巖基約束橡膠混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力試驗(yàn)

胡廷正 劉 玲 王可良

(1.青州市仁河水庫(kù)管理局， 山東 青州 262500；2.山東大學(xué)濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250100；3.山東交通學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250357)

巖基約束橡膠混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力試驗(yàn)

胡廷正1劉 玲2王可良3

(1.青州市仁河水庫(kù)管理局， 山東 青州 262500；2.山東大學(xué)濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250100；3.山東交通學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250357)

為解決巖基約束溢洪道裂縫，在巖基上分別澆筑橡膠混凝土和普通混凝土，并在距離巖基不同位置埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，測(cè)試不同巖基約束混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力。結(jié)果表明，距巖基0.20m、0.65m、1.00m處，普通混凝土溢洪道的最大溫度應(yīng)力分別為4.7MPa、3.9MPa、3.6MPa，相同位置橡膠混凝土溢洪道的最大溫度應(yīng)力為3.0MPa、2.5MPa、2.3MPa。巖基約束橡膠混凝土的溫度應(yīng)力小于普通混凝土，距離巖基不同位置，橡膠混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力梯度降低。

巖基； 橡膠混凝土； 溢洪道； 溫度應(yīng)力； 梯度

巖基約束混凝土建筑物產(chǎn)生裂縫是一個(gè)普遍現(xiàn)象[1-4]。巖基上水工建筑物受巖基約束，易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，比軟基上建筑物更易裂縫，裂縫影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全和抗滑穩(wěn)定性[5-9]。為解決巖基混凝土裂縫，減少溫度應(yīng)力，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者致力于這方面的研究。20世紀(jì)30年代，美國(guó)和歐盟首先進(jìn)行大壩裂縫的研究，在對(duì)溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)控制溫度裂縫提出新的措施[10-16]。原材料采用低熱膠凝材料，通過預(yù)冷骨料控制混凝土的出倉(cāng)溫度，在澆筑混凝土過程中采用冷卻水降溫的方法，以及對(duì)澆筑完成后的混凝土表面進(jìn)行保溫，施工中設(shè)置溫度縫等，這些措施在一定程度上控制了大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生，但投入與效果差距較大。因此，研究降低巖基約束建筑物溫度應(yīng)力的新措施，減少混凝土裂縫，對(duì)提高建筑物耐久性具有重要意義。

橡膠混凝土韌性和延性大，極限拉應(yīng)變、壓應(yīng)變是普通混凝土的4～15倍[17-19]，抗剪強(qiáng)度是普通混凝土的1.17～1.24倍[20]，改善了混凝土的韌性，從理論上有利于控制巖基混凝土建筑物的裂縫產(chǎn)生和發(fā)展。本文結(jié)合山東省青州仁河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，將橡膠混凝土應(yīng)用于溢洪道工程，研究了不同齡期混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力分布。

1 工程概況

仁河水庫(kù)位于山東省青州廟子鎮(zhèn)境內(nèi)，是一座集防洪、灌溉和城市供水功能于一體的重點(diǎn)中型水庫(kù)。樞紐工程由大壩、放水洞和溢洪道等組成。水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容0.2688億m3，除險(xiǎn)加固水庫(kù)總庫(kù)容0.2185億m3，工程等別為III等。

水庫(kù)溢洪道位于大壩的樁號(hào)B0+057～B0+173段上，原堰頂高程336.00m，堰頂凈寬110.0m，溢流堰剖面采用克奧曲線，設(shè)計(jì)堰上水頭2.44m；消能方式采用挑流消能，挑射角25°，巖基為花崗巖。為防止挑流坎下小流量時(shí)巖石沖刷及巖石風(fēng)化破碎，擬在挑流坎下設(shè)置混凝土護(hù)坦，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)15m，坡降i=0.025，厚1.2m，寬95m。該次除險(xiǎn)加固中部分采用橡膠混凝土技術(shù)。

2 研究方案、原材料與配合比

2.1 研究方案

在巖基上分別澆筑橡膠混凝土和普通混凝土，自巖基接觸面沿澆筑混凝土的方向，距離巖基0.20m、0.65m、1.00m處，分別在混凝土內(nèi)分別埋設(shè)應(yīng)力—應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)應(yīng)變。成型混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，分別測(cè)試橡膠混凝土的彈性模量，根據(jù)δ=Eε,計(jì)算混凝土溫度應(yīng)力。

