对混凝土自生体积变形试验方法的再认识.pdf

z K刀 友 电 2 0 1 2 年1 0 月 对混凝土 自生体积变形试验方法的再认识 雷爱 中 1 ，J a n g B o n g S e o k ，刘艳 霞 ( 1 中国水利水 电科 学研 究院，北京1 0 0 0 3 8 ；2 韩 国水资源公社 ，韩 国 大 田 3 0 5 7 3 0 ) 摘要：通过对一些试验结果的分析，对混凝土 自生体积变形的试验方法进行了讨论，通过分析基准值、线胀系数 等对混凝土 自生体积变形 的影响 ，指出了 目前采用的混凝土 自生体积变形试验 方法 的局限性。 关键词 ：混凝土 ；自生体积变形 ；线胀系数 ；试验方法 F u r t h e r Un d e r s t a n d i n g O R Te s t M e th o d s o f Co n c r e t e Au t o g e n o u s Vo l u me De f o r m a t i o n L e i A i z h o n g ， J a n g B o n g S e o k ， L i u Ya n x i a ( 1 C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h ， B e ij i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ； 2 K o r e a I n s t i t u t e o f Wa t e r a n d E n v i r o n m e n t ， D a e j e o n 3 0 5 - 7 3 0 ， K o r e a ) Ab s t r a c t ： B y a n a l y z i n g t h e r e s u l t s o f s o me t e s t s ， t h e t e s t me t h o d o f c o n c r e t e a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n a r e d i s c u s s e d h e r e i n T h e e f f e c t s o f b a s e l i n e v a l u e a n d l i n e e x p a n s i o n c o e f f i c i e n t o n c o n c r e t e a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n a r e s t u d i e d ， a n d t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e a r e l i mi t a t i o n s i n a l l o f c u r r e n t t e s t me t h o d s o f c o n c r e t e a u t o g e n o u s v o l u me d e f o rm a t i o n Ke y W o r d s ： c o n c r e t e ； a u t o g e n o u s v o l u me d e f o rm a t i o n ； l i n e e x p a n s i o n c o e ffi c i e n t ； t e s t me t h o d 中图分类号 ： T v 3 l 5 i T U 5 0 2 文献标识码 A 文章编号 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 9 0 0 3 U 目 lj 吾 混 凝 土在 恒 温 绝 湿条 件 下仅 仅 由于胶 凝 材 料 的 水 化作 用 引 起 的体 积 变 形称 为 自生体 积 变形 。它 不 包 括 混凝 土 受 外荷 载 、温度 、湿 度影 响所 引起 的体 积 变 形 。影 响 混凝 土 自生体 积 变 形 的 主要 因 素有 水 泥 品种 、粉煤灰 品种 、骨 料种 类及含 量 、水灰 比等 。 混 凝 土 的 自生 体 积变 形 性 能特 征 直 接关 系 到 大体 积 混 凝 土 温 控 设 计 方 案 的 选 择 ，也 是 混 凝 土 防 裂 需 考 虑 的重 要 因 素之 一 。在 存 在 外部 约 束 的条 件 下 ，因 混凝 土 自生体 积 收缩变 形会 在结构 内部 产生 拉 应力 。 