大坝全级配混凝土界面力学性能的测试研究与数值模拟

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1、大坝全级配混凝土界面力学性能的测试研究与数值模拟¢结构材料所（企）¢冯冯炜炜¢2010.11汇报提纲ò一一..本文研究的背景和意义本文研究的背景和意义ò二二..试验研究及数值模拟成果试验研究及数值模拟成果ò三三..结论与展望结论与展望一一..研研究背景和意义¢特大石的界面区域是“木桶效应”中的最短板区域。¢本文旨在本文旨在““三峡工程二阶段混凝土配合比三峡工程二阶段混凝土配合比设计和性能试验”基础上，选择三峡大坝有代表性部位的混凝土，进行配合比优化前后的混凝土亚微观层次的分析研究和抗裂性的细观数值分析

2、。深化研究的试验内容包括：¢（1）配合比优化前后的混凝土性能比较：以大坝基础部位混凝土为研究对象，进行2个混凝土配合比的性能试验。试验项目如下：①全级配混凝土：抗压强度、极限拉伸、弹性模量；②湿筛小试件：抗压强度、极限拉伸、弹性模量；¢（2）界面轴拉强度测定：在混凝土试件中选取芯样，制备含界面小试件（15×30×120mm），在高精度小型拉伸机上测定界面轴拉强度；¢（3）混凝土亚微观分析：测试混凝土样品孔结构，界面区形貌和水化产物分布；¢（4）根据配合比优化前后的混凝土性能测试结果，特别是考虑界面区效

3、应，建立混凝土细观力学结构模型，定量分析三峡大坝混凝土的界面强化对混凝土抗裂性的影响。二、试验和数值模拟结果简介¢1、配合比优化前后的比较配合比优化前后混凝土性能结果（1年龄期）2、界面轴拉强度测定¢国内外关于界面强度的测定¢全级配大体积混凝土芯样界面强度测试仪器的设计、开发及测试国内外关于界面强度的测定日本东京大学Otsuki等国内外关于界面强度的测定美国学者THOMAST.C.HSUandFLOYDO.国内外关于界面强度的测定¢河海大学吴胜兴等人为成型骨料与砂浆粘接试样，测试界面强度测试的区别¢日

4、本东京大学试验测量的界面强度是以抗弯强度表现，试件包含的界面区是小粒径骨料与砂浆的接触面。（芯样试件取自一级配混凝土）¢美国学者制备的试件是实验室成型试件。¢而大坝混凝土一般为三、四级配混凝土，界面区域较大。因此，我们采用的试件尺寸比他们的大。直接测试抗拉强度更有利于数值分析时参数的准确性。不同试件截面及标距的应力应变¢本项试验研究旨在测试大骨料的界面强度，因此含界面试件不宜过小，如太小其测值离散也必然增大，试验结果难以分析。综合考虑，试件尺寸定为长120mm，宽30mm，高15mm。¢测试含界面试件

5、最大变形在1~5μm之间，分辨率0.01μm，即10nm，因此对位移传感器的精度要求极高。含界面芯样的制取配合比优化前混凝土砂浆强度与界面强度及极限拉伸试验结果配合比优化后混凝土砂浆强度与界面强度及极限拉伸试验结果9080）-670SX-ZB类SX-SG类（1060线性(SX-ZB类)50线性(SX-SG类)40极限拉伸值302010000.511.522.53轴拉强度（Mpa）优化后水胶比小的混凝土平均界面强度和极限拉伸值大于水胶比大、用水量多的配合比优化前的混凝土，而且与砂浆强度和极限拉伸值接近程

6、度更高。¢即0.50水胶比，单方用水量84kg的混凝土平均界面强度大于单方用水量多30kg，水胶比大0.1的混凝土近30%，且更接近砂浆强度，接近度高近10%。¢提高抗裂性，要在水泥砂浆本体满足强度要求下，尽可能的使得混凝土内部的整体界面强度趋近于水泥砂浆的强度。¢相对于水胶比大的混凝土，如果降低了水胶比，降低了用水量，混凝土力学性能，包括最薄弱区域的界面强度都得到了全面的提高，而且总体趋势更加接近水泥砂浆的强度。这为降低用水量，降低水胶比以此优化配合比提供了细观力学层次的试验依据。3、亚微观分析测试

7、混凝土样品孔结构，界面区形貌和水化产物分布。从配比优化前后的混凝土试件中提取砂浆样品进行孔结构测试，比较混凝土的孔结构特征和有害孔变化；制备含界面的显微切片，用扫描电镜分析界面区形貌，用电子探针分析界面过渡区的钙、硅元素分布，判断界面改善状况。大骨料下部大骨料上部¢谱图处理:¢可能被忽略的峰:2846945011085keV:2.846,9.450,11.085keV¢处理选项:所有经过分析的元素(已归一化)¢重复次数=4¢标准样品::水泥浆体在骨料界面¢OSiO2AlAl2O3SiSiO2SFeS2

8、存在富水层，较多的¢CaWollastoniteFeSO溶解于此，造成3¢元素重量原子百分比OK52.9072.49AlAft富集和Ca(OH)晶K0.690.56SiK6.104.76SK1.641.12Ca2K38.1020.84FeK0.570.23总量100.00体的择优取向生长，构成混凝土中的薄弱部位。当水胶比降低，用水量降低，对界面结构有所改善。4、细观力学数值分析将全级配混凝土看作由粗骨料、硬化水泥砂浆以及两者之间的界面粘结带组成的三相非均