实验研究新的混凝土外加剂及其函数的填充和加强花岗岩裂缝

文摘

混凝土外加剂和水潴留和超疏水特性是抗拉强度高,耐裂,混凝土衬里的防渗要求。毛细吸水,早期混凝土开裂,立方体抗压强度、分裂拉伸测试是用来研究的影响新混凝土掺合料混凝土的基本性能。在此基础上,进行了三轴压缩试验在花岗岩裂缝充满包含掺合料的混凝土;应力-应变和故障特征在不同掺合料用量,围岩压力,裂缝宽度进行了分析和加固效果的掺合料的混凝土裂隙岩体进行了研究。结果表明,掺合料可以有效地改善混凝土抗水和裂缝的能力,和混凝土外加剂大大强化了裂隙岩体。因此,它可以广泛应用于充填和加固岩体破裂了。

1。介绍

与地下工程的规模和复杂性的增加,混凝土衬砌结构的性能要求对地下隧道和洞穴越来越严格。现代隧道理论侧重于机械的进化周围rock-lining系统(1,2],许多学者研究了混凝土衬砌的力学性能。丁等。3]研究了衬砌恶化对隧道的地震易损性的影响通过模型试验和指出,衬里恶化随着时间的增加产生的影响。考虑到时间和空间的影响喷射混凝土,徐et al。4]研究了喷射混凝土层的应力特点与不同围岩的岩体质量和响应,提出混凝土喷层的适用的评价方法。Oreste [5研究了喷射混凝土衬砌的力学性能和提供了衬砌安全系数的计算方法。Gschwandtner和吉利莲(6]研究了收敛约束方法的应用在混凝土衬砌,考虑时间效应。陆et al。7]研究了水泥灌浆充填岩石的性能。然而,伤害和失败的混凝土衬里工程项目仍然是常见的。例如,Shiziya隧道于2003年竣工并开始使用,经历了严重崩溃的衬里支持和漏水(2004年8]。Sanchaling隧道的衬砌结构(9],Jinjiguan隧道[10),和Liupanshan隧道11不同程度受损后这些隧道进入操作,既有着实质性的影响工程安全与社会和经济发展。

地下洞室衬砌开裂是一个常见的问题。在调查汶川地震地区的隧道,霁et al。12)发现,大多数地震损坏的围岩洞穴是由衬砌裂缝造成的。许多因素可能会导致围岩衬砌裂缝的工程项目,包括调查和设计不当和不满意的建设和维护。特别是,不合格的衬里材料的使用是导致衬砌裂缝的主要因素。因此,新型高性能材料的应用解决衬砌开裂的问题值得进一步研究。高性能混凝土材料研究,但仍有有限数量的研究中使用这些材料衬里支持地下工程围岩的项目。通过实验室模型试验,崔et al。13)发现后变形,钢纤维混凝土的初始支持可能与围岩特性曲线的相交,从而使围岩结构保持稳定。郭(14]研究了混凝土用于灌浆加固,而磷酸酸水的设置时间玻璃和玻璃灰水与不同的混合比例,并提出相关的设计参数。李等人。15)研究的影响具体的粒度和nanosilica内容在岩石裂隙灌浆加固效果。崔(16使用地质聚合物)研究的可能性,这是一种胶结材料,治疗在隧道衬砌裂缝。人们普遍认为,粉煤灰的加入可以显著提高混凝土的不渗透性。奈克et al。17)的影响进行了实验研究,大量的粉煤灰混凝土的不渗透性。他们的研究结果表明,只要的粉煤灰代替水泥不超过50%,粉煤灰的加入会降低混凝土的氯离子渗透性。于和王18)开发出一种混凝土掺合料,成功地促进了水泥的水化程度显著提高混凝土的抗裂性能和拉伸性能。

有限数量的高性能材料被开发出来用于周围rock-lining支持在地下工程项目中,因此,研究和开发的新型混凝土材料具有优异的防渗、抗裂缝,抗拉力属性是重要的地下工程围岩的稳定。在这项研究中,一个新的混凝土掺合料用于围岩的衬里。通过毛细吸水、早期混凝土开裂、立方体抗压强度、分裂和拉伸测试,添加到混凝土的掺合料的性能在这个研究调查。此外,进行了三轴压缩试验与包含掺合料混凝土填充花岗岩裂缝后,和修改的工作性能混凝土衬里的围岩进行了分析确定强化效应的混凝土外加剂对岩体破裂了。

