高强度大体积混凝土材料特性研究

高强度大体积混凝土材料特性研究

李超超 徐飞

江苏益建拓华智能建筑科技有限公司 江苏省镇江市 212411

南京金酃天承科技有限公司，江苏省南京市，211162

摘要：随着我国城镇化水平的不断提高，建筑行业迎来了前所未有的发展机遇。大体积混凝土在施工应用领域比较广泛，对大体积混凝土的优化配合比和抗裂施工技术方面进行研究。主要探讨大体积混凝土开裂特性的成因，以及针对问题进行系统的了解设计、原材料、施工工序和后期养护方面提出有效的抗裂措施方案。

关键词：高强度；大体积；混凝土材料；特性

引言

混凝土是由多种材料所构成的复合型材料，其自身具有不连续性、非均质性的特征。在特殊的荷载条件之下，混凝土材料自身的力学性质和破坏机理会发生一定的变化，存在较强的离散性，同时还会面临尺寸效应的影响，而这些问题的存在均会直接影响到高强度大体积混凝土材料的使用效果和质量，同时也是学术界的所面临的主要研究难题。高强度大体积混凝土一般常用于建筑物大体积基础部位施工，具体使用时需要明确分析使用条件，做到科学使用、合理使用，从而确保工程自身的质量、安全性和经济性。

1高强度大体积混凝土存在的问题及防治措施

1.1裂缝防治

近代高拱坝建设发展趋势表明:坝越来越高,拱圈弧度越来越平,坝体断面越来越薄,混凝土浇筑强度日益加大,浇筑仓面面积也不断增加。所有这些变化都使坝体和混凝土浇筑块的应力增高,混凝土产生裂缝的可能性及裂缝扩展的危险性亦加大。为了减少和防止大体积混凝土裂缝产生的可能性,通常从两方面着手,一是提高混凝土材料本身的抗力特性,二是减小外力、温度、约束等作用在结构内部产生的效应。改善混凝土材料本身抗力特性首先应研究混凝土各组分对抗力特性的影响,通过混凝土各组分的品种与质量选择、最佳掺量、最佳组合、最佳配合比等项目的确定,达到提高混凝土材料自身抗裂能力和变形性能的目的。即改变目前混凝土配合比主要以强度、抗渗及耐久性为目标的设计方法,提出以抗裂为核心,全面改善混凝土各种物理力学性能的配合比优化设计方法,以适应高拱坝建设的各种特殊要求。

1.2在地震作用下的力学与变形特性参数的确定

随着计算机技术的发展，可以对坝、地基、水库共同作用的地震响应作出精确的计算，但是精准度和仿真度会受到一定条件的制约，对于远场地基深部出现地震时，振波在传播过程中会受到反射、折射、不均匀介质、不规则地形等因素的影响，地震的地面运动在坝上的地区是非均匀分布的，在计算时要选择正确的计算模型对地震地面运行的非均匀变化进行表示，还有一种制约的因素就是对于大体积混凝土在地震时的强度和应力的变化趋势，过去的只能用国外的试验资料进行判断，使用经验安全系数设计法来评价大坝抗震的安全度，在我国对于混凝土材料的强度和变形的各项参数研究的不是十分透彻，只是处于最起始的阶段，在动载荷的作用下的混凝土材料的结构关系和断裂特性的研究还很不足，只能用在高拱坝的一些材料动态参数，但是也很难通过工程实践进行验证。

