淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性ppt課件

1、第 1 頁淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性淺談混凝土強(qiáng)度和耐久性李嘉進(jìn)李嘉進(jìn)2021年年8月月第 2 頁內(nèi)容提要 混凝土強(qiáng)度的主要影響要素 混凝土耐久性的主要影響要素 工程實(shí)踐中的一些問題 對我國壩工設(shè)計中混凝土強(qiáng)度平安度和耐久性目的的建議 不同骨料對混凝土性能影響 第 3 頁混凝土強(qiáng)度的主要影響要素 水泥 水灰比 養(yǎng)護(hù)條件 粉煤灰摻量 混凝土試件尺寸和外形 第 4 頁水泥對混凝土強(qiáng)度的影響 混凝土的強(qiáng)度與水泥的強(qiáng)度等級成正比，也與水灰比成正比，而水泥的強(qiáng)度取決于其化學(xué)成分和其各礦物組成與比例以及水化程度。BwcARRC砼第 5 頁水灰比對混凝土強(qiáng)度的影響 在其它條件一樣時，水灰比越小，混凝土抗壓強(qiáng)度越

2、高。二灘大壩混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度Mpa和齡期d關(guān)系 注：1膠材用量含30%粉煤灰； 2試件為20cm立方體； 3齡期長，混凝土的抗壓強(qiáng)度也高。 第 6 頁不同養(yǎng)護(hù)條件對混凝土強(qiáng)度的影響 混凝土試件在空氣中養(yǎng)護(hù)是收縮的，特別是在濕度50%的更甚，而在潮濕形狀下養(yǎng)護(hù)是呈膨脹形狀。 實(shí)驗(yàn)闡明：在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度只需在潮濕形狀養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度的50%70%。 混凝土澆筑完的初凝后即進(jìn)展養(yǎng)護(hù)是非常重要的，即要堅持混凝土外表潮濕形狀。 第 7 頁粉煤灰摻量對抗壓強(qiáng)度的影響 二灘大壩混凝土摻粉煤灰抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)闡明，長齡期二年混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)摻量超越60%時，對強(qiáng)度有影響，而摻50%粉

3、煤灰，2年齡斯的抗壓強(qiáng)度仍高于不摻粉煤灰混凝土試件強(qiáng)度的11%。 三峽大壩混凝土摻粉煤灰試件抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)闡明：水膠比一樣0.45粉煤灰摻量分別為20%和30%，28d的抗壓強(qiáng)度摻30%和煤灰試件抗壓強(qiáng)度只需摻20%粉煤灰試件強(qiáng)度的86.9%；90d齡期的強(qiáng)度兩者持平，180d齡期至5年的齡期，摻30%粉煤灰的試件強(qiáng)度比摻20%粉煤灰試件的強(qiáng)度高約9.6%。 第 8 頁混凝土試件尺寸和外形對強(qiáng)度的影響 混凝土試件尺寸大的抗壓強(qiáng)度比試件小的抗壓強(qiáng)度低。當(dāng)試件尺寸大到一定程度后，其抗壓強(qiáng)度相差就很小了。 試件外形對抗壓強(qiáng)度的影響 ： 15cm30cm=0.80RC15 15cm30cm=0.84RC

4、20 45cm90cm=0.71-0.8215cm30cm 45cm90cm=0.568-0.65R C15 混凝土原級配大試件直拉強(qiáng)度與濕篩后規(guī)范試件小試件的直拉強(qiáng)度的比值約0.66： RL45cm=0.66RL10 第 9 頁多軸受力形狀下混凝土的強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)闡明：雙軸、三軸受壓形狀的混凝土試件抗壓強(qiáng)度都高于單軸受壓的強(qiáng)度，但是拉壓受力形狀的混凝土抗壓強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的提高而降低，反之，隨著壓應(yīng)力的增大，而其抗拉強(qiáng)度也隨之相應(yīng)的降低。第 10 頁雙軸受壓的抗壓強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)闡明： 當(dāng)側(cè)向壓力與單軸抗壓強(qiáng)度的比值0.35，雙向壓力表示如下： 020102135. 0，時35. 135. 00102，

