碾压混凝土材料断裂的实验研究毕业论文(编辑修改稿)

碾压混凝土材料断裂的实验研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

量又很小，一般三天温升仅 2℃，混凝土内外温差很小，利用 34天间歇时间散热效果也很不明显，所以我国许多工程普遍采用连续浇筑上升施工。 碾压混凝土不设纵缝 , 少设横缝 , 或者不设横 缝 , 可以大面积施工作业 , 加快了浇筑速度。 但由于仓面大 , 上层混凝土有可能还未及时浇筑 , 由于层间间隔时间过长 , 下层混凝土已经初凝 , 因此层面便产生冷缝。 冷缝是形成碾压混凝土渗漏的重要通道。 高掺粉煤灰 , 低水泥用量 , 中胶凝材料用量的混凝土 , 由于混凝土的胶凝材料相对较少 , 如若施工中质量控制不严或措施不当 , 则容易在缝面产生渗漏通道。 针对这一情况 , 现场施工时必须控制施工层间间隔时间小于允许间隔时间。 尽管工程界现从满足设计技术要求的物理力学性能指标出发 , 用碾压混凝土施工层间允许间隔时间如何合理确定是 关键问题 , 用碾压混凝土的初凝时间及对应的贯入阻力两个指标可权使问题迎刃而解 , 且更为合理。 碾压混凝土是通过强力振动和碾压的共同作用 , 对超干硬性混凝土进行压实的一种施工方法 , 是把混凝土坝结构与材料和土石坝施工方法两者的优越性加以综合、改进、相互结合而形成的一种筑坝技术。 碾压混凝土筑坝 , 温控措施简单、水泥用量少 , 可采用通用机械设备实现快速施工 , 大大缩短水电建设工期、节约投资 , 不愧为一种好、快、省的施工方法。 碾压混凝土筑坝技术一经出现便很快引起我国大坝界的重视 , 并于 8 0 年代初进行了试验和应用 , 目前我国已有福建坑口电站、龙门滩、大广坝、观音阁、棉花滩、五强溪、江垭、沙牌等碾压混凝土坝 5 0 余座。 近期还将有很多大坝采用碾压混凝土施工 , 这无疑给碾压混凝土的施工设备带来广阔的市场。 碾压混凝土坝的发展 (a)天生桥二级水电站工程 20 世纪 80 年代中期建设的天生桥二级水电站是我国首批在大型主体工程中应用碾压混凝土筑坝技术的工程之一，左岸重力坝段采用上游面常态混凝土作防渗护面、下游面预制模板护面兼作施工模板的技术方案，溢流坝段采用了碾压混凝土外包常态混凝土，即西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 5 “金包银”方案。 该工程 筑坝技术及配合比参数选择代表了我国刚引进碾压混凝土筑坝技术时的材料配合比水平。 其配合比特点是：低用水量、低胶材用量、低水泥用量，高 VC 值，低外加剂用量（ %），关注到层面防渗问题，依靠迎水面的常态混凝土防渗。 (b)普定碾压混凝土拱坝工程 20 世纪 90 年代初期建成的普定碾压混凝土拱坝，是我国第一座高度超过 80 m 的碾压混凝土拱坝。 在材料研究的目标中，提出了要利用碾压混凝土自身防渗而不另设防渗层的要求，其碾压混凝土必须具有防裂、防渗、层面结合良好等性能。 普定拱坝筑坝材料研究充分体现了我国碾压混凝土 筑坝材料研究的进步和发展，主要表现为：配合比方面，提出了富胶凝材料，迎水面防渗混凝土材料采用小骨料级配，防止骨料分离，由此采用了二级配混凝土，胶凝材料用量达到了 188 kg/m3 ，石子级配为 50∶ 50，外加剂掺量较高，除提高减水率之外，极大地延长了碾压混凝土的初凝时间，使层面能够塑性结合，提高了层面抗剪及抗渗能力，混凝土的 VC值明显下降至 10177。 