哥斯達(dá)黎加水電站項(xiàng)目碾壓混凝土軸向直接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究

張 剛，鎮(zhèn)俊武，寧順才

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450001）

?

哥斯達(dá)黎加水電站項(xiàng)目碾壓混凝土軸向直接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究

張 剛，鎮(zhèn)俊武，寧順才

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450001）

摘要：由于中美洲哥斯達(dá)黎加圣巴勃羅水電站項(xiàng)目碾壓混凝土大壩處于地震帶內(nèi)，業(yè)主對碾壓混凝土的軸向直接抗拉強(qiáng)度值有非常嚴(yán)格的要求。經(jīng)過大量試驗(yàn)研究，本文提出使用園柱體試件，通過在兩端固定拉板和拉環(huán)進(jìn)行軸向直接抗拉試驗(yàn)，取得了滿意的試驗(yàn)成果。

關(guān)鍵詞：大壩；碾壓混凝土；抗拉強(qiáng)度；試驗(yàn)

哥斯達(dá)黎加圣巴勃羅水電站距首都圣何塞60km，該電站是TáRGOLES河上梯級開發(fā)中的一個(gè)中小型電站。項(xiàng)目總投資1.25億美元，主要有一座48m高碾壓混凝土壩、裝機(jī)5萬KW的發(fā)電廠房、引水隧洞和壓力鋼管等組成。

大壩碾壓混凝土總量為14萬m3，其中大壩上游防滲帶為二級配混凝土（最大粒徑37.5mm），設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為18MPa@ 180d，劈裂抗拉強(qiáng)度為2.44MPa@180d，軸向直接抗拉強(qiáng)度為1.44MPa；壩體內(nèi)部為三級配混凝土（最大粒徑為75mm），設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為14MPa@ 180d，劈裂抗拉強(qiáng)度為2.15MPa@180d，軸向直接抗拉強(qiáng)度為1.23MPa。

在碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)過程中，混凝土配合比設(shè)計(jì)采用美國混凝土協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)均采用美國材料試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)提出的混凝土配合比制作的混凝土，其抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均可達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度要求。對于軸向直接抗拉強(qiáng)度，現(xiàn)場采用中國電力標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DLT5150-2001）推薦的方法，所測的直接抗拉強(qiáng)度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且同組試件試驗(yàn)值偏差較大，得不到業(yè)主工程師和業(yè)主的認(rèn)可，為此研究了新的試驗(yàn)方法。

1　中國電力標(biāo)準(zhǔn)推薦的試驗(yàn)方法存在的問題

1.1 試件制作

中國電力標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DLT5150-2001）推薦的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法，所使用的主要試模為八字模（長550～600mm）和矩形長條試模（100 *100 *550mm）。對于碾壓混凝土試驗(yàn)來說，這兩種試模在成型過程中存在如下弊端。

（1）試件體積大，成型工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（2）碾壓混凝土早期強(qiáng)度較低，在試件拆模過程中容易造成試件的損傷，時(shí)有發(fā)生斷裂等情況。

（3）對于矩形長條試模（100*100*550mm），需要預(yù)埋螺紋鋼筋，在成型過程中，在配重塊的作用下預(yù)埋件經(jīng)常出現(xiàn)偏離軸心現(xiàn)象。

（4）試件偏長、偏重，在搬用過程中最少需要2人。

1.2 試驗(yàn)過程

在抗拉試驗(yàn)過程中，找準(zhǔn)抗拉軸心非常困難。本項(xiàng)目采用了矩形長條試模（100*100*550mm），從現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試件斷裂的部位大部分在預(yù)埋鋼筋的部位，試驗(yàn)結(jié)果偏低，不能準(zhǔn)確反映出混凝土的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)存在如下不足。

（1）預(yù)埋鋼筋處混凝土受力斷面最小，造成應(yīng)力集中。

（2）由于預(yù)埋鋼筋不在軸心，試驗(yàn)過程中試件不完全處于受拉狀態(tài)，出現(xiàn)扭拉現(xiàn)象。

（3）同組試件試驗(yàn)值偏差較大。

（4）對于強(qiáng)度較低的碾壓混凝土，采用國內(nèi)長條試模進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)精度偏低。