可 能导 致 混凝 土开 裂 因此 ， 自生 体 积 变形 是 水工 大 体 积混 凝 土 的一 项 重要 性 能 ，一 般 工 程都 要 求测 试 混凝 土 的 自生体 积 变形 。 目前 ，混 凝 土 自生 体 积 变形 的试 验测 定 一 般 是 依 据 DI 51 5 0 2 0 01 水 工 混 凝 土 试 验 规 程 或 S L 3 5 2 - 2 0 0 6 水 工 混 凝 土试 验 规 程 进 行 的 ，这 两 个 规范 中的 试 验方 法 没 有本 质 区别 都 是 中 国水 利 水 电科学 研 究 院 2 0世 纪 8 0年 代 之前 确 定 的试 验 方 法 。 随着 水 利 水 电工 程 的发 展 和技 术 的进 步 混 凝 土 施 工 技 术 已有 所 变化 ，其 中各 种 外 加 剂 的使 用 ， w me T Po r Vo I 3 8 o l o 多 种掺 合 料 的添 加 ，都 会影 响混 凝 土 的 自生体 积 变 形 。 因 此 需 要 在 多 年 工 程 实 践 的 基 础 上 ， 重 新 认 识 混 凝土 自生 体积变 形试 验方法 中的一些 相关 问题 。 1 基准值的选取 试 验 规 范 中规 定 ：除 特殊 要 求 外 ，一 般 以成 型 后 2 4 h应 变计 的测值 为基 准值 。但 现今 的水 电工程 建设 中 混 凝 土 中普 遍 掺加 缓凝 高效 减 水剂 ，而各 种 外 加 剂 的缓 凝 效 果 并 不 一 样 ，有 的甚 至缓 凝 3 0 h，也 就 是 说 ， 如 果 缓 凝 时 间 超 过 2 4 h， 混 凝 土 还 没 有凝 结 ，那 么 所 取 的基 准 点显 然 是不 合 理 的 。从 试 验结 果也 不难 看 出 ，采 用 2 4 h作 为基准 点 是值 得 商 榷 的。某 二 级 配混 凝 土 变形 值 以 2 4 h为 基 准 点 ， 其线 胀 系数 取 8 x l O C，前 3 d龄期 和 3 5 h龄期 内 的混凝 土体 积变形 曲线 见 图 1 。 本 文 采 用混 凝 土 中埋 设 的应 变 计 的全 自动 观 测 值 。依 照规 程 按 下 式 计 算 混 凝 土 的 自生 体 积 变 形 ( 精 确 至 1 x l O ) ： 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 9 1 3 作者 筒介 ：雷爱 中( 1 9 7 1 一 ) ，男 ，湖 南攸县 人 ，高级 工程 师 博 士 从事水工材料等科 研工作 第 3 8卷第 1 O期 冒发 甲 ， 寺 ： 婀屁凝工目王俸 彤讯 法 丹认 姒 蛙 龄期 d a前3 d 龄期m b 3 5h内 图 1 混凝 土初 期 体 积 变 形 历 时 曲线 G = f ( Z - Z o ) +( 6 一 血 ) ( T - T o ) 式 中 ， G 为 混 凝 土 自 生 体 积 变 形 ， 1 0 ；厂为 应 变 计 应 变 灵 敏 度 ，1 0 4 ( 0 0 1 ) ：Z为测 量 的 电阻 比 ， 0 0 1 ；Z o 为 电阻 比的基 准值 ，0 0 1 ；b为 应 变 计 的温 度 补偿 系数 ，1 0 ：a为 混凝 土 的线 胀 系数 1 0 o C；T为 实 测 温 度 ， ； 为 温 度 基 准 值 ， 。 T = a ( R 。 ) ，其 中 ，a 为应 变计 温 度灵 敏 度 系数 ， Q ；R 为 观 测 电 阻 ，Q ；R0 为 0 电 阻 ，Q。 根 据 上 式 计 算 得 到 该 混 凝 土 的 终 凝 时 间 大 概 为 2 2 h，因此 2 2 h前 的混 凝土 白生体 积 变 形 只是 根据 试验 结果 计算 出来 的值 ，不 是 混 凝 土 自生 体 积 变形 的真实 数值 。 从 以上 试 验 方 法 中 的 自生 体 积变 形 的计算 公 式 不 难 看 出 ，所 有 的 试 验 值 都 是 相 对 于 2 4 h时 混 凝 土 的 体 积 而 言 ， 以 2 4 h的 混 凝 土 体 积 为 基 准 ， 随 着 水 泥 的 水 化 ， 测 试 不 同 龄 期 的 体 积 相 对 于 2 4 h 龄期 的变化 ，因此该 试 验 方 法 测试 的只 是 一个 相 对 值 。 该 基 准 值 的选 取 具 有 任 意 性 。如 果 混 凝 土 在 2 4 h内未 凝 结 硬 化 ，计 算 出来 的值 只有 参 考 价 值 。 因此 不 能直 接 将此 值 作 为 结 构计 算 的参 数进 行 结 构 仿 真 计算 。 实 际上 ，混凝 土 自生 体 积变 形 只 是 混凝 土 自身 的一 种特 征 ，由 于规 程 规 定 的试 验 方 法所 测 试 的 混 凝 土 自生 体 积 变形 只是 一 个相 对 值 ，因 此 ，不 能 将 采 用 这种 方 法测 试 出来 的 自生 体 积 变 形值 在 不 同 种 类 混凝 土之 间进 行 比较 。