藏木水电站石灰石粉混凝土抗裂性能试验研究

2017-03-23邓长军杨忠义

水电站设计 2017年1期

关键词：干缩率石灰石粉煤灰

邓长军,杨忠义

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

藏木水电站石灰石粉混凝土抗裂性能试验研究

邓长军,杨忠义

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

石灰石粉具有一定的反应活性，改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土性能，但同时也会带来干缩率大、抗冻等级降低等一些不利因素。因此，为了推广石灰石粉在藏木水电站大坝混凝土中的应用，降低石灰石粉混凝土干缩和自生体积变形，减少混凝土收缩裂缝，提高混凝土耐久性能，拟在石灰石粉混凝土中复掺纤维，以达到提高硬化混凝土性能，在高原水电工程常态混凝土中推广、应用石灰石粉。

石灰石粉;藏木水电站;试验;混凝土

0 前言

据研究结果表明，同水胶比条件下,石灰石粉混凝土干缩率和自生体积变形(收缩)均大于粉煤灰混凝土，在混凝土中掺石灰石粉会增大混凝土开裂风险。因此，为了减少混凝土的收缩变形，提高混凝土性能，在混凝土中复掺纤维越来越被工程界认识和采纳。这是由于纤维分散于混凝土基体中起着阻碍裂缝的衍生和扩展、提高混凝土在静载和动载下的韧性作用。其中有机纤维对于混凝土的开裂具有明显的抑制作用，近年来在多项水电工程中开始使用，取得了一定的效果。PVA就是一种聚乙烯醇有机纤维，其抗拉强度与钢纤维大致相当，弹性模量与混凝土相近，并能在混凝土中均匀分散、提高混凝土抗裂性能，在混凝土中得到广泛应用。因此，为提高藏木水电站石灰石粉混凝土抗裂性能，在混凝土中复掺纤维，以达到提高硬化混凝土性能，推广石灰石粉掺合料应用。

1 混凝土原材料

试验采用西藏山南华新P·MH42.5水泥、西固Ⅱ级粉煤灰及山南石灰石粉，其检测结果分别列于表1～3。

表1 水泥和掺合料化学成分

表2 华新P·MH42.5水泥物理力学性能

表3 掺合料物理性能

2 石灰石粉混凝土抗裂性能试验研究

2.1 混凝土拌和物性能

由表4试验结果可见，在保持拌合物性能大致相当条件下，同水胶比、同掺合料掺量条件下，掺0.9 kg/m3纤维混凝土单位用水量比不掺纤维混凝土多6 kg左右，且掺纤维混凝土拌合物和易性好于不掺纤维混凝土。

表4 混凝土拌和物性能

2.2 混凝土强度性能

硬化混凝土强度往往是评价混凝土质量的重要依据，它与混凝土的耐久性、体积稳定性等有密切的关系，石灰石粉替代粉煤灰对大坝混凝土强度性能的影响试验结果见图1、2。由试验结果可见，同条件下复掺纤维能提高混凝土抗压、劈拉和轴拉强度，且纤维2效果又要优于纤维1。

图1 混凝土抗压强度图2 混凝土轴拉强度

2.3 混凝土变形性能

由表5试验结果可见，同条件下复掺纤维后混凝土弹性模量、极限拉伸值也有所提高；且纤维2混凝土高于纤维1混凝土。

2.4 混凝土体积稳定性

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混凝土干缩对混凝土的结构性能影响较大，在一般使用条件下，由于混凝土干缩变形而引起的应力足以使结构表面产生变形以至裂缝，从而降低其强度和刚度，破坏混凝土微观结构，降低混凝土耐久性。由图3可见：同条件下复掺纤维混凝土干缩率低于不掺纤维混凝土；且纤维2混凝土干缩率稍低于纤维1混凝土。

混凝土大板干缩试验参照《纤维混凝土结构技术规程》中附录D纤维混凝土和砂浆收缩裂缝试验方法进行，用于评定纤维对降低混凝土早期收缩裂缝的有效性，其试验结果列于表6。由表6试验结果可见，复掺纤维后混凝土限裂等级为一级，裂缝较少。

表5 混凝土部分变形性能

图3 混凝土干缩率

由图4试验结果可见，在相同条件下混凝土均呈现微膨胀状态；且纤维混凝土中、后期自生体积变形值大于不掺纤维混凝土，表明复掺纤维可减小混凝土体积变化，增加混凝土的抗裂性能。

表6 混凝土大板干缩性能

2.5 混凝土耐久性能

由表7试验结果可见，同条件下复掺纤维混凝土抗冻能力有所提高，渗透系数有所降低，其耐久性能优于不掺纤维混凝土。

图4 水胶比为0.55时混凝土自生体积变形(掺30%石灰石粉)

级配水胶比石灰石粉掺量/%纤维掺量/kg·m-390d抗渗渗透系数/cm·s-1渗透等级90d冻融100次动弹模损失/%质量损失/%三0.55300.503000.41×10-8≥W651.14.20.9(纤维1)0.25×10-8≥W845.73.70.9(纤维2)0.21×10-8≥W842.23.100.36×10-8≥W648.83.60.9(纤维1)0.20×10-8≥W841.43.20.9(纤维2)0.15×10-8≥W838.32.7

2.6 混凝土抗裂性能综合评价

利用温度应力试验机，同时考虑混凝土抗拉强度、弹性模量、内部温升、自生变形、温度变形、徐变松弛、约束程度等多个关键因素的影响，测试出混凝土早龄期的累积拉应力和开裂温度，可以直观地评价混凝土的开裂敏感性。试验将三级配混凝土拌和物湿筛以剔除粒径大于40 mm的粗骨料，然后在试验机内部浇注，采用振捣棒进行振实，抹平后开始进行试验。试验开始后，试验机的同步电机启动以保证试件处于100%约束状态，试验机同时跟踪试件内部中心温度，使得试件在半绝热/绝热情况下升温；当试件温度达到峰值后(即内部中心温度稳定)，对试件进行降温，降温速率为1 ℃/(3～5)min，直至试件开裂。利用上述方法，对比研究不同工况下掺不同种类纤维混凝土的早龄期抗裂性。从表8试验结果可见，以开裂温度来评价混凝土早龄期的抗裂性，纤维2混凝土的抗裂性好于纤维1混凝土。