（5）試件成型均勻性和控制要求高。

2　碾壓混凝土圓柱體試件軸向直接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法

針對中國電力標(biāo)準(zhǔn)存在的上述缺陷，結(jié)合中美洲諸多水電工程碾壓混凝土抗拉試驗(yàn)方法，試驗(yàn)室通過各種試驗(yàn)摸索出采用圓柱體試件兩端粘金屬拉板方式進(jìn)行試驗(yàn)，取得了滿意的效果。

2.1 圓柱體混凝土軸向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)裝置

（1）試驗(yàn)主要裝置包括上下金屬拉板，金屬掛具等，見圖1。

圖1　試驗(yàn)主要裝置

（2）試驗(yàn)裝置各部分尺寸見圖2。

圖2　試驗(yàn)裝置各部分尺寸

2.2 試驗(yàn)步驟

2.2.1 主要試驗(yàn)器具和材料準(zhǔn)備

（1）環(huán)氧膠結(jié)材料。通過對各種環(huán)氧膠材料的試驗(yàn)，最終選擇哥斯達(dá)黎加INTAGO公司生產(chǎn)的Maxistick590環(huán)氧材料，該材料質(zhì)量符合美國材料試驗(yàn)協(xié)會ASTM G881 TypeI要求，其中A組分為環(huán)氧，B組分為固化劑。使用比例為1∶1，環(huán)氧膠的主要性能為：粘結(jié)強(qiáng)度＞7MPa@7天，＞10MPa @14天；環(huán)氧膠的抗壓強(qiáng)度＞55MPa@7天；環(huán)氧膠的抗拉強(qiáng)度＞35MPa@7天。

（2）量杯2只，容量為250m1，用于配制環(huán)氧膠時(shí)盛放A和B組分。

（3）攪拌容器，500m1。

（4）試件制作工作臺，面積1m2。

（5）水平尺1把。

它由交叉熵和L2正則化項(xiàng)組成。第1部分為交叉熵,計(jì)算了真實(shí)類別yi與預(yù)測類別之間的誤差。第2部分為L2正則化項(xiàng),引入正則化項(xiàng)可以控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部權(quán)值參數(shù)的數(shù)量級,避免訓(xùn)練得到的模型過于復(fù)雜,從而改善模型的過擬合現(xiàn)象,提高泛化能力。其中λ為正則化項(xiàng)的比例參數(shù),λ越大,正則化項(xiàng)的影響越大;ω表示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的權(quán)值。

（6）混凝土切割機(jī)1臺，鋸片直徑450mm，用于圓柱體上下端的切割、找平。

（7）液化氣爐灶，用于試驗(yàn)結(jié)束后烘烤上、下金屬拉板，使其與環(huán)氧膠脫離。

（8）清洗劑1升，用于上下金屬拉板清理。

2.2.2 試件制作

（1）圓柱體試件切割、找平。圓柱體試件在試驗(yàn)前3天切割，使其兩端露出新鮮表面，上、下端面需保證水平。另外，為了粘結(jié)牢固，在圓柱體上下兩端切割2～3條5mm深的槽子，然后將試件干燥。過程見圖3。

圖3　試件制作過程

（2）環(huán)氧膠的配制。A、B組分的比例為1∶1，試件兩端需要A組分和B組分各210m1。將A、B組分置于攪拌容器內(nèi)混合并攪拌約3分鐘，使其混合均勻。配制過程見圖4。

圖4　環(huán)氧材料配制

（3）上、下拉板的粘結(jié)。首先，在上、下金屬拉板與圓柱體試件粘接前，用砂紙清理銹斑等雜物，并用清洗劑清洗表面。然后，先粘結(jié)一端，將金屬拉板放置在已經(jīng)找平的底座上，均勻攤鋪環(huán)氧膠5～8mm，再將圓柱體試件放置與拉板中心，并檢查試件頂部端面的水平度，隨后在試件周圍填充環(huán)氧膠，使其高于拉板面約30mm即可。試件在室溫條件養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后再粘結(jié)另一端。粘結(jié)工作必須在水平的工作臺面上進(jìn)行，用水平尺控制試件端面的水平度，保證試件上、下拉板掛耳保持同一方向，并同心。粘結(jié)過程見圖5。