2.2 工程原材料

水泥：山水P.O42.5水泥，青州中聯(lián)水泥；粉煤灰：Ⅰ級(jí)粉煤灰，鄒平產(chǎn)；砂：細(xì)度模數(shù)2.6，泰安產(chǎn)；碎石5～16mm和16～31.5mm兩級(jí)配；外加劑：聚羧酸減水劑，山東環(huán)海產(chǎn)；橡膠粉：40目，鄒平產(chǎn)。

2.3 混凝土配合比

溢洪道工程混凝土為C25F150W6，根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，將橡膠粉等體積取代部分砂子，橡膠粉密度∶砂密度=1∶4。橡膠粉在C25混凝土中的摻量為20kg/m3，設(shè)計(jì)混凝土配合比見下表。

混凝土配合比表 單位： kg/m3

3 結(jié)果與討論

3.1 混凝土彈性模量

按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2006)中混凝土彈性模量測(cè)試方法，分別測(cè)試不同齡期混凝土彈性模量E，結(jié)果見圖1。

圖1 混凝土彈性模量

從圖1可以看出，橡膠混凝土彈性模量隨齡期的變化趨勢(shì)與普通混凝土基本一致。齡期增加，橡膠混凝土彈性模量增大，并趨于一穩(wěn)定值。28d齡期前，橡膠混凝土的彈性模量增加較快；28d齡期后，橡膠混凝土的彈性模量增加較慢。除3d齡期的橡膠混凝土彈性模量與普通混凝土基本相近外，其他齡期的橡膠橡膠混凝土彈性模量均小于普通混凝土，且隨齡期增加，兩者的彈性模量相差越大。

3.2 溢洪道溫度應(yīng)力

分別測(cè)試橡膠混凝土溢洪道和普通混凝土溢洪道內(nèi)不同齡期的應(yīng)變和溫度，同時(shí)用溫度計(jì)測(cè)試環(huán)境溫度，計(jì)算溢洪道內(nèi)混凝土的溫度應(yīng)力，結(jié)果見圖2～圖4。

圖2 距巖基0.20m溢洪道混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力分布

圖3 距巖基0.65m溢洪道混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力分布

圖4 距巖基1.00m溢洪道混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力分布

從圖2～圖4可以看出，在距離巖基不同位置，由于混凝土受巖基約束，溢洪道混凝土內(nèi)部存在一定的應(yīng)力梯度；距離巖基越近，溢洪道混凝土的溫度應(yīng)力越大；距離巖基相同位置，橡膠混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力小于普通混凝土，溫度應(yīng)力梯度減小。距巖基0.20m、0.65m、1.00m處，普通混凝土溢洪道的最大溫度應(yīng)力分別為4.7MPa、3.9MPa、3.6 MPa，相同位置橡膠混凝土溢洪道的最大溫度應(yīng)力則為3.0MPa、2.5MPa、2.3MPa。同時(shí)也可看出，距離巖基越近，橡膠混凝土與普通混凝土的溫度應(yīng)力差越大。

4 結(jié) 論

巖基約束橡膠混凝土的溫度應(yīng)力小于普通混凝土；在距離巖基不同位置，橡膠混凝土溢洪道的溫度應(yīng)力梯度降低。

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Temperature stress test of Batholith constraint rubber concrete spillway

HU Tingzheng1, LIU Ling2, WANG Keliang3

(1. Qingzhou Renghe Reservoir Administration, Qingzhou 262500, China; 2. Shandong University Jinan Railway Transportation Group Co., Ltd., Jinan 250100, China; 3. Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, China)

Rubber concrete and ordinary concrete are respectively poured on the batholith to solve the cracks of batholith constraint spillway. Strain gauges are embedded in positions with different distances from the batholith, and they are used for testing the temperature stress of different batholith constraint concrete spillways. The results show that the maximum temperature stress of ordinary concrete spillways is respectively 4.7MPa, 3.9MPa and 3.6MPa in the positions 0.20m, 0.65m and 1.00m away from the batholith. The maximum temperature stress of rubber concrete spillway in the same position is 3.0MPa, 2.5MPa and 2.3MPa aiming at rubber concrete spillway in the same position. The temperature stress of rubber concrete is less than ordinary concrete. The temperature stress gradient of the concrete spillway is reduced according to positions with different distances to the batholith.

batholith; rubber concrete; spillway; temperature stress;gradient

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.08.011

TV32

A

1005-4774(2017)08- 0038- 04