5 s，从而提高了碾压混凝土的和易性和可碾性；首次提出要充分利用人工砂中 mm以下的石粉，特别是 mm以 下与水泥细度相当的部分，作为碾压混凝土的惰性混合材，以提高碾压混凝土的可碾性、出浆率，从而提高其抗渗性和层面结合性能；首次关注到碾压混凝土自身收缩性能，希望能够通过外掺 MgO 和提高水泥中的 MgO 含量，达到使碾压混凝土自身体积变形呈微膨胀型，以补偿部分温降收缩，从而提高碾压混凝土的抗裂能力，由于研究时间太短，该技术仅在坝体强约束区垫层混凝土中应用。 为提高层面结合能力，防止层面渗漏，还采用了在上游迎水面二级配混凝土区层面铺小水胶比的水泥粉煤灰净浆，在该坝施工后期，逐渐发展成在迎水面防渗二级配混凝土加净浆、用 插入式振捣器振捣的变态混凝土技术。 在原材料上选用了 MgO 含量较高的纯硅酸盐水泥，水泥厂家不需掺用混合材，而是在配合比设计中提高混合材掺量来降低水泥的水化热温升。 在三级配碾压混凝土配合比中，除适当放大水胶比，降低用水量，减少胶材用量，适当提高掺和料比例之外，其他要求和迎水面二级配混凝土一样。 其配合比用水量为 84 kg/m3 ，水泥用量仅为 54 kg/m3 ，胶凝材料用量为 153 kg/m3 ，较天生桥二级水电站三级配混凝土 140 kg/m3 的胶凝材料用量有较大幅度的提高。 正是由于在碾压混凝土筑坝材料方面采取了综合技术措施，保证了碾压混凝土本体的抗渗性能，提高了层面结合性能，使得我国第一座全断面碾压混凝土拱坝，在上游面不另设防渗层的情况下，达到了防裂、防渗、层面结合良好的目标。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 6 (c)石门子水库和龙首拱坝工程 20 世纪 90 年代末期建设的新疆石门子水库和甘肃龙首碾压混凝土拱坝，是我国碾压混凝土筑坝技术由温和、湿润的南方地区发展到干燥、温差极 大、气温很低的北方地区的典型代表。 在这个过程中，碾压混凝土筑坝材料技术得到进一步发展，除成功运用前述材料技术之外，采用了外掺 MgO 技术和提高碾压混凝土抗冻耐久性技术，并且解决了西北戈壁滩天然砂料细度模数大、缺少细颗粒（新疆石门子水库），天然砂细度小且混有超细土粒（甘肃龙首水电站），导致混凝土用水量偏高的技术问题。 这两个工程碾压混凝土材料研究中，充分继承了普定工程的成熟技术，其配合比特点鲜明： （ 1）采用低水胶比，大掺量粉煤灰，大掺量引气剂联合掺用，研究提高碾压混凝土耐久性，掌握其变化规律，总结了在高掺粉煤 灰情况下，如何才能有效提高碾压混凝土的抗冻耐久性，并成功地将碾压混凝土抗冻耐久性由 50 次或 100 次提高到 300 次。 （ 2）成功地在干燥、严寒、温差大的自然条件下采用外掺 MgO 技术，均外掺 MgO 4%左右，以部分补偿碾压混凝土的收缩，减少了混凝土的裂缝。 （ 3）对如何在干燥、高蒸发地区有效延长碾压混凝土的初凝时间进行了研究，提出外加剂相关类型及掺量对缓凝时间的影响成果，在配合比设计中，选用了能有效延长缓凝时间的外加剂，并根据工程实际进一步降低混凝土出机口 VC 值，由最初的 7～ 8 s 降低至3～ 5 s。 这有赖于外加剂技术的不断进步，减水率的不断提高，可以在保持用水量不变、胶凝材料总量不变的条件下，充分降低 VC 值，直至仓面不陷碾。 