2.2.3 抗拉試驗(yàn)

（1）試件的安裝。先安裝上金屬掛具，再將粘接好上、下拉板的圓柱體試件與其鏈接，并固定好螺栓。在沒有安裝下掛具前，調(diào)整試件位于掛具中心線上，并用水平尺檢查上端面是否水平，最后安裝下掛具。安裝過程見圖6。

（2）加荷速度控制。初始階段緩慢加速使上下掛具鏈環(huán)與上下拉板螺栓充分接觸后，將加荷速度上升至0.2～0.5KN/S，直至試件斷裂，記錄最大荷載。

圖5　試件粘結(jié)過程

圖6　試件安裝過程

（3）試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算。直接抗拉強(qiáng)度采用公式F=P/A計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，其中：F為直接抗拉強(qiáng)度（MPa），P為破壞荷載（KN），A為圓柱體截面積（mm2）

（4）上、下拉板的脫離和清理。試驗(yàn)結(jié)束后，將試件的金屬拉板端面放置到液化氣爐灶上進(jìn)行燒烤約5～8分鐘，使環(huán)氧膠與金屬拉板脫離。脫離后金屬拉板及時(shí)清理干凈，以備后用。

3　試驗(yàn)結(jié)果對比分析

中國電力標(biāo)準(zhǔn)推薦方法和上述新方法的試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從以上試驗(yàn)結(jié)果，可看出：

（1）同標(biāo)號、同組試件長條形試件的抗拉強(qiáng)度低于圓柱體抗拉強(qiáng)度。

（2）從斷裂位置上看，長條試件均斷在在預(yù)埋鋼筋端部，圓柱體試件斷裂在試件中部。

表1　試驗(yàn)結(jié)果對比

（3）從同組試件之間的強(qiáng)度值差異看，圓柱體試件試驗(yàn)結(jié)果的差異比長條形試件小。

（4）圓柱體試件能真實(shí)反映試件在軸向拉伸條件下的抗拉強(qiáng)度，長條形試件存在偏心的問題，致使抗拉強(qiáng)度偏小。

（5）圓柱體抗拉試件的制作要比長條試件簡易，并容易控制其抗拉軸心。

4　結(jié)論

無論是中國電力標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DLT5150-2001）還是歐美國家試驗(yàn)規(guī)范（如ASTM，AGI和BS等），對試件直接抗拉強(qiáng)度的敘述都不是很詳盡，其中中國電力標(biāo)準(zhǔn)對于碾壓混凝土試件制作幾乎沒有詳細(xì)的步驟和應(yīng)注意的環(huán)節(jié)。在哥斯達(dá)黎加圣巴勃羅水電站項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過現(xiàn)場試驗(yàn)提出的碾壓混凝土軸向抗拉試驗(yàn)方法取得較滿意的效果，可以為其他工程碾壓混凝土抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］DL/T5150-2001.水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］SL352-2006.水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程（附條文說明）［S］.

［3］AGI207.5R-11，Reporton Ro11er-Gompacted MassGoncrete［S］.

［4］EM1110-2-2006，Ro11er-Gompacted Goncrete［S］.

［5］GRD-G164-92，Standard TestMethod forDirectTensi1eStrength of Gy1indrica1GoncreteorMortarSpecimens［S］.

［6］ASTM D2936-95，Method forDirectTensi1eStrength ofIntactRock GoreSpecimens［S］.

［7］ASTM G469-02，TestMethod forStaticModu1usofE1asticityand Poisson'sRatioofGoncretein Gompression［S］.

［8］ASTM G39-12，TestMethod forGompressiveStrength ofGy1indrica1 GoncreteSpecimens［S］.

作者簡介：張 剛（1968年—），男，高級工程師。

收稿日期：2015-10-15

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.016

中圖分類號：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0043-04