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桥塔用内养护高强度抗裂混凝土性能研究

混凝土内养护技术通过提供额外的内养护水,减小了由于混凝土干燥引起的内部自生应力,明显降低了混凝土的早期开裂风险[1]。韩宇栋等[2-3]研究发现陶粒、陶砂等多孔材料可提供额外的内养护水,改善混凝土内部水分的分布,从而显著提高混凝土的抗裂能力。Jensen 等[4-5]研究发现高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer,SAP)与上述多孔材料具有相似的混凝土内养护效果。董淑慧等[6]研究表明,用饱和预湿陶粒作内养护材料能显著提高混凝土的抗裂性能,掺量130 kg/m3 时混凝土收缩值较未掺时减少了95.6%。Craeye 等[7]研究发现SAP 作为内养护材料显著提升了混凝土的抗裂性能,SAP 内养护引入水量分别为30,40,50 kg/m3时,混凝土自收缩量分别降低了51%,58%,58%。掺入内养护材料虽然能显著提高混凝土的抗裂性能,然而多孔内养护材料以及SAP 释放水后产生的孔洞等缺陷往往是混凝土中的薄弱区域,会劣化混凝土力学性能。韩松等[8]研究表明采用黏土陶粒替代30%粗骨料的C30 混凝土,其28 d 抗压强度较未掺时降低了22.4%。焦贺军等[9]研究表明SAP掺量为水泥质量0.2%时混凝土抗压强度和抗拉强度较未掺时分别降低20%和29%。Liu 等[10]研究发现利用浮石粉代替细骨料制备超高性能混凝土材料,当替代比例为30%时抗压强度下降13.6%。因此,混凝土采用内养护材料提高其抗裂性的同时,损失了其部分强度。目前针对高强度混凝土,研究采用内养护材料对其抗裂性能影响的研究较少。因此,本文选取页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒(简称复合陶粒)、浮石粉3种内养护材料,研究不同内养护材料掺量对高强度混凝土的工作性能、力学性能及早期抗裂性能的影响,配制满足工程需求的混凝土;并利用MIDAS FEA 软件,分析了沪通长江大桥主塔工程的早期开裂风险,研究结果可为采用内养护材料制备高强度混凝土的工程提供参考。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥采用大连小野田P·Ⅱ52.5R 硅酸盐水泥,比表面积为379 m2/kg;粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰,比表面积为350 m2/kg;硅粉比表面积为14 310 m2/kg;细骨料采用细度模数2.6 的河砂;粗骨料采用粒径5~10 mm和10~25 mm 的连续级配碎石,掺配比例为2∶3;减水剂采用聚羧酸系高效减水剂,减水率为37%,含固量为26.5%;拌和水采用自来水。内养护材料:页岩陶砂堆积密度970 kg/m3,饱和吸水率10.5%;复合陶粒堆积密度530 kg/m3,饱和吸水率27.2%;浮石粉密度450 kg/m3,饱和吸水率16.5%。

1.2 混凝土配合比及试验方法

考虑到内养护材料对混凝土强度的削弱作用,C60混凝土水胶比取0.24,胶凝材料用量为520 kg/m3。内养护材料分别按照10%,20%,30%的体积比取代部分粗骨料,砂率取37%。具体配合比见表1。其中:C0为基准配合比;CY为页岩陶砂内养护混凝土;CN为复合陶粒内养护混凝土;CF 为浮石粉内养护混凝土;混凝土配合比编号中的数字1,2,3分别表示内养护材料替代粗骨料的体积比为10%,20%,30%。

共有122例甲亢合并2型糖尿病患者在该院接受诊治,男 54 例,女 68 例;年龄 43~78 岁,平均(52.8±6.1)岁;甲亢病程 6 个月~7 年,平均(3.3±0.8)年;2 型糖尿病病程 2~26年,平均(12.7±2.9)年。纳入标准:①与甲亢、2型糖尿病各自诊断标准符合;②内分泌疾病相关治疗并未开展过;③知情同意。排除标准:①伴甲状腺恶性肿瘤;②心肝肾功能严重不全。随机分组,A组与B组各61例,两组基础治疗差异无统计学意义(P>0.05)。

摘 要:当前,随着我国信息技术和互联网经济的发展,我们已经进入了“互联网+”的时代。随着我国医疗卫生水平的提升,护理人员数量逐年增加。为了更好地提高我国护理行业从业人员的素质和能力,积极推进教育信息化在护理专业的发展,对于护理专业自身内涵式发展具有重要的现实意义。

表1 混凝土配合比 kg·m-3

配合比编号C0 CY1 CY2 CY3 CN1 CN2 CN3 CF1 CF2 CF3水泥416 416 416 416 416 416 416 416 416 416粉煤灰52 52 52 52 52 52 52 52 52 52硅粉52 52 52 52 52 52 52 52 52 52砂子646 646 646 646 646 646 646 646 646 646碎石1 100 990 880 770 990 880 770 990 880 770内养护材料0 70 140 210 45 90 135 97 194 291减水剂3.6 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0拌和水125 125 125 125 125 125 125 125 125 125内养护水0 7 14 21 12 24 36 16 32 48