混凝 土的 自生 体积变形 是收 缩变形 还是膨胀 变形 ，并不取决 于 自生 体积变形 值是 小 于 零 还 是 大 于 零 ， 而 取 决 于 其 变 化 趋 势 ， 如 图 1 a 中 龄 期 0 5 0 7 d内 ，混 凝 土 是 膨 胀 的 ，0 7 - 1 d内 混 凝 土 是 收 缩 的 ，1 3 d内 混 凝 土 是 膨 胀 的 。 2 线胀系数 线 胀 系 数 也 是 影 响 混 凝 土 自生 体 积 变 形 的 重 要 因素( 见 图 2 ) 。由 图 2可知 ，当选 用不 同的线 胀 系 数时 ，计算 出的混凝 土 自生体 积变 形值 是 不一 样 的 。 图 3是 混 凝 土 内 部 温 度 随 龄 期 的 变 化 曲 线 。 叔 垃 皿 龄期 d 图 2 不 同线胀 系数时的混凝土 自生体 积变形历时 曲线 p 赠 龄期 d 图 3混凝土温度随龄期的变化曲线 混 凝 土线胀 系数 之所 以对 自生 体 积变 形有 影 响 ， 一 个 很 大 因 素 是 混 凝 土 内 部 温 度 的 变 化 ，试 验 过 程 中 实 际 上 很 难 消 除 混 凝 土 内 部 温 度 的 变 化 而 实 现 恒 温 。这 是 由于 混 凝 土 内部 水 泥 等胶 凝 材料 的水 化有 个 过 程 ，只要 水 化放 热 存 在 ，就 不 可 能消 除 这 种温 差 的 影 响 。 同 时 ，混 凝 土 的 线 胀 系 数 也 不 是 一 个 恒 定 值 ， 随 着龄 期 的变化 ，线胀 系数 也 是变 化 的 。一 般来 说 ， 早 期 混 凝 土 内部 含 水 量 较 高 ，其 线 胀 系数 也 较 大 。 图 4是 试 验 测 得 的 某 混 凝 土 的线 胀 系 数 变 化 情 况 。 因此 ，依 照 试 验规 程 ，将 线胀 系数 看作 一 个 恒定 值 计算 出的混凝 土 自生体 积 变形值 是值 得怀 疑 的。 W a t e r P o w e r V o L 3 8 N o 1 0圜 z K刀 反 电 2 0 1 2年 1 0月 3 结语 龄期 d 图 4混凝土的线胀系数历 时曲线 通 过 以上 讨论 ，可 以进一 步认 识 到 混凝 土 自生 体 积变 形试 验 方 法 的实 质 ，有利 于 提 高整 体 的试 验 水 平 和 认 识 水 平 。 混 凝 土 的 自生 体 积 变 形 对 大 坝 混 凝 土 的 抗 裂 性 有 着 不 可 忽 视 的 影 响 是 评 价 混 凝 土 抗 裂 性 能 的 重 要 参 数 。如果 混 凝 土 的 自生 体 积变 形 为较 大 的收缩 变 形 ，对 其抗 裂 性 是极 为不 利 的 ，它 与混 凝 土 的 干 缩 变 形 和温 度变 形 相 迭加 会 导致 大 体 积混 凝 土 开 裂 的可 能性 增 大 。如 果混 凝 土 具有 微 膨 胀 型 自生体 积 变形 ，可以补 偿混 凝土 因温 降而产 生 的收缩 变形 则 对 提 高混 凝 土 的抗 裂 性有 利 。 目前 ，许 多科 技 人 员正 努 力进 行 通 过控 制 混凝 土 的 自生体 积 变形 来 提 高 混凝 土抗 裂 性 的试 验 研究 ，对 自生体 积 变形 试 验 方法 的重新 认 识 ，将 有 助 于该 研 究 的深 人 。在 今 后 的 试 验 研 究 中 开 拓 新 的 试 验 方 法 ，测 试 混 凝 土 自 生体 积变形 的绝 对 值 ，以及 完 善 现 有 的试 验 方 法 ， 从 浇 筑 开始 全 自动 观 测混 凝 土体 积 变 形 从 而 为工 程 建设 提 供重 要 的混凝 土 性 能数 据 ，对 保 障工 程 质 量 具 有 重 要 意 义 。 参考文献 ： 1 宋军伟 ，方坤河 水工混凝土 自生体积变形 特性研究 与进展 J 水力发电，2 0 0 8 ，3 4 ( 2 ) ： 7 1 - 7 3 2 关英俊 混凝 土 自生体积变形 试验研究 C ， 中国水 电科学研究 院科学研 究论文 集 北京 ：中 国水 电科学研 究院 ，1 9 8 2 ： 1 3 8 1 4 6 3 D a v i s H E ， A u t o g e n o u s v o l u m e c h a n g e o f c o n c r e t e C P r o c o f A S T M 1 9 4 0 ( 4 0 ) ： 1 1 0 3 1 1 1 0 4 T a z a w a E ， Mi y a z a w a S ， E x p e r i