1.3力学与变形的仿真研究

建筑物大体积基础的结构设计拥有独立、特殊的安全系数设计方式，即建筑物大体积基础自身的应力需要低于某一特定的标准值，而这一特定的应力标准值大小则取决于混凝土构件在特殊环境下的极限强度和经验安全系数的比例。仅从安全系数的角度来看，其一般会与混凝土构件的大小、尺寸之间有着密切的关联性，即不同持续、不同形状的混凝土构件的安全系数也不尽相同。随着现代科技的进步和施工工艺的不断优化，建筑物大体积基础的设计常使用经验安全系数对强度进行判断，故针对混凝土构件的强度特性研究反而不会进行使用，其主要原因就在于混凝土构件的安全系数会受到构件自身的大小和性状影响。实践证明，这种经验安全系数研究方式无法从根本上对安全性作出准确地评估和分析，甚至还会对建筑物大体积基础的设计标准、设计水平造成一定的负面。现阶段，在评估建筑物大体积基础的安全度时，工作人员的个人经验依然占据着主导的地位，且更加侧重于建筑物大体积基础在极限状态下的平稳条件。一般情况下，建筑物大体积基础的强度破坏问题已出现裂缝或者变形为主，其主要原因在于混凝土材料的塑性开裂或者内部存在累积性损伤的问题。而在模拟破坏过程时，材料结构和混凝土材料在失效时的极限强度确定就成了关键所在，其对于评估建筑物大体积基础安全性时起到了重要的作用。

2高强度大体积混凝土材料的研究

2.1配合优化研究

对大体积混凝土原材料进行品质因素、掺量、组合对大体积混凝土的抗压、抗裂性能进行分析，并且建立混凝土配合比设计与抗裂指标的关系模型。有效结合过去的资料，进行试验研究，将混凝土的强度、变形和抗裂性能作为综合指标，建立数据库，并且编制混凝土抗裂优化配合比设计程序。选择最合适的配合比，并且通过浇筑块温度应力的核算，来验证所选配合成分的合理性，使其具有大体积混凝土应该具有的高强度、中弹、低热的要求。

2.2动态强度特性研究

(1)进行混凝土在动力(地震)荷载作用下的破坏机制研究。通过改变应变速率、低周反复加载、在振动台上模拟加载过程等试验方法的研究,确定混凝土材料动参数的仿真试验方法。(2)在试验基础上,提出大体积混凝土在地震荷载作用下,材料的极限强度(拉、压)、动弹性模量与泊松比、比例极限与屈服极限及动态断裂参数。(3)初步提出拱坝抗震设计有关参数及抗震强度设计准则。

2.3全级配混凝土试件特性的试验研究

对全级配混凝土试件进行标准试验研究，其中包括试件的形状、尺寸、成型工艺、养护条件、加载方式等数据的研究，并提出全级配混凝土的试验标准，并开展一系列的试验，开展对全级配试件试验资料的统计技术研究，采取细观力学的分析方法，对混凝土宏观力学特性进行计算机模拟研究，并根据试验成果，提出大体积混凝土容许使用强度和强度世界准则。

2.4损伤—断裂特性研究

(1)系统开展混凝土损伤—断裂特性的试验研究。根据实验成果,探求混凝土的损伤、断裂机理,确定复合型裂缝扩展的宏观判据和开裂评估标准,建立能反映大体积混凝土损伤断裂特性的本构关系。(2)用细观力学理论模型分析损伤的扩展,建立裂缝扩展模型。用分数维理论建立裂缝尖端过程区的损伤特性、过程区与断裂能、断裂韧度的关系,以及用分数维方法建立非线性断裂能的尺寸效应。(3)通过对概率模型和分布模型的分析,推断大体积混凝土的断裂参数,以解决单一型和复合型断裂韧度的尺寸效应。(4)用损伤断裂理论探讨大坝浇筑块温控标准。(5)研究三维非线性损伤-断裂有限元分析程序;核算二滩大坝坝踵开裂可能性及开裂后的稳定性,并进一步探讨高拱坝坝踵开裂机理。

结语

随着建筑行业的不断发展，在未来的建筑业发展过程中的高大建筑日益增多的情况下，大体积混凝土结构具有结构构件跨度和截面大型的趋势。因此，该课题具有较广的价值，具有良好的经济社会效益，为了促进高强度大体积混凝土材料特性研究的发展，还需要蒸蒸日上，更加勤奋的研究。

参考文献

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