VC 值降低后碾压混凝土含气量有所提高，也有利于提高碾压混凝土的耐久性。 （ 4）西北地区天然砂石骨料中砂子细度模数为 ～ ，细颗粒含量为 5%～ 20%，通过对砂子品质对碾压混凝土的影响进行深入研究，进一步揭示了砂子品质对碾压混凝土各项性能的影响。 （ 5）将普定水电站工程后期总结的变态混凝土技术成功运用在这两个工程上，专门进行了变态混凝土配合比及其性能的研究，并且在温控计算中 ，考虑了变态混凝土对坝体热学性能、力学性能的影响，工程实际应用是成功的。 （ 6）研究了迎水面防渗混凝土采用超富胶凝材料的三级配混凝土取代富胶凝材料的二级配碾压混凝土的可能性。 由于上述材料技术的综合应用，碾压混凝土筑坝技术由南方向北方发展取得了成功，这是我国碾压混凝土筑坝材料技术发展的又一大进步。 (d)索风营等工程 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 7 进入 21 世纪之后，由于水电建设的快速发展，碾压混凝土筑坝技术在我国也得到了迅速发展，已成为国内主流坝型之一。 仅在贵州省就有乌江索风营水电站、思林水电站、沙沱水电站、息烽鱼简河水电站、清水河大花 水水电站（ m 高的碾压混凝土拱坝）、格里桥水电站、北盘江光照水电站（高达 200 m级的碾压混凝土重力坝）等多个工程在进行建设。 这些工程有的已施工完成，有的正在施工，已取得部分成果。 这些工程更进一步完善了碾压混凝土筑坝材料技术，其配合比设计具有以下特点：较低的水胶比，迎水面防渗二级配混凝土具有超富胶凝材料总量，用水量适中，由于外加剂的效果较前几代产品更好，因而强缓凝型减水剂的掺量有所下降，但仍保持较低的 VC 值，一般控制在 3～ 5 s 左右，经运输、摊铺损失后仓面 VC 值仍可保持在 5～ 7 s，可碾性 非常好，强度保证率很高，超强较多，均可满足南方地区抗冻耐久性达到 F100 或 F150 的要求。 对人工砂的细度模数要求更高，要求中砂的细度模数在 左右，级配、粒径分配更好，充分重视砂中细颗粒含量的利用，由于外加剂减水作用增强，砂中细颗粒含量增加后，用水量并无明显增加，但其可碾性、施工和易性、层面结合性能等得到了大幅提高。 在水泥选择上，一般选用普通硅酸盐水泥而很少选用中热水泥，主要是由于中热水泥的强度大都偏低，通过热强比计算可知，中热水泥的热强比并不比普通硅酸盐（或硅酸盐）水泥低，综合分析采用中热或低热水 泥并不经济，而且碾压混凝土本身的水泥用量并不高，因此没有刻意追求低热性能。 普遍重视碾压混凝土材料的自身体积变形性能，选用收缩比较小或有补偿收缩作用的水泥，或外掺 MgO 等其他补偿收缩材料，配合比中充分重视变态混凝土配合比的研究，将变态混凝土的各项性能参数纳入温控防裂计算之中。 碾压混凝土筑坝材料的发展趋势 从 20 世纪 80 年代中期至 21 世纪，碾压混凝土筑坝材料在我国经历了 20 多年的发展和进步，已日趋成熟和完善。 虽然近期碾压混凝土筑坝材料出现了两个新的研究方向：一是对骨料要求很低、简易拌和、 水泥和胶凝材料的用量很少、对材料几乎没有防渗要求的新型碾压筑坝材料；二是提高最大骨料粒径的四级配碾压混凝土筑坝材料，但到目前还没有在主体工程中应用的实例。 