2。材料和方法

2.1。材料

高强度(HS)外加剂,粒子大小为100μ米,是一个包含无机和有机材料的超疏水粉。层结构,平面结构,一个球形结构,光滑的球体结构(见图1)。薄板无机基质具有耐热性的性质,耐腐蚀,强度高。表结构,高径厚比,会阻碍水的渗透和其他腐蚀性物质在混凝土衬砌。表面之间的化学键的有机化合物和无机粉末在碱性条件下给出了混凝土材料疏水性质。

添加HS掺合料混凝土材料可以改善混凝土混合物的分离和渗透,加强混凝土骨料之间的联系,并促进充分反应之间的胶结灌浆材料和水化产物生成高强度和高稳定的凝胶,与HS和晶核剂。然后,许多疏水性膜生成在毛细管通道,和泡沫和薄膜厚度约为20纳米介绍了形成不透水的“隔离区”透水材料,可以改善混凝土衬里的防水性能。

为了验证其性能,HS添加到混凝土掺合料,和毛细吸水,早期混凝土开裂,立方体抗压强度、分裂强度,进行了三轴压缩试验。样例中使用的材料的混凝土混合物如下:波特兰水泥测试等级为42.5,符合中国国家标准gb175 - 2007(相当于Eurocode杰姆我42.5,ENV197-1: 2000);天然河沙作为细集料细度为2.8;石灰石与粗骨料直径5 - 20毫米;减水剂;和HS外加剂。表1显示了混合比的混凝土用于每个测试。

2.2。毛细吸水试验

圆柱直径150毫米的标本,每个和高度300毫米的准备,和HS外加剂添加0%和3%的比例。经过28天的维护、环氧树脂应用于顶部和两侧,然后,标本的底部放置在一个水吸收装置的水深3 - 5毫米测量吸水高度在不同的时间点。每个标本进行了三次测试。

2.3。早期混凝土开裂能力

21°的温度和相对湿度为60%,早期开裂测试(19)是进行混凝土混合物HS掺合料为0%和3%。测试设备的大小 ,和中央风速不少于5米/秒。每个样品进行了两次测试。

2.4。立方体抗压强度试验

立方标本 在大小和含0%,1%,3%,和5%的HS外加剂是准备。维修后28天,两个立方体抗压强度的测试(19为每个样本)进行。

2.5。分裂拉伸试验

立方标本 在大小和含0%,1%,3%,和5%的HS外加剂是准备。维护28天之后,两个分裂拉伸测试(19为每个样本)进行。

2.6。三轴压缩试验通过填写花岗岩裂缝

测试花岗岩来自兰州,甘肃、中国。圆柱形花岗岩标本直径50毫米和100毫米高度准备。模拟周围的岩石,标本包含垂直和水平裂缝是由切割,然后,裂缝满心包含HS掺合料的混凝土。在图所示的标本2。

3所示。HS外加剂的性能和测试结果

3.1。毛细吸水试验的结果

毛细吸水试验的结果在图所示3。基准的标本(0%)有一个毛细吸水率高,与混凝土的毛细吸水率3% HS外加剂是远低于基准试样的整个过程。基准的标本(0%)吸收水迅速在前1440分钟,然后吸收速率减缓,最后,大约3.21毫米的水达到一个高度后,吸附率稳定。标本HS剂3%,毛细吸水高度只有0.88毫米在1440分钟,并最终稳定在一个高度约0.92毫米。分析表明,添加HS剂有效地改善混凝土的吸水阻力。

3.2。早期混凝土开裂试验的结果

早期混凝土开裂后的标本的表面条件测试如图4。表2显示了许多裂缝和开裂区域表面的标本和两个外加剂用量。如图4,基准的标本(0%)有一个更大的数量比HS 3%掺合料的混凝土裂缝。表2表明,3%掺合料的混凝土的裂缝数量明显降低单位面积和一个小得多的开裂区相对于基准标本(0%)。因此,HS剂有效地改善混凝土的早期开裂的能力。同时,商品3%的混凝土外加剂表现更好的保水性,而没有HS外加剂失去更多的水。

HS外加剂改善混凝土的早期开裂的能力,因为它包含大量的活跃的SiO₂,艾尔。₂O₃和曹。这些组件可以与水泥水化所产生的物质反应,从而提高水化水泥的成分,减少水的内部和外部的迁移。水化硅酸钙钙₅如果₆O₁₆(哦)⋅4 h₂O碱度低,强度高,稳定性好是在这个过程中生成的,提高了水合凝胶状的物质组成。早期混凝土的成型,HS外加剂可以限制收缩,防止水从具体的损失,从而减少干燥裂缝,从而降低开裂面积和修改混凝土裂缝的数量。