5、時第 11 頁三軸受壓時的混凝土試件抗壓強(qiáng)度 三軸抗壓強(qiáng)度隨著側(cè)向壓力的加大而提高，最高可達(dá)單軸抗壓強(qiáng)度的6倍以上。 7170030167. 31。第 12 頁拉-壓受力形狀下的混凝土試件強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)闡明，其關(guān)系為 ：0311tp第 13 頁混凝土的不延續(xù)點(diǎn)的強(qiáng)度 混凝土單軸抗壓強(qiáng)度，在應(yīng)力為其極限強(qiáng)度的60%以內(nèi)時，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力大于極限強(qiáng)度60%以后，約在60%70%時，應(yīng)力應(yīng)變不呈線性關(guān)系，此點(diǎn)即所謂不延續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度；雙軸、三軸受壓的不延續(xù)點(diǎn)、強(qiáng)度約在70%左右，單拉、拉壓、拉壓壓不延續(xù)點(diǎn)強(qiáng)度約在80%左右。 第 14 頁長期荷載與瞬間荷載混凝土強(qiáng)度關(guān)系 朱伯芳院士的文稱：“同樣的

6、混凝土試件，如用常規(guī)速度加荷的強(qiáng)度為P，那么施加0.9P到1小時左右破壞；施加0.77P，1年左右破壞；施加0.7P，30年左右破壞。也有些資料稱，長期荷載與短期常規(guī)速度荷載的抗壓強(qiáng)度關(guān)系為0.70-0.80。第 15 頁混凝土的允許運(yùn)用強(qiáng)度 根據(jù)混凝土的試件尺寸、受力形狀、加荷速度、不延續(xù)強(qiáng)度，可以建立混凝土的允許運(yùn)用抗壓強(qiáng)度和允許運(yùn)用抗拉強(qiáng)度如下：cctcCJNTRtttttJNTR第 16 頁混凝土的允許運(yùn)用強(qiáng)度 假設(shè)單軸受壓的混凝土允許運(yùn)用強(qiáng)度簡化為BcRc；單軸抗拉的混凝土允許運(yùn)用強(qiáng)度簡化為BtRt，我們可以得到不同試件的Bc和Bt，其關(guān)系如下： 45cm90cm圓柱體的Bc=0.5

7、25， Bt=0.763軸拉15cm30cm圓柱體的Bc=0.402， Bt=0.565剪拉15cm15cm15cm立方體的Bc=0.278-0.315,Bt=0.505剪拉第 17 頁混凝土的允許運(yùn)用強(qiáng)度 以15 cm立方體為例，假設(shè)設(shè)計混凝土的抗壓強(qiáng)度等級為C50，那末允許運(yùn)用的抗壓強(qiáng)度0.2780.31850=(13.915.9) Mpa 設(shè)計強(qiáng)度等級為C40時，允許運(yùn)用的抗壓強(qiáng)度11.1212.72Mpa；設(shè)計強(qiáng)度等級為C30時，允許運(yùn)用的抗壓強(qiáng)度8.259.54Mpa。最大的主拉應(yīng)力只允許運(yùn)用混凝土極限抗拉強(qiáng)度的1/2。 第 18 頁混凝土耐久性的主要影響要素 抗凍性 抗?jié)B性 抗裂才

