渠道衬砌混凝土抗冻耐久性试验研究

第31卷第4期 人 民 黄 河 Vol.31,No.4 2009年4月 YELLOW RIVER Apr.,2009

=水利水电工程>

渠道衬砌混凝土抗冻耐久性试验研究

李红云,申向东,康文彪

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特010018)

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5、C30混凝土配制了8种含气量的浮石轻骨料混凝土,进行了立方体抗压强度试验及抗冻耐久性试验。试验结果表明:随着含气量的增加,浮石轻骨料混凝土立方体抗压强度逐渐减小,并且比普通混凝土减小得快;抗冻耐久性并不一定是含气量越大抗冻性越强,抗冻性还与强度有关。4组C25试件中,含气量越大,抗冻性越好;4组C30试件中,随着含气量的增加,抗冻耐久性先降低后提高。因此,要想提高浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性,必须加入足够量的引气剂,使其在强度下降的同时,抗冻耐久性能提高。

关 键 词:混凝土;含气量;浮石;立方体抗压强度;抗冻耐久性;渠道衬砌中图分类号:TV544 文献标识码:A 文章编号:1379(2009)02 内蒙古河套灌区属于季节性冻土地区,许多渠道衬砌因交替冻融循环而发生耐久性破坏。在调研和对比试验中发现,处于特殊工作环境的渠道混凝土衬砌在使用3~5年后,经过规律性的浸水和季节性的冻融,形成大面积的滑坡和单块衬砌变形、开裂,经过再次浸水、冻融,破坏加剧。要使渠道混凝土衬砌具有较高耐久性,必须保证混凝土具有较高的抗冻性。因此,研究渠道衬砌混凝土的抗冻耐久性具有重要意义。

在实际工程中,为了减轻冻土冻胀对渠道混凝土衬砌的影响,可在衬砌混凝土板下铺设聚苯乙烯保温板来削减冻胀量[1,2]。轻骨料混凝土具有保温特点,既可做混凝土衬砌板,又具有聚苯乙烯保温板的作用。笔者采用锡林郭勒盟天然浮石轻骨料,通过调整浮石轻骨料混凝土的配比,并加入不同量的引气剂,对不同标号和不同含气量的浮石轻骨料混凝土进行了力学性能和抗冻性能试验,以期为季节性冻土地区渠道衬砌的抗冻设计提供依据。

T50081)2002),试件尺寸为150mm@150mm@150mm,在标准养护28d后进行测定。新拌混凝土的含气量采用LA-316进口直读式混凝土含气量测定仪测试。

抗冻耐久性试验按照5水工混凝土试验规程6(SL352)2006)中的快冻法进行,采用100mm@100mm@400mm的棱柱体试件,以3个为一组。试件成型拆模后在养护箱中养护,到达试验龄期的前4d,将试件取出在20e?3e的水中浸泡4d。试验时将已浸水的试件擦去表面水后,称初始质量,测量初始动弹性模量。以后每隔25次冻融循环对试件检测1次,并检查其外部损伤。以混凝土动弹性模量降低至60%或质量损失达5%时为混凝土已经冻融破坏的准则。若冻融循环已经达到300次,而混凝土动弹性模量没有降低至60%或质量损失没有达到5%,则试验结束。

1.3 浮石轻骨料混凝土配合比

浮石轻骨料混凝土试件配合比按照5轻骨料混凝土技术规程6设计,表1为C25和C30基准浮石轻骨料混凝土试件?试件ò

1

1

1 试验过程

1.1 材 料

(1)水泥:蒙西P.O.42.5普通硅酸盐水泥。

(2)粗骨料:锡林郭勒盟天然浮石轻骨料,其堆积密度为690kg/m,表观密度为1593kg/m,吸水率为16.44%,筒压强度为2.978MPa,压碎指标为39.6%。浮石在搅拌前,经称重后进行预湿。

(3)减水剂:萘磺酸甲醛缩合物,C25掺量1%,C30掺量2%。(4)引气剂:松香热聚物引气剂,掺量0.01%~0.03%。(5)细骨料:天然河沙,细度模数为2.56。(6)粉煤灰:呼和浩特市化肥厂?级粉煤灰。

3

3

和

的配合比。在此配合比下,分别掺入胶凝材料0.01%

(0.04kg/m3)、0.02%(0.08kg/m3)、0.03%(0.12kg/m3)的引气剂,制作了6组引气浮石轻骨料混凝土试件?2、?3、?4、ò2、ò3、ò4。

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5、C30基准轻骨料混凝土配合比

编号?ò

11

kg/m3粉煤灰9672

水泥320340

水144136

浮石656696

沙子715703

引气剂00

减水剂4.168.24

收稿日期:21

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10762002);内蒙古自治区自然科学基金资助项目(200711020708)。

作者简介:李红云(1969)),女,内蒙古呼和浩特人,副教授,博士研究生,主要从事水工混凝土结构耐久性研究工作。 E2mai:llicom

1.2 试验内容和方法

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5、C30共2个标号8种含气量的浮石轻骨料混凝土,进行立方体抗压强度试验及抗冻耐久性试验。立方体(

第4期 李红云等:渠道衬砌混凝土抗冻耐久性试验研究

#121#

2 试验结果与分析

2.1 浮石轻骨料混凝土拌合物工作性及抗压强度

表2为8组浮石轻骨料混凝土的拌合物工作性及立方体抗压强度的试验结果。

表2 混凝土拌合物工作性及立方体抗压强度

编 号???