m e n t a l s t u d y o n me c h a n i s m o f a u t o g e n o u s o f c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，1 9 9 5 ，2 5 ( 8 ) ：1 6 3 3 1 6 3 8 5 程念生 ，黄志澎 用 AN S Y S程序估算混凝土浇筑块 自生体 积变 形应力 J 水电站设计 ，2 0 0 9 ，2 5 ( 2 ) ： 2 0 2 2 6 李晓勇 ，李光伟 水工混凝土 自生体积变形影 响因素 的试 验研 究 J 水 电站设计 ，2 0 0 8，2 4 ( 3 ) ： 3 4 4 5 7 石南南 ，陈波 ，张辉 ，等 大坝混凝 土温度应 力数值模 拟 J 低温建筑技术 ，2 0 0 9 ( 2 ) ： 4 0 4 2 8 安 明酷 ，覃维 祖 ，朱金铨 高强混凝 土的 自收缩试验 研究 J 山东建材学院学报 ，1 9 9 8 ( 1 2 ) ： 1 3 9 1 4 3 9 朱伯芳 微膨胀混凝土 自生体积 变形 的计算模 型和试验方法 J 水利学报 ，2 0 0 2 ( 1 2 ) ： 1 8 - 2 1 1 0 朱伯芳 微膨 胀混凝 土 自生体 积变形 的增 量型 计算 模型 J j l 水力发电 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 2 2 3 ( 责任编辑常 青) ( 上 接 第 8 3页 )障 ，转 移 工 程 建 设 的风 险 和损 失 ， 保 障工 程 的顺 利 实施 和工程 的经 济效益 。 3 结语 通 过对 水 电站工程 建设 期 间的风 险识 别 与分析 ， 制定 出完 善 的风 险管 理 策 略 ，从 而对 工程 建 设 中 的 风 险采 取 合 理 的处 置 措 施 ，这 不 仅 能 够 降 低 风 险 损 失 ，还能 有助 于 保 障工 程项 目的经济 效 益 和社 会 效 益 。 ( 责任编辑常 青) ( 上接 第 8 6页)滤波器 视感 度 系数和采 样频 率 。 参考文献 ： 1 A b o l f a z l Z ， P a y ma n M， A r a s h K S t u d y i n g a n d i m p r o v e me n t o f 0 p e r a t i o n o f I E C F 1 i c k e r me t e r J P r o e e e d i n g s o f I C E E 2 0 1 0 2 Mo r e n o C V ， D u a e H A ， G a r e i a J U P r o p a g a t i o n o f fl i c k e r i n e l e c - t r i c p o w e r n e t w o r k s d u e t o w i n d e n e r g y c o n v e r s i o n s s y s t e ms J I EEE Tr a n s a e t i a n O i l E n e r g y C o n v e i o n 2 0 0 2，1 7( 2) ： 26 7 2 7 2 3 孙涛 ，王伟 胜 ，戴慧珠 ，等 风力 发电引起 的电压波动 和闪变 J 电网技术 ，2 0 0 3，2 7 ( 1 2 ) ： 6 3 7 0 【 4 李庆 ，任普 春，赵海翔 ，陈默子 ，王伟胜 针对风电引起闪变 的 数字化测试 系统仿真 J 电力 自动化设备 2 0 0 8 ，2 8 ( 1 ) ： 6 9 7 1 5 齐勇 ，江亚群 ，黄纯 基于虚 拟仪器的风 电场 电压 闪变测量研 翻蛋 眦 e r P o w e r V o 1 3 8 N o o 究 J 电测与仪表 2 0 1 0 ，4 7 ( 5 3 7 ) ： 1 6 6 赵海翔 ，陈默 子 ，戴慧 珠风 电并 网引起 闪变 的测试 系统仿 真 J 太 阳能学报 2 0 0 5 ，2 6 ( 1 ) ： 2 8 3 3 7 吴汕 ，梅天华 ，龚建 荣 ，等 分 布式发 电引起的 电压波 动和闪 变 J 1 能源工程 2 0 0 6 ( 6 ) ： 5 4 5 8 8 孙涛 ，王伟胜 ，戴 慧珠 ，等 风力发 电引起的 电压 波动和 闪变 J 电网技术 2 0 0 3 ，2 7 ( 1 2 ) 9 叶韵 电压 闪变测量 的数字化实现 J 电力电子 ，2 0 1 0 ( 2 ) ： 2 9 5 5 1 O 胡广书 数字信号处理 ：理论 、算法与实现 J 北京 ：清华 大 学出版社 ，2 0 0 9 ( 责任编辑高 瑜)