粉煤灰对MgO混凝土长龄期自生体积变形的影响

为了探索粉煤灰对MgO混凝土长龄期自生体积变形的影响规律,在室内测试了长达4a龄期的不同粉煤灰掺量的MgO混凝土的自生体积变形,并从部分试件中钻孔取芯进行电镜扫描观测及能谱分析。结果表明:随着龄期的延长,粉煤灰对MgO混凝土的长龄期自生体积膨胀变形的抑制作用增强,且粉煤灰对一、二级配MgO混凝土的长龄期自生体积膨胀变形的抑制作用强于三级配MgO混凝土。同时,掺入适量粉煤灰后,长龄期MgO混凝土的微观结构更加致密。     

MgO混凝土自生体积变形影响因素分析

自生体积变形是MgO混凝土在工程应用中最重要的性能之一。系统研究了MgO膨胀剂品种和掺量、水泥品种、骨料种类、粉煤灰掺量等原材料以及水胶比对龄期长达1 400 d的MgO混凝土自生体积变形性能的影响。结果表明：掺入4%～6%、活性反应时间为50～200 s的MgO膨胀剂后,混凝土的自生体积变形经过2 a左右逐渐趋于稳定,无倒缩或不收敛现象;水泥中MgO含量并不能真实反映产生有效膨胀的方镁石含量;骨料长期吸水率与MgO混凝土的自生体积变形存在着良好的对应关系,骨料吸水率越高,其MgO混凝土自生体积膨胀变形越小。     

长龄期MgO混凝土自生体积变形与水泥基材料压蒸膨胀变形的关联性

针对水利水电工程挡水坝常用的三级配粉煤灰混凝土,采用压蒸试验、自生体积变形观测、压汞分析、电镜扫描、X射线能谱等方法,对水泥砂浆、一级配混凝土的压蒸膨胀变形与龄期长达6 a的三级配外掺MgO混凝土自生体积变形的关联性进行了研究。结果表明:外掺MgO混凝土的自生体积膨胀变形与水泥砂浆、一级配混凝土的压蒸膨胀变形没有关联性。现行以水泥砂浆试件或一级配混凝土试件的压蒸膨胀变形曲线拐点或压蒸膨胀率为0.5%确定的坝体混凝土的MgO极限掺量,虽能够保障混凝土大坝安全运行,但未能反映外掺MgO混凝土膨胀变形的实际情况。     

长龄期外掺氧化镁混凝土自生体积变形分析

为进一步促进外掺MgO混凝土的研究与应用,分析了是否使用湿筛方法筛除粒径大于40mm粗骨料对龄期长达1400d的标准尺寸和非标准尺寸的外掺MgO混凝土自生体积变形的影响。结果表明,在相同MgO掺量下,不管龄期长短,湿筛后混凝土试件的自生体积变形均大于未湿筛的混凝土,且湿筛后非标准尺寸混凝土试件的自生体积变形增量小于标准尺寸试件(标准尺寸试件增大15×10-6左右,非标准尺寸试件增大12×10-6左右);不管试件尺寸标准与否,湿筛与未湿筛混凝土试件的自生体积变形差值相对稳定,随龄期的波动不大,尤其是3年以上龄期的波动更小。     

Temperature Effect Test of Self Deformation of MgO Concrete and its Application

论述不同试验温度条件下MgO混凝土的自生体积变形，给出了温度与自生体积变形的关系式，并介绍了温度突变时对新老混凝土体积变形的影响.试验研究表明，MgO混凝土自生体积变形的膨胀变形速率和膨胀量随温度的增高而增大；在气温骤降情况下，外掺MgO混凝土的自生体积膨胀变形是稳定的、不可逆的，也不会产生收缩现象.     

外加剂和粉煤灰掺量对混凝土抗裂能力的影响

针对BEJSK拱坝所处区域温差大、极端气温低,混凝土易开裂的问题,为了优化混凝土配比并降低混凝土开裂风险,采用材料参数试验耦合数值计算的方法,研究了外加剂和粉煤灰掺量对混凝土材料参数和抗裂能力的影响。试验结果表明:相同水胶比和外加剂条件下,随着粉煤灰掺量从35%增至40%,混凝土的抗压强度在前28 d龄期降低12.5%(水胶比=0.38)～12.8%(水胶比=0.43),180 d龄期基本持平,180 d龄期劈拉强度随粉煤灰掺量增加降低9.5%(水胶比=0.38)～13%(水胶比=0.43),180 d龄期轴拉强度随粉煤灰掺量增加略微增长,180 d龄期弹性模量随粉煤灰掺量增加略微降低。28 d龄期绝热温升随粉煤灰掺量增加下降1℃;混凝土自生体积膨胀变形随粉煤灰掺量增加而降低。联合掺用新疆五杰NF-2缓凝高效减水剂与PMS-NEA3引气剂较联合掺用江苏博特JM-Ⅱ缓凝高效减水剂和GYQ引气剂制备的混凝土自生体积收缩变形略优。数值计算结果表明,混凝土的开裂风险系数与混凝土水胶比和温度历程相关。高水胶比混凝土的开裂风险系数在缓慢温降阶段较低水胶比混凝土偏大,但在快速温降阶段增速更缓。两种水胶比混凝土的开裂风险系数在快速温降阶段呈现"交叉"的现象。总之,高水胶比混凝土的开裂风险系数终值更低,抗裂能力优。     