?òòòò

12341234

含气量/%

5.05.96.88.04.55.56.47.3

坍落度/mm

6580100115100120150190

抗压强度/MPa

26.8924.4921.9219.8431.3328.2825.7922.48

从试验结果可以看出:C2更多内容请访问久久建筑网
5、C30混凝土引气剂掺量每增加0.01%,含气量增加1%左右。C25混凝土随着含气量的增加,坍落度逐渐增大,立方体抗压强度逐渐减小,且含气量每增加l,抗压强度降低8%~11%,这比普通混凝土下降得快(普通%

混凝土含气量每增加%l,强度降低4%~6%)[3-4]。C30混凝土同样存在此规律。

从图1~图4可以看到,无论是质量还是相对动弹性模量,经过冻融循环后,都有不同程度下降,而这种下降的速度与幅度决定着混凝土抗冻性的好坏。下降速度越快、幅度越大,抗冻性越差。C25混凝土抗冻性的结果是?C30混凝土抗冻性的结果则是ò

2

1

<?

3

2

<?

3

<?4,

2.2 浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性

2.2.1 冻融循环后浮石轻骨料混凝土的形态

受冻融循环作用而破坏的混凝土有别于其他破坏形式,一般表现出表面疏松、剥落,骨料外露。在试验中可以看到,随着冻融循环次数的增加,原本光滑的水泥砂浆表层逐渐变得粗糙,细骨料外露,进而部分表面起皮剥落,直至整个试件表层酥松脱落,露出粗大的骨料,有的甚至有部分棱角掉落、出现裂缝等现象。

<ò

1

<ò

<ò4。

从图1、图3还可以发现,浮石轻骨料混凝土试件质量的变化并不是一直在减小,而是有增有减。原因是随着冻融循环的进行,试件表面出现微裂缝,水分通过微裂缝进入试件,造成了试件质量的微量增加,特别是对于比较易吸水的浮石轻骨料而言,对其质量影响会更大。

表3为8组轻骨料混凝土抗冻耐久性试验结果。

表3 抗冻耐久性试验结果

编号?

???òòòò

12341234

2.2.2 抗冻耐久性分析

质量损失和相对动弹性模量是混凝土抗冻性的评价指标。图1~图4描述了8组试件的质量损失、相对动弹性模量随冻融循环次数增加而变

化的情况。

2575

最大冻融循环次数/相对动弹性模量/

次%

82.971.163.864.161.163.263.377.2

质量损失/

%

0.360-0.95-3.46-0.24-0.62-1.61-1.94

150275125100250300

(1)从表3中可以看出,C25的4组试件中,含气量越大,抗冻性越好。试件?抗冻性能。

C25试件?

1

4

所能承受的最大冻融循环次数远远超过

试件?1。可见,引气剂可以有效地提高浮石轻骨料混凝土的

的含气量较大,但其抗冻性不是很理想。这

是由于含气量要对混凝土的抗冻性起作用,气泡必须是微小的、互不相连的、并能稳定均匀地分布在混凝土中[5],而非引气浮石轻骨料混凝土的气泡结构不是合理的气泡,因此对提高混凝土的抗冻性作用不大。从试验结果看,要想改善抗冻性能,还需要加入引气剂。

(2)C30混凝土抗冻耐久性不是含气量越大抗冻性越好。试件ò

1

是非引气混凝土,4.5,(下转第123页)

第4期 孟衡等:基于模糊评判的岩质边坡稳定性分析研究

#123#

显然有kii=1、kij=1/kji。

(3)计算权重值。由判断矩阵求其最大特征值,进而求得对应的特征向量,进行归一化处理后作为权重集。实际操作中,因求最大特征值与特征向量比较复杂,故进行如下简化:

m

对一级模糊关系矩阵R与一级权重矩阵A进行一级评判得到影响边坡稳定性的4大因素分级模糊向量b1、b2、b3、b4:

b1=[0.108 0.32 0.44 0.113]T

b2=[0.343 0.357 0.3 0]Tb3=[0.215 0.357 0.11 0.014]Tb4=[0.112 0.393 0.32 0.174]T

ai=

a2

mi=1

kij

j=1

ai为因素ui的重要程度系数,将所求各值归一化即为权重集A:

A=

a1

mi=1

2.2 二级模糊评判

由b1、b2、b3、b4组成二级模糊评判的模糊关系矩阵B,同理由判断矩阵分析法计算出二级权重矩阵C=[0132 0.24 024 0.2]T。由B与C求出影响该边坡稳定性的4类因素的隶属度矩阵D=B@C=[0.1914 013524

013034 0.152]T。

,

i

,,,

i

am

EaEaEa

i=1

m

1.4 模糊综合评判体系

一级综合评判是通过一级模糊关系矩阵R与一级权重矩阵A复合运算得到的,即B=R@A=[b1 b2 b3 b4],把B作为二级评判的模糊关系矩阵与二级权重矩阵C运算可以得到最大隶属度D,即D=B@C=[d1 d2 d3 d4],di为评判集V中的元素vi的隶属度。根据最大隶属度原则,dmax=(d1,d2,d3,d4),则dmax所对应的等级就是边坡所处的稳定级别。

2.3 计算结果

根据最大隶属度原则可知:应把矩阵D中最大值即35124%作为模糊评判的最终结果,与之对应的基本稳定等级就是边坡目前所处的状态,其与极限平衡法计算所得结果一致。

采用模糊评判法原理简单,操作容易,评价结果合理。此外,模糊评判法步骤严谨有序,可编制分析软件以节约计算时间。

2 工程应用

对某水电站工程中的一个边坡稳定性进行分析,选择4类18项影响因素作为模糊评判的评价因子,按上述方法建立模糊评判体系。

参考文献:

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