因此，总结碾压混凝土发展历程，从目前的技术和发展看，碾压 混凝土筑坝材料在性能上仍然以防裂、防渗、层面结合良好为追求目标，配合比研究及参数选择上，将更加侧重以下几方面的研究： （ 1）迎水面防渗、耐久性要求高的混凝土仍将选择较小的最大骨料粒径，低水胶比和合适的掺和料品种及掺量。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 8 （ 2）成功应用变态混凝土之后，将会进一步研究提高碾压混凝土级配，在可能的条件下将会 研究采用三级配变态混凝土代替二级配变态混凝土作为迎水面防渗层。 （ 3）仍将十分重视碾压混凝土砂石骨料性能的选择，特别是石子级配，砂子颗粒级配、细度模数和细颗粒含量的选择。 （ 4）掺和料除粉煤灰外，将会进一步扩大研究高炉磷渣、锰渣及其他矿物废弃料作为掺和料的可能性及其性能。 5（ 5）在外加剂的选择上，仍将以强缓凝性的减水剂和引气剂联合掺用，以降低混凝土用水量，延长碾压混凝土的初凝时间，提高碾压混凝土的耐久性和层面结合性能。 （ 6）更加注重碾压混凝土自身体积变形性能的研究，将更多采用混凝土补偿收缩材料，增加分缝 分块尺寸，扩大一次性浇筑面积，为进一步提高施工速度创造条件。 （ 7） VC 值将会以仓面碾压不陷碾为控制条件，新拌碾压混凝土出机口 VC 值将会控制在 3～ 5 s 甚至更低的水平。 （ 8）为了延长北方严寒地区施工时间，将更加注重碾压混凝土材料在负温下的施工技术研究，以便能够利用北方冬季的部分时段继续施工，进一步提高碾压混凝土施工速度。 （ 9）碾压混凝土的骨料选择从灰岩骨料向玄武岩、辉绿岩、变质岩骨料发展。 （ 10）进一步加深石粉对碾压混凝土性能影响的研究。 碾压混凝土坝由于在施工过程中层层碾压 ,因而存在众多的施工 层面 . 与普通混凝土坝相比 ,碾压混凝土坝的碾压层本体与常规混凝土坝的渗漏性态相似 ,而碾压层的施工层面则与常规混凝土坝的渗漏性态相差较大 ,因此 ,在建立碾压混凝土坝渗漏安全监控模型时要综合考虑碾压层本体和施工层面不同的渗漏特性 . 对于碾压混凝土坝坝体 ,库水位、温度以及时效的变化是影响大坝渗漏的重要因素 . 库水位及温度的变化引起坝体孔隙水压力及渗漏量的变化。 随着时间的推移 ,大坝的渗漏状态也会发生改变 . 而库水位、温度变化作用的效应各异 . 通过监测坝体温度场的资料可直接反映温度变化对大坝渗漏状态的影响 ,但库水位变 化对大坝渗漏状态的影响存在滞后效应 . 大坝的渗漏状况不但受到分析时刻对应水压作用的影响 ,而且还受到前期水压作用的影响 . 大坝渗漏分析表明 ,库水位变化对大坝渗漏状态影响的滞后效应作用机理比较复杂 ,归纳起来主要有以下几点原因 : (a) 渗流场内的水压力传递时间与渗漏场介质的物理特性有关 . (b) 大坝运行过程中 ,库水位是连续变化的 ,坝体渗流场是库水位变动时非稳定渗流瞬时状态的反映 ,非稳定渗流是造成渗漏滞后于库水位变化的主要影响因素 .由此可知 ,库水位西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 9 变化对碾压混凝土坝渗漏状态影响的滞后效应机理十分复杂 ,一般难以 用常规的数学模型方法求得大坝的渗漏滞后时间 ,通常采用大坝渗漏监测量的过程线与库水位变化过程进行类比的方法来粗略确定两者相位之差 (即两者出现的峰谷时间差 ) 作为滞后时间 . 本文针对这一问题 ,结合碾压混凝土的自身特点 ,在常规分析方法的基础上 ,提出库。