8、干 抗碳化性能 堿骨料反響 第 19 頁混凝土的抗凍性 抗凍融目的低的混凝土，經(jīng)過二、三十年運(yùn)轉(zhuǎn)后，表層以下10cm100cm的混凝土即已失去了強(qiáng)度，需求挖除修補(bǔ)，當(dāng)然混凝土抗凍融目的與地域的氣候有關(guān)，在嚴(yán)寒地域，其抗凍融的目的應(yīng)高。 我國北方地域混凝土的抗凍融目的應(yīng)大于F300，在南方地域的抗凍融目的也不能低于F200，對于艱苦工程的抗凍融等級應(yīng)大于F250，或取F300。 第 20 頁混凝土的抗?jié)B性 假設(shè)混凝土的抗?jié)B目的低或浸透系數(shù)大，由于水的浸透，將混凝土中的Ca(OH)2以CaO量計算被溶出25%時，混凝土的抗壓強(qiáng)度就要下降50%，當(dāng)溶出超越33%時，混凝土將完全失去強(qiáng)度而松散破壞。美

9、國規(guī)定：對于有耐久性要求的水工混凝土建筑物，它的混凝土浸透系數(shù)K50 密實(shí)的混凝土 30 不密實(shí)的混凝土 70 第 23 頁抑制混凝土堿骨料反響問題 混凝土骨料中，如有活性成分，它與堿和水起作用，使混凝土脹裂。有關(guān)資料稱，堿硅活性反響，其反響物的尺寸，要比反響前的SiO2原有尺寸增大24%。 實(shí)踐工程和實(shí)驗(yàn)闡明，采取工程措施是可以有效的抑制其有害反響的。在混凝土中摻入一定數(shù)量的混合資料如粉煤灰、礦渣等和外加劑，限制水泥中的堿含量以及限制每方混凝土的總堿含量，就可以有效的抑制混凝土堿骨料反響的破壞作用。假設(shè)不采取工程抑制措施，必將會由于堿骨料反響破壞混凝土建筑物。 第 24 頁工程實(shí)踐中的相關(guān)問

10、題 根據(jù)已有的統(tǒng)計資料，建國以來到1999年底，全國已建大中小水庫 84083座，其中有病危的30433座，約占總量的36%，要耗費(fèi)大量資金、人力去修復(fù)加固，主要緣由是歷史條件，當(dāng)年設(shè)計規(guī)范偏低，過分的強(qiáng)調(diào)理約等原因所致。 最近報導(dǎo)，淮河上有20多座水庫的病壩已全部修好，這些病危的壩只運(yùn)轉(zhuǎn)了40年左右。如佛子嶺混凝土連拱壩高75.9m，混凝土設(shè)計標(biāo)號為240kg/cm2，沒有抗?jié)B、抗凍的要求，運(yùn)轉(zhuǎn)不到40年，經(jīng)檢查壩的上游面混凝土的抗壓強(qiáng)度比內(nèi)部混凝土低25%，碳化深度35mm。第 25 頁一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例 豐滿水電站大壩高91m，長108m，混凝土量210萬m3，日偽時期建

11、筑，混凝土質(zhì)量低劣，漏水嚴(yán)重，運(yùn)轉(zhuǎn)40年左右，出現(xiàn)混凝土大面積凍融破壞，總面積數(shù)萬平米，剝蝕深度20cm50cm，最深達(dá)100cm。 云豐水電站，重力壩高113.7m，長828m，混凝土量304.8萬m3，1966年建成，1971年檢查時，破壞面積達(dá)9000 m2，占整個溢流面積50%左右，剝蝕深度5 cm50cm。 第 26 頁一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例 北京地域的下馬嶺水電站，1960年建成，運(yùn)轉(zhuǎn)30年左右，凍融破壞面積達(dá)300500m2；下葦?shù)榇髩?9.5m高，長220.5m，1975年投入運(yùn)轉(zhuǎn)20年左右，凍融破壞面積1500m2，深度7cm左右。 江蘇省萬福水閘，月平均氣溫0以