掺MgO碾压混凝土自生体积变形试验研究

为研究外掺一定量的MgO,能否使碾压混凝土产生微膨胀,并利用其膨胀来补偿碾压混凝土在温降时产生的收缩,防止或减少碾压混凝土由于温降产生的裂缝。使用一种新型MgO材料,从施工现场取样进行了碾压混凝土的全级配自生体积变形试验。试验结果证明：掺MgO的碾压混凝土在标准养护条件下365 d龄期的最大膨胀量为114×10-6,高温养护条件下365 d龄期的最大膨胀量为168×10-6;其膨胀量满足设计的要求。二级配碾压混凝土的膨胀量稍大于三级配碾压混凝土的膨胀量。     

不同掺量粉煤灰混凝土热膨胀系数的确定

为解决标准试验方法难以测定大坝混凝土早期热膨胀系数的难题,采用温度-应力试验,以等效龄期为桥梁计算得到粉煤灰掺量分别为35%,80%的2种常态大坝混凝土的温度差与应变差曲线,并分段进行线性拟合,确定粉煤灰混凝土的早龄期热膨胀系数。结果表明:①2种粉煤灰混凝土在硬化初期热膨胀系数值在(20～30)×10^-6/℃范围内变化,而后期则稳定在(4.6～10.0)×10^-6/℃;②高掺粉煤灰混凝土的热膨胀系数低于基准混凝土(即35%粉煤灰掺量混凝土),更有利于大坝混凝土的抗裂;③基于已确定的热膨胀系数,建立热膨胀系数模型,可较好地反映混凝土早期热膨胀系数发展规律,并用于计算2种混凝土的温度变形。     

两种低热与中热硅酸盐水泥混凝土热力学特性对比分析

结合白鹤滩水电站大坝主体混凝土,全面对比了2种低热与中热硅酸盐水泥混凝土的抗压强度、干缩率、自生体积变形和绝热温升等热、力学特性。研究结果表明:采用相同水胶比和粉煤灰掺量时,低热硅酸盐水泥混凝土的7,28 d龄期抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值、抗压弹模均低于中热硅酸盐水泥混凝土,90 d龄期时2种水泥混凝土的强度基本相当,180 d龄期时低热硅酸盐水泥混凝土超过中热硅酸盐水泥混凝土;2种水泥混凝土的干缩率较接近,低热硅酸盐水泥混凝土的28 d绝热温升比中热硅酸盐水泥混凝土低2.0~3.5 ℃,2种水泥混凝土的自生体积变形均表现为微膨胀。综合比较认为,该低热硅酸盐水泥混凝土的抗裂性能优于中热硅酸盐水泥混凝土。     

MgO混凝土变形模拟中新的"等效龄期"法

为考虑变温条件对MgO混凝土微膨胀过程的影响,提出了一种新的“等效龄期”法。采用该方法,可以简便地对实际工程中MgO混凝土的自生体积变形进行计算,并能保证较高的精度,为MgO补偿收缩混凝土的温度场、应力场计算提供了方便。分析还证实,计算过程中是否考虑温度的影响,对变形模拟的结果有较大的影响,考虑温度影响的变形过程线将更加合理有效。     

再生骨料混凝土单轴受压试验研究

为研究再生骨料混凝土在单轴受压情况下的本构关系,以某道路废弃混凝土作为再生骨料,制作了45个尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试件,研究再生骨料混凝土在不同取代率、不同水灰比下的单轴受压应力-应变关系,建立了再生骨料混凝土的本构关系。结果表明:随着再生骨料取代率的增加,再生骨料混凝土的峰值应力f_c整体呈先减小、后小幅度增大再减小的变化趋势;峰值应变ε₀整体呈先增大、后减小的变化趋势;随着水灰比的增加,峰值应力f_c由于取代率的不同而呈现不同的变化趋势,但总体上呈下降趋势;峰值应变ε₀基本均呈先增大、然后基本不变或略微减小的趋势。总体而言,再生骨料混凝土的峰值应力略小于天然混凝土,再生骨料混凝土的应变略大于天然混凝土。研究成果可为再生骨料混凝土的推广应用提供技术支持和参考。     