平板约束早期塑性开裂试验和收缩试验,参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的平板约束早期塑性开裂试验和收缩试验相关规定进行,其中收缩试验以1 d 龄期的长度为初值。绝热温升试验采用NJ-JRWS 混凝土绝热温升试验系统,测试方法参照DL/T 5150—2017《水工混凝土试验规程》相关规定执行。

2 混凝土试验结果与讨论

2.1 工作性能

3)基于绝热温升试验、收缩试验结果以及混凝土材料性能参数,采用MIDAS FEA 软件模拟分析了沪通长江大桥主塔混凝土浇筑后内部应力分布情况,结果表明整体模型混凝土开裂风险小。

表2 内养护混凝土拌和物和易性试验结果

配合比编号C0 CY内养护材料页岩陶砂CN CF复合陶粒浮石粉和易性坍落度180 mm页岩陶砂分布较均匀,未出现上浮现象,和易性良好,流动度达标复合陶粒分布较均匀,未出现上浮现象,和易性良好,流动度达标和易性良好,流动度达标

2.2 抗压强度

为了分析内养护材料掺量对混凝土抗压强度的影响,测定了各配合比混凝土不同龄期的抗压强度,结果见图1。可知:随着内养护材料掺量的增加,混凝土抗压强度均有一定程度的降低。页岩陶砂、复合陶粒、浮石粉3 种内养护材料掺量10%时混凝土28 d 抗压强度分别降低2.2%,2.7%,-0.2%,掺量20%时混凝土28 d 抗压强度分别降低7.1%,3.1%,3.0%,掺量30%时混凝土28 d 抗压强度分别降低11.4%,8.3%,9.6%。3 种内养护材料中对抗压强度影响最大的是页岩陶砂,最小的是浮石粉,掺浮石粉的效果最好。当内养护材料掺量30%时,混凝土抗压强度降幅很大,因此建议内养护材料掺量不宜过大,控制在20%左右比较合适。

图1 混凝土抗压强度与内养护材料掺量的关系

2.3 早期抗裂性能

页岩陶砂、复合陶粒、浮石粉分别掺20%,制备3种配合比混凝土及基准配合比混凝土进行平板约束早期塑性开裂试验,试验结果见表3和图2。

由表3 和图2 可知:基准配合比混凝土早期开裂严重,初裂时间为103 min,开裂总面积达到978 mm2。3 种内养护材料中浮石粉的早期抗裂效果最好,初裂时间延迟至512 min,开裂面积减少至248 mm2。加入3 种内养护材料后混凝土的初裂时间均明显推迟,最终开裂面积均显著减少。这是因为随着水化反应的进行,预吸水的内养护材料开始向混凝土内部补充水分,使混凝土内部相对湿度维持在较高的水平,一方面减小了混凝土早期收缩,另一方面促使混凝土内胶凝材料持续水化,使混凝土内部更密实,提高了混凝土强度,增强了混凝土的抗裂性能。

表3 混凝土早期开裂时间及总开裂面积

配合比编号C0 CY2 CN2 CF2首条裂纹出现的时间/min 103 186 177 512总开裂面积/mm2 978 603 429 248

图2 平板约束早期塑性开裂照片

3 桥塔混凝土抗裂性有限元分析

3.1 模型的建立

沪通长江大桥全长11 072 m,其中航道桥采用主跨1 092 m 的钢桁梁斜拉桥结构,为世界上最大跨径的公铁两用斜拉桥。斜拉桥主塔高度330 m,壁厚大多超过1.5 m,混凝土强度高、水化热大、养护环境差。因此需要采用一种低收缩、高抗裂混凝土。选取CF2配合比混凝土,其性能参数见表4。

表4 内养护混凝土材料性能参数

比热容/(J·kg-1·K-1)泊松比线膨胀系数/K-1导热系数/(W·m-1·K-1)弹性模量/MPa 3.9×104剪切模量/GPa 13.6质量密度/(kg·m-3)2 5000.1678.0×10-63.85975

CF2 配合比混凝土绝热温升曲线见图3。CF2 混凝土早期收缩曲线见图4。基于绝热温升试验、收缩试验结果以及混凝土材料性能参数,采用MIDAS FEA对塔柱混凝土进行水化热分析,选取最易开裂部位,进行混凝土开裂计算。

图3 绝热温升曲线

图4 混凝土早期收缩曲线

考虑到沪通长江大桥一次性浇筑高度达6 m 以及塔柱截面的对称性,采用1/4 截面(见图5)建立模型。假定内养护混凝土是均质各向同性材料,采用3D 单元进行分析,计算时间范围选择0~168 h。混凝土内外表面受模板简支约束。模型底面和内外表面为对流边界,对流系数取14 W/(m2·K),混凝土入模温度为26 ℃。