12、上，最冷氣溫-10左右，1960年建成后運(yùn)轉(zhuǎn)至1963年在閘墩的水位變化區(qū)出現(xiàn)凍融剝蝕，到1985年融蝕破壞面積達(dá)1500m2，深度10cm左右，鋼筋已顯露。 第 27 頁一些工程混凝土凍融、滲漏破壞的實(shí)例 港工混凝土工程，受凍融破壞更嚴(yán)重。如東北地域的大連港、葫蘆島港；華北地域的秦皇島港、塘沽港；華東地域的日照港等都有嚴(yán)重的凍融破壞的混凝土，最大深度達(dá)100cm。 第 28 頁建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性目的 一些工程大壩混凝土破壞的緣由：混凝土的強(qiáng)度偏低，耐久性目的偏低。 我國現(xiàn)行壩工設(shè)計混凝土抗壓強(qiáng)度的平安度比國外的低，特別是某些高拱壩的混凝土強(qiáng)度設(shè)計，值得商榷。有關(guān)資料以為我國的大部分工

13、程設(shè)計的平安度只需歐美的2/3。 第 29 頁建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性目的 歐美和日本等國多數(shù)采用混凝土試件為15cm30cm圓柱體的抗壓強(qiáng)度作為其平安系數(shù)的根據(jù)。朱伯芳院士對超越150m高拱壩混凝土抗壓平安系數(shù)進(jìn)展了換算成試件尺寸15cm的立方體，90d齡期，保證率80%統(tǒng)計，闡明多數(shù)工程90d的平安系數(shù)在5以上，瓦依昂壩262m高為5.26；胡佛壩為8.67；黃尾壩為5.19；莫蘇羅克壩為5.19；羅期蘭壩5.69；黑部第四壩為5.13；康特拉壩為4.52；莫瓦桑壩為4.46 ；英古里拱霸3.90；小灣拱霸3.75；二灘拱霸3.64。 第 30 頁建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性目的 大壩建成

14、后，由于各種緣由，大壩混凝土的應(yīng)力將會有變化，有的會比原設(shè)計高出不少。英古里壩，設(shè)計的最大主壓應(yīng)力為8.6Mpa，運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后，實(shí)測的壓應(yīng)力達(dá)14.1Mpa，是原設(shè)計的1.64倍； 契爾蓋壩，原設(shè)計最大主壓應(yīng)力為7.9Mpa，運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后，實(shí)測的壓應(yīng)力達(dá)12.3Mpa，為原設(shè)計的1.56倍；第 31 頁建議提高混凝土強(qiáng)度和耐久性目的 二灘拱壩原設(shè)計最大主壓應(yīng)力為8.6Mpa，運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后，實(shí)測的最大壓應(yīng)力達(dá)11.9Mpa，為原設(shè)計的1.38倍，而拉應(yīng)力原設(shè)計為-0.90Mpa，運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后實(shí)測的最大拉應(yīng)力達(dá)-3.56Mpa，為原設(shè)計的3.95倍； 以上情況通知我們，混凝土的抗壓強(qiáng)度必需求有足夠余量，抗

15、拉強(qiáng)度更要有富余量。 第 32 頁建議提高混凝土強(qiáng)度目的 我國原拱壩設(shè)計規(guī)范：混凝土的強(qiáng)度除以最大主壓應(yīng)力，等于4即為平安系數(shù)，齡期90d，試件尺寸20cm立方體，假設(shè)試件尺寸為15cm立方體，那么應(yīng)取平安系數(shù)K=4.2； 現(xiàn)時我國一些高拱壩的混凝土抗壓強(qiáng)度平安系數(shù)取K=4，試件尺寸15cm立方體，齡期180d，平安系數(shù)比90d齡期的還要小。 第 33 頁建議提高混凝土強(qiáng)度目的 根據(jù)二灘大壩實(shí)踐的混凝土抗壓強(qiáng)度反響折算成15cm立方體試件的抗壓強(qiáng)度，分別計算180d和90d齡期的設(shè)計最大主壓應(yīng)力和實(shí)測的最大壓應(yīng)力的安全系數(shù)，計算結(jié)果： 混凝土強(qiáng)度 安全系數(shù) 180d 90d 設(shè)計 K 值 5.