乌东德高拱坝大坝混凝土长期性能试验研究

乌东德大坝是世界上首座全坝应用低热水泥的特高拱坝,大坝混凝土采用“低热水泥+35% Ⅰ级粉煤灰”胶凝材料体系设计方案,全面掌握大坝混凝土性能对工程安全运行至关重要。对乌东德大坝胶凝材料水化性能、混凝土力学性能、混凝土变形性能、混凝土绝热温升等开展了试验,研究了乌东德大坝低热水泥混凝土5 a龄期的性能发展规律。研究表明,乌东德大坝混凝土用胶凝体系在3 a龄期后水化程度为90.4%,水化进程达到准稳定状态;从性能发展规律可分析得出,大坝混凝土最终抗压强度为70.5 MPa、弹性模量约42 GPa、干缩约380×10^-6、自生体积变形约20×10^-6,较同条件下中热水泥混凝土,具有长期强度高、弹性模量相当、长期体积稳定性好等特点;乌东德大坝混凝土绝热温升的最终收敛值为27.9 ℃,3 a龄期后绝热温升年增长仅0.1 ℃,后期无“翘尾”现象。综合分析可知,乌东德大坝混凝土的各项性能约1 a龄期后逐步进入缓慢收敛状态,3 a龄期后基本达到稳定状态。     

基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

埋地钢管在设计时需考虑管周土体和沟槽对钢管的影响,但土体力学参数和沟槽形态参数对钢管结构的影响研究不够深入。通过引入正交试验法,以钢管最大竖向变形和钢管顶、腰、底处环向弯曲应力为试验指标,进行回填土变形模量E₁、砂垫层变形模量E₂、垫层包角θ、沟槽底部开挖宽度B和沟槽侧壁倾角α关于试验指标的敏感性分析。研究表明:对钢管变形和应力敏感性较高的因素有E₁、E₂、α;B的敏感性较低;θ的敏感性最低。埋地钢管的土体变形模量高、沟槽窄对钢管结构有利,沟槽侧壁倾角影响较为复杂,需结合具体工程进行分析。研究成果可为合理选取埋地钢管的结构设计参数,提供一定的参考依据,同时也为类似问题提供一种分析思路。     

一种黏土层中深基坑开挖地表沉降预测方法

基坑围护结构水平移动是其周围地表沉降的主要诱因之一。基于不同围护结构水平变形模式,根据线弹性理论相关研究给出了对应的地表沉降计算式。通过该计算式预测的黏土层中地表沉降最大值位置x_m与实测数据较为吻合。首先采用该计算式求出地表沉降最大值位置;其次,联合地层损失法,基于假设地表沉降曲线,计算沉降影响范围x₀,推导地表沉降曲线包络面积A_v;最后,根据地表沉降面积A_v与围护结构侧移面积A_h之间的相关性,计算地表沉降最大值δ_max,从而实现墙后任意地表位置沉降的计算。通过工程实例,验证了该方法的工程适用性。研究成果为基坑开挖地表沉降预测提供了一套半理论半经验方法。     

基于HI应变计的首次断裂带岩体地应力监测

采用空心包体(HI)应变计进行了首次断裂带岩体应力监测试验。在深埋隧洞施工开挖期,选择合适部位进行了大直径钻孔,利用对中装置、采用水泥净浆灌浆方式将HI应变计埋设在钻孔孔深24 m部位,建立了基于惠斯通电桥半桥测量的云监测系统。确定了只采用水泥净浆和HI材料弹性参数进行修正系数计算,通过分析监测数据规律确定应变计算初始时间后进行了三维应力增量计算。结果显示:以2021年9月16日为初始计算日期、在时段4和时段5期间的应力增量计算结果的第一主应力(σ₁)的范围为10.3~15.0 MPa,方向为缓倾角W向;第二主应力(σ₂)的范围为3.1~4.6 MPa,方向为陡倾角NEE至SEE向;第三主应力(σ₃)的变动范围为0.2~1.8 MPa,方向为缓倾角近S向;最大水平主应力(σ_H)和最小水平主应力(σ_h)分量的变动范围分别为10.1~13.9 MPa和0.2~1.8 MPa,最大水平主应力方向(α_H)为近EW向。结果讨论显示:通过监测数据规律分析确定的计算初始时间更具合理性;HI应变计应力监测受多因素影响,包括开挖应力扰动影响和一次监测洞段的应力和变形调整影响;本试验所得最大水平主应力量级及其方向与已有地应力试验结果接近,监测结果反映龙蟠-乔后断裂带的应力场特征。     

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

软土变形指标与初始孔隙率的相关性分析

根据上海地区不同土层软土的一维和等向固结试验,得到一维固结下压缩指数C_c和回弹指数C_s与修正剑桥模型参数λ和κ之间的关系。鉴于室内试验耗时过长,而通过土样的基本物理指标(天然含水率w_n、孔隙比e₀、液限w_L和塑性指数I_p)来推算压缩指数和回弹指数是一个快捷有效的方式,对比发现土的变形指标与基本物理指标间存在一定的相关性。结果表明:C_c/n₀与C_c,C′_s/n₀与三轴试验各向同性固结下得到的C′_s之间存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。由此,上海地区软土的变形指标可通过初始孔隙率来估算。在已有试验数据的基础上,总结分析我国沿海多个地区(广州、天津、深圳、温州、福州等)压缩指数试验数据,发现沿海地区软土压缩指数与初始孔隙率之间均存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。