真实水荷载对混凝土强度影响的试验研究

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1、水利学报年月第卷第期文章编号真实水荷载对混凝土强度影响的试验研究李庆斌陈樟福生孙满义吕培印清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京北京城建设计研究总院有限责任公司北京摘要为了了解混凝土材料在水环境中的力学性能本文试验研究了混凝土在水中及三轴应力状态下的抗压强度特性试验在大型多功能静动三轴仪上进行混凝土试件采用圆柱体试件试验中考虑了不同的水荷载作用方式围压和湿度含量的影响试验的水荷载作用方式分为机械围压试件密封和真实水围压试件不密封两种围压大小分别为和为了确定湿度对混凝土强度的影响进行了干燥和饱和两种湿度混凝土的三轴压缩试验并进行对比试验研究表

2、明试件密封条件下干燥和饱和混凝土的强度均随围压增加且效应明显但干燥混凝土比饱和混凝土的围压效应更显著在试件不密封条件下混凝土三轴强度比密封条件下的强度低试件不密封条件下饱和混凝土的三轴强度接近其单轴强度但干燥混凝土强度降低较大文中还基于混凝土内部孔隙水压力和外部水荷载的相互作用机理对试验结果进行了初步解释关键词饱和混凝土三轴抗压强度水荷载孔隙水压力中图分类号文献标识码研究背景大坝桥墩近海结构物海上采油平台等混凝土结构经常在水环境中工作在不同湿度情况下混凝土的力学性能会有较大差异而外界水压力的作用也将影响混凝土的力学性能对于混凝土高坝或深海海洋平台等混

3、凝土结构水压力构成了结构的主要荷载因此结合混凝土结构的工作环境和承受荷载的特点对在水荷载下的混凝土进行试验研究是十分必要的水对混凝土强度的影响主要存在于几个方面认为水灰比和混凝土强度存在着反比关系但水灰比很低时水灰比降低很小就能使抗压强度不成比例地增高相同配比的混凝土连续潮湿养护下的强度比连续空气养护的强度要大许多然而即使是条件完全相同的混凝土临时改变混凝土内部的饱和度混凝土的强度也会随之改变在众多试验的基础上学者们得到了一致的结论随着混凝土内部湿度的增加混凝土的抗拉和抗压强度都将降低即饱和混凝土的强度要比干燥混凝土的强度低基于这些单轴状态下得到的结

4、果等进行了不同水灰比的干燥饱和混凝土三轴压缩试验结果显示饱和混凝土的强度比干燥混凝土的强度略低高水灰比的混凝土的强度弱化则更加明显等的饱和砂浆试样经过不同干燥时间后的三轴试验结果得到了相同的结论上述的结论都是基于对试件完全密封得到的此时混凝土不与外部介质如围压水相互作用事实上对于在水环境中工作的混凝土结构水不仅影响混凝土的内部饱和度也作为一种真实的荷载作用于混凝土结构上同时在其他外部荷载作用下水荷载的效应是变化的等对不同大小静水海水压力下浸泡的混凝土试件进行单轴试验得到的单轴强度结果变化不大等认为当混凝土浸泡养护的水压力与试验时的水压力相同时水压力不

5、会明显降低混凝土的压缩强度然而在实际工程中混凝土的养护基本为无水压潮湿养收稿日期基金项目国家项目国家自然科学基金资助项目作者简介李庆斌男河南人博士教授主要从事混凝土材料和结构研究护或很长时间为自然养护与的试验条件相差较远因此本文结合混凝土在水环境中工作的实际情况通过试验研究水荷载对混凝土多轴强度的影响以揭示水下混凝土的多轴静态力学性能并对其机理进行初步探讨试验情况试验设备三轴试验在清华大学大型多功能静动三轴试验机上进行三轴试验机由液压驱动最大轴向静荷载最大围压系统主要由四部分组成三轴压缩试验装置围压控制系统孔隙压力控制系统和计算机控制和采集系统试验机

6、的轴向荷载由穿过三轴压力室的加载活塞杆传递到试样上压力室充满水然后由油泵推动侧压水缸施加围压本文试验未进行孔隙压力的测量和控制围压轴向荷载和轴向位移由计算机自动采集并可实时图像显示位移测量采用量程的磁致伸缩线性位移传感器而混凝土试件的位移量可由测得的轴向位移修正得到由此得到混凝土试件的轴向荷载位移曲线相应的可以转换为试件的应力应变关系曲线试样制备本文试验采用圆柱体混凝土试件直径为高为混凝土的设计强度为试验采用的材料为号硅酸盐水泥中砂和石子骨料最大粒径为所用的拌和水为自来水混凝土的配合比为水水泥砂子石子采用美国标准试模成型振动台振捣密实试样后脱模一批试

7、件一直浸泡于室内静水池中养护用于饱和混凝土试验另一批放置于室内干燥环境自然养护用于干燥混凝土试验另外由试验测得标准养护下立方体试件的抗压强度为试验过程三轴试验分试件密封和不密封两种情况密封情况的试验与传统的三轴试验方法相同先将混凝土试件套上一层直径与试件相同厚的乳胶膜然后再套一层厚的防水乳胶膜试样上下两端面放置钢承载垫块并用胶带将乳胶膜绑紧于垫块上以防止水进入此时围压水的作用方式称为机械围压或机械荷载不密封情况是为了模拟水环境中工作的混凝土即混凝土试件表面直接与水接触此时围压水的作用方式称为真实水围压或真实水荷载本文单轴试验的混凝土龄期为三轴试验的混

8、凝土龄期为可认为混凝土强度发展基本趋于稳定可以忽略试验过程中龄期对强度的影响由于浸泡的时间足够长水中养护的混