采用世界卫生组织生存质量测定量表简表(WHOQOLBREF)[10],该量表分成29个条目,主要包括心理状态(1~9,26)、症状感觉(10、11,15~18,附加102)、社会功能(12~14,19~25,附加101)、自我评分(附加103)4个方面。各条目皆采用5级计分法,1分为无症状;2分为偶发症状;3分为一般有症状;4分为症状较重;5分为症状严重,影响平常生活,死亡患者计最高分。所有患者分别于缓解后的第一天、持续缓解后的第180天填写WHOQOL-BREF量表。

图5 沪通长江大桥塔柱底端1/4截面(单位:cm)

3.2 计算结果分析

3.2.1 混凝土内外温差分析

为了满足混凝土的泵送要求,同时避免多孔材料的上浮,混凝土的坍落度和坍落扩展度分别控制在180,450 mm 左右,混凝土拌和物和易性试验结果见表2。

24 h 混凝土内部温度云图见图6。可知:混凝土芯部温度变化最大,混凝土表层由于与大气接触温度变化较小。

图6 早期温度云图(单位:℃)

芯部分析点1 和表层分析点2 的温度变化曲线见图7。可知:随着水化反应的进行,2 个分析点温度均先增大后减小,24 h时分析点1达到最高温度45 ℃,分析点2 达到最高温度27 ℃,内外温度最大相差18 ℃,符合GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》的要求,由内外温差引起的开裂风险较小。

图7 两个分析点温度变化曲线

3.2.2 混凝土环向开裂分析

24 h 龄期时混凝土早期应力云图见图8,应力中拉应力是大体积混凝土开裂的主要原因。根据图8中拉应力位置选取分析点AB。分析点应力与最大容许拉应力变化曲线见图9。

党的十九大报告提出,要推进反腐败国家立法,建设覆盖纪检监察系统的检举举报平台。[4]“大老虎”窃国,祸国殃民;“小苍蝇”窃铢,为患乡里。二者均对社会造成严重危害。打“老虎”、拍“苍蝇”,对重拾民心、弘扬正气、稳定社会具有同等功效,且后者更能坚定基层民众建设小康社会的信心。在中上层反腐取得巨大成效的前提下,严刑峻法打击基层腐败及与其沆瀣一气的乡村黑恶势力,更显尤为迫切。

夹岩项目所有上坝填筑材料通过快速过磅无人值守系统,做到准确、可靠、高效、基本无故障,减少管理值守人员成本,避免产生人为干扰,并提高项目部生产效率,加快施工进度,充分发挥各项施工设备效率,做到上坝料的准确计量,可作为以后公司同类施工过磅技术的应用推广,具有较大的推广价值。

图8 早期应力云图(单位:MPa)

图9 分析点应力与最大容许拉应力变化曲线

由图9 可知:分析点A 前期拉应力与最大容许拉应力值接近,24 h 龄期时拉应力达到最大值1.2 MPa,但仍在最大容许拉应力范围内。随着水化热的散失,应力由拉变为压。分析点B压应力随着混凝土水化的进行持续增加,24 h 龄期时达到最大值1.1 MPa,90 h龄期后由于整体的降温收缩作用应力由压变为拉,168 h 龄期时拉应力达到最大值1.3 MPa,远小于混凝土此时的最大容许拉应力3.6 MPa。因此,2个分析点处拉应力均在最大容许拉应力范围内,混凝土的环向开裂风险较小。

4 结论

1)采用内养护材料可以配制出工作性能良好的高强度混凝土,但随着内养护材料掺量的增加,混凝土的抗压强度有所降低。水胶比0.24、内养护材料的体积掺量在20%以内可满足C60混凝土强度要求。

2)页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒、浮石粉3种内养护材料分别掺20%,制备的3 种高强度混凝土初裂时间明显延迟且最终开裂面积减小,表明3 种内养护材料均能显著改善混凝土早期抗裂性能。其中浮石粉的抗裂效果最好。

首先,完善集成电路产业的风险投资机制:一方面,由国家在技术创新初期投入一定比例的种子基金,建立风险投资基金,通过风险投资机构以股份的形式向社会公开募集;另一方面,通过税收优惠等政策,吸引国外风险投资基金尤其是跨国公司投资我国的集成电路产业。同时,政府可以设立专项资金,成立集成电路产业风险担保基金,为一些国家战略重点发展的技术项目提供部分的融资担保。

参考文献

[1]BNTZ D P,SNYDER K A.Protected Paste Volume in Concrete:Extension to Internal Curing Using Saturated Lightweight Fine Aggregate [J].Cement and Concrete Research,1999,29(11):1863-1867.

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