式,即层面不处理,层面铺净浆和层面铺砂浆,另外还进行了200kg/m3胶凝材料用量的碾压混凝土本体抗剪断试验。
研究表明,由于层间间隔时间的不同,碾压混凝土所用胶凝材料的不同,以及试验龄期不同,采用上述各种处理方式所得有层面碾压混凝土的抗剪断强度是不同的,成果汇总见表10和表11,图2~图5。
表10数据表明,采用层面铺净浆方式和铺砂浆方式,抗剪断峰值强度分别比层面不处理方式提高17.7%和25.1%,说明碾压混凝土层面平均间隔时间在25h以上,即碾压混凝土终凝后,必须对层面进行处理,以提高层面粘结强度。
比较处理层面结合的材料的抗剪断强度,我们可以进一步得出,采用层面铺砂浆处理方式较好,其次是铺净浆方式,铺砂浆与铺净浆方式抗剪断强度的比为1.06,凝聚力c′的比值为1.32。
7结语
——对于有层面碾压混凝土,层面处理比层面不处理的碾压混凝土抗剪断峰值强度高。
初步试验表明,大约提高20%左右。
——对于有层面碾压混凝土,采用层面铺砂浆处理方式比层面铺净浆的处理方式要好,碾压混凝土抗剪断峰值强度略大。
前者比后者大约提高6%左右。
——随着碾压混凝土层间间隔时间(t)延长,碾压混凝土层面抗剪断峰值强度(
)逐渐降低。
通过试验给出近似关系式:
=10.154t-0.0699R2=0.9227,t≤72σ=3.0MPa
——碾压混凝土胶凝材料(C+F)用量越大,层面抗剪断峰值强度(
)越高。
通过试验,给出近似关系式:
=0.0075(C+F)+6.4,R2=0.9868(C+F)≤200σ=3.0MPa.
——随试验龄期(d)延长,碾压混凝土层面抗剪断峰值强度(
)增大。
通过试验,给出近似关系式:
=0.3594Ln(d)+5.6207,R2=0.9717d≤360σ=3.0MPa
参考文献
1.林长农、金双全、成方等,碾压混凝土的性能研究,中南院1999年12月;
2.涂传林、何积树,龙滩碾压混凝土层面抗剪断试验研究,红水河,1999年,第2期
表10不同的层面工况碾压混凝土层面抗剪断试验成果表
序
号
层面工况
层间间
隔时间
胶材用量
(kg/m3)
龄期
(d)
峰值强度
残余强度
f′
c′
(MPa)
τ
(MPa)
f
c
(MPa)
τ
(MPa)
C
F
1
不
处
理
4
90
110
180
1.44
4.41
8.73
1.27
0.66
4.47
2
12
90
110
180
1.75
2.81
8.06
1.31
0.15
4.08
3
24
90
110
180
1.38
2.27
6.91
1.21
0.38
4.01
4
72
90
110
180
1.47
2.05
6.46
0.88
1.18
3.82
5
24
75
105
180
1.41
2.55
6.98
1.27
0.26
4.07
6
24
55
105
180
1.44
2.26
6.58
1.26
0.35
4.13
7
24
90
110
28
1.14
2.87
6.29
1.03
0.46
3.55
8
24
90
110
90
1.25
2.78
6.53
0.88
0.51
3.15
9
24
90
110
360
1.50
2.38
6.88
1.00
0.36
3.36
平均值
25.8
84.4
108
173
1.43
2.76
7.02
1.12
0.48
3.85
10
铺
净
浆
4
90
110
180
1.73
4.10
9.29
1.11
0.84
4.17
11
12
90
110
180
1.99
3.15
9.12
1.04
0.84
3.96
12
24
90
110
180
1.44
3.83
8.15
1.18
0.11
3.65
13
72
90
110
180
1.35
3.61
7.66
1.09
0.20
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