16、92 5.15 平均抗壓強(qiáng)度 實(shí)測 K 值 4.28 3.72 第 34 頁提高混凝土耐久性目的 抗凍目的 抗?jié)B目的 極限拉伸值 水膠比 第 35 頁提高混凝土抗凍目的 在北方氣溫低，至少應(yīng)取F300或更高些，正如前面引見的，蘇聯(lián)的薩揚(yáng)舒申斯克壩抗凍目的F400，而瑞士的莫瓦桑壩為F1000，康特拉壩為F5000，混凝土中摻適量的引氣劑，含氣量到達(dá)45%，是容易到達(dá)高抗凍融目的的。 有引氣的混凝土，凍融300次循環(huán)，其相對動彈性模量仍還在95%以上，而沒有引氣的混凝土在凍融75次以后，其相對動彈性模量下降到規(guī)定的60%。第 36 頁提高混凝土抗凍目的 摻引氣劑混凝土還有減少堿骨料反響引起膨脹的

17、功能，可以提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕作用； 實(shí)驗(yàn)闡明，摻氣的混凝土不僅可以提高其抗凍融才干，而且還可提高其抗?jié)B才干，如混凝土中含氣量達(dá)4.8%時，其浸透系數(shù)只需沒摻氣劑混凝土的1/5。 第 37 頁提高混凝土抗?jié)B目的 康特拉壩220m高，對混凝土抗?jié)B要求為：2倍水頭作用下，試件不滲水，相當(dāng)于W40以上。美國規(guī)定混凝土浸透系數(shù)K1.510-9cm/s，相當(dāng)于我國抗?jié)B目的W12。 建議我國對于高拱壩混凝土的抗?jié)B目的應(yīng)大于W12，對于引水建筑物中與水接觸的混凝土抗?jié)B目的也應(yīng)到達(dá)W12。 第 38 頁混凝土的極限拉伸值 影響要素很多，特別是骨料的類別影響大，如灰?guī)r骨料的混凝土，它的極限拉件值90d齡期可大

18、于1.210-4，二灘的正長巖骨料混凝土的極限拉件值90d齡期的=1.07-1.1710-4；但有的玄武巖骨料混凝土的極限拉伸值，180d齡期也難到達(dá)大于1.110-4。 建議高拱壩混凝土90d齡期的極限拉伸值1.010-4。第 39 頁控制水膠比 國外一些高拱壩混凝土的水膠比0.50；美國ACI建議：暴露在淡水中混凝土的水灰比 0.48，暴露在海水中混凝土的水灰比 0.44。 為了保證高拱壩混凝土的強(qiáng)度和耐久性，建議必需嚴(yán)厲控制水膠比0.50，發(fā)電引水隧洞混凝土的水膠比，也不要超越0.50。 第 40 頁不同骨料對混凝土性能的影響 影響強(qiáng)度 影響極限拉伸值 影響彈性模量 影響徐變度 影響線脹系數(shù) 第 41 頁骨料對混凝土強(qiáng)度的影響 碎石比河卵石混凝土強(qiáng)度提高10%，河卵石的比外表積約為碎石的80%，因此碎石混凝土要比河卵石混凝土多用膠凝資料。 骨料的母巖濕抗壓強(qiáng)度要為混凝土配合比強(qiáng)度的1.5倍和大于60MPa。第 42 頁骨料對混凝土極限拉伸值的影響 石灰?guī)r骨料混凝土比二灘正長巖混凝土的極限拉伸值約高5%,比河卵石混凝土極限拉伸值約高13%。 二灘同標(biāo)號(30MPa)的白云巖骨料混凝土的極限拉伸值只需二灘正長巖混凝土的極限拉伸值的55%。第 43 頁骨料對混凝土彈性模量、徐變度的影響 白云巖骨料混凝土的彈性模量比正長巖骨料混凝土的彈性模量高約55%63%。 正長巖骨料混凝土的徐