锦屏大坝混凝土集料和粉煤灰等因素对热膨胀性能的影响

摘要

混凝土像其他大多固体材料一样具有热胀冷缩的性质。在大体积混凝土中,由于水化热和各种环境辐射热量引起混凝土内部温度不均,产生膨胀应力。当膨胀应力(或膨胀应变)大于混凝土极限抗拉强度(或极限拉伸应变)时,引起开裂等缺陷,影响结构性能。混凝土早期的性能在一定程度上决定了长期性能,控制混凝土结构的早期裂缝是提高结构耐久性的前提。温度收缩是混凝土早期开裂和造成体积稳定性问题的主要原因之一。因此,研究混凝土的热膨胀性能对于大坝混凝土具有重要意义。 本文针对雅砻江流域锦屏大坝建设中拟选择的原材料和混凝土配合比,采用手持式应变仪测量饱水状态下20～60(℃)范围的混凝土热膨胀系数。从降低混凝土热膨胀系数角度,本文研究了原材料组成和配合比参数对混凝土热膨胀系数的影响,包括水胶比、粉煤灰掺量、引气剂、集料体积分数、集料尺寸和集料品种等。 为了降低混凝土的水化热,大坝混凝土中粉煤灰掺量较高；为了提高混凝土的耐久性,大坝混凝土中往往要求一定的含气量,因此本文研究了粉煤灰和引气量对热膨胀系数的影响及其机理。研究结果表明,砂浆和混凝土的热膨胀系数都随着粉煤灰掺量的增加而降低,在粉煤灰掺量低于20％时,单位强度热膨胀系数随着粉煤灰掺量增加而降低,当粉煤灰掺量超过20％时,粉煤灰在降低热膨胀系数的同时引起强度较大的衰减,往往需要其它措施以保证必需的强度；混凝土的热膨胀系数随着含气量的增加而降低,但其引起了强度衰减,必须通过降低水胶比和控制适宜含气量以保证混凝土的强度满足工程要求；水分在混凝土热膨胀效应中影响复杂,测试方法对热膨胀系数随龄期的发展关系影响很大,在水饱和状态下测量的水泥基材料的热膨胀系数随着养护龄期的延长而降低,是各种因素综合影响的结果,主要是由于随着龄期的延长自由水膨胀对同相组分膨胀压力降低以及固相组分抵抗变形的能力增强；水泥基复合材料的热膨胀系数随着水胶比的降低而升高。 集料对混凝土的热膨胀系数影响很大,针对大坝混凝土中粗集料粒径尺寸范围大的特点,本文采用了锦屏大坝建设原材料,研究了集料体积分数、尺寸和品种对混凝土热膨胀系数的影响。研究表明,当粗集料热膨胀系数小于砂浆的热膨胀系数时,混凝土热膨胀系数随着粗集料体积分数的增加而降低；当粗集料与砂浆热膨胀系数接近时,粗集料体积分数对混凝土热膨胀系数影响不大；对于密实度高,粗集料粒径大于20mm的混凝土,随着粒径的增加混凝土的热膨胀系数降低；对于低坍落度,集料粒径小于20mm的混凝土,随着集料粒径的增加混凝土的热膨胀系数增加。集料粒径对热膨胀系数有不同影响的原因可能在于：对于20mm以上的粗集料,随着粒径的增加,粗集料对砂浆的热膨胀的限制作用增强；对于粒径尺寸小于20mm的集料,由于尺寸的减小造成集料比表面积变化显著,混凝土中界面过渡区体积随着粒径减小显著增加,而界面过渡区的热膨胀系数相对较低。石灰岩混凝土的热膨胀系数小于花岗岩混凝土和玄武岩混凝土,大理岩混凝土热膨胀系数小于砂岩混凝土。雅砻江锦屏大坝的大理岩砂和大理岩粗集料的热膨胀系数远低于砂岩砂和砂岩粗集料,从降低热膨胀系数的角度建议采用大理岩细集料和大理岩粗集料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1混凝土的热变形

1.2混凝土热变形本质

1.2.1混凝士温度变形的热源

1.2.2混凝土热膨胀的机理

1.3水泥基材料热变形研究现状及存在问题

1.3.1水泥基材料热变形影响因素及其机理

1.3.2集料对混凝土热膨胀系数影响规律

1.3.3水泥基材料热变形测量方法

1.4本文的研究内容和意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

第二章试验原材料和试验方法

2.1试验原材料

2.1.1水泥

2.1.2粉煤灰

2.1.3细集料

2.1.4粗集料

2.1.6其他材料

2.2试验方法和试验制度

2.2.1热变形的测试方法选择

2.2.2试件尺寸和试件的饱水程度

2.2.3升温区间和升温制度

2.2.5试验制度确定

2.2.6热膨胀系数的计算及试验误差估计

2.3本章小结

第三章锦屏粉煤灰、引气剂和细集料等对热膨胀系数的影响

3.1研究概述

3.2水胶比对砂浆热膨胀系数的影响

3.2.1试验原材料和配合比

3.2.2试验结果与讨论

3.3.粉煤灰对砂浆热膨胀系数的影响

3.3.1粉煤灰掺量对砂浆热膨胀系数的影响

3.3.2粉煤灰品种、矿粉对砂浆热膨胀系数的影响

3.4粉煤灰掺量对混凝土热膨胀系数影响规律

3.4.1试验原材料和配合比

3.4.2试验结果与讨论

3.5含气量对混凝土热膨胀系数的影响

3.5.1试验原材料和配合比

3.5.2试验结果与讨论

3.6细集料品种对砂浆热膨胀系数的影响

3.6.1试验原材料和配合比

3.6.2试验结果与讨论

3.7养护龄期对水泥基材料热膨胀系数的影响

3.8本章小结

第四章锦屏粗集料对混凝土热膨胀系数的影响

4.1研究概述

4.2集料的体积分数对混凝土热膨胀系数影响

4.2.1试验原材料和配合比

4.2.2试验结果与讨论

4.3粗集料尺寸对混凝土热膨胀系数的影响

4.3.1玄武岩粗集料尺寸对混凝土热膨胀系数的影响

4.3.2花岗岩粗集料尺寸对混凝土热膨胀系数的影响

4.3.3石灰岩粗集料尺寸对混凝土热膨胀系数的影响

4.3.4大理岩粗集料尺寸对混凝土热膨胀系数的影响

4.3.5砂岩粗集料尺寸对混凝土热膨胀性能的影响

4.3.6粗集料粒径对混凝土热膨胀系数影响规律的讨论

4.4粗集料品种对混凝土热膨胀系数的影响

4.4.1试验原材料和试验配合比

4.4.2试验结果与分析

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

作者在读期间发表的论文清单

致谢