3.3。立方体抗压强度试验的结果

立方体抗压强度测试的结果在图所示5,这表明,标本的立方体抗压强度下降,HS外加剂用量增加。基准的标本(0%)的抗压强度为48.4 MPa。立方体抗压强度值标本用1%和3% HS外加剂分别为48.0和43.5 MPa,分别是0.8%和10.1%低于基准样本的值;标本HS掺合料为5%,立方体抗压强度为39.5 MPa,代表基准试样相比减少了18.4%。

在该测试中,HS外加剂降低损伤混凝土标本。基准(0%)标本显示垂直裂缝和高度的破碎。标本的1% HS外加剂基准标本显示类似的失效模式;然而,片段之间的遮挡关系更紧凑,破碎的程度降低。3%和5%的标本HS掺合料更完整,与破碎的数量进一步减少。

3.4。分裂拉伸试验的结果

分裂拉伸试验的结果在图所示6,这表明,分裂抗拉强度先增加然后减少HS掺合料数量增加。分裂基准试样的抗拉强度(0%)为2.3 MPa;标本HS剂1%,分裂抗拉强度为2.8 MPa,代表基准的标本相比增长了21.7%;标本HS掺合料为3%,抗拉强度达到分裂的峰值3.1 MPa,高于34.8%的值基准标本;标本HS掺合料为5%,分裂抗拉强度下降到2.3 MPa。

HS外加剂用量也影响了分裂的拉伸失效模式标本。基准的裂隙表面标本(0%)是整洁、界面裂缝形成和标本没有粉碎标志。本地标本1%掺合料破裂,裂纹表面比基准的标本更坚固。标本用3%和5%掺合料显示不均匀的裂缝。

4所示。三轴压缩试验包含HS的花岗岩裂缝填充混凝土外加剂

4.1。HS外加剂用量

研究钢筋HS外加剂用量对岩体的影响,岩石标本和4毫米宽的垂直裂缝是准备和充满混凝土含0%,1%,3%,和5%的HS外加剂。然后,进行了三轴压缩试验在鞣制- 2000 MPa围压的三轴试验机2。应力-应变曲线和失效模式如图所示7。

如图7,受损的基准标本(0%)有一个从上到下裂,0 - 2毫米的宽度,锯齿叶缘沿深度方向。整个试样破裂和剥落,填充层变得支离破碎。

损坏的标本有1% HS掺合料有两个裂缝从上到下两边的填充层,1 - 2毫米的深度。两者之间的标本开裂和剥落锯齿沿深度方向的裂缝。从样品表面岩石剥落,破坏面是步骤的特征。

标本的3% HS掺合料有两个明显的裂缝从上到下两边的填充层。岩石和填充层内这两个裂缝开裂和剥落。面向一个锯齿状的裂缝从上到下,1 - 1.5毫米,宽的两边,有羽状裂缝。中间的其他裂缝短斜,和整个剥落表面是不均匀的,有一个陡峭的倾角,2毫米宽的裂缝,向上延伸的下部通过中间部分标本的标本,然后逐渐结束。此外,有纵向和横向裂缝和梯状损伤层。

损坏的标本有5% HS掺合料填充层的背面有四个裂缝。特别是,一个裂缝是一个短的垂直裂缝,裂缝发展间接和分割的两大裂缝,剩下的主要裂缝是锯齿状的,新月形的侧脸,深度的0.5 - 2毫米。主要裂缝和填充层之间的岩石破裂和剥落,和损坏的表面有两个步骤。应力-应变曲线的箍应变大于轴向应变。

HS外加剂用量的增加,整体应变峰值降低,这表明添加HS外加剂改善试样的轴向和径向刚度和裂缝。标本的5% HS掺合料显示峰值强度的明显减少,而另一个标本有类似的峰值强度值,这是与分裂拉伸试验的结果一致。因此,包含3% HS掺合料的混凝土建议填补裂缝。

4.2。围压

研究围压影响岩石的力学性能与含有HS掺合料的混凝土,与6毫米宽的垂直裂缝岩石标本准备。样品含有3% HS外加剂围压力下测试2,4,6 MPa。应力-应变曲线和失效模式如图所示8。

图8表明,围压作用下2 MPa,损坏的标本有两个倒y形裂缝和两个斜裂缝。一个倒y形裂缝严重损坏,这个裂缝之间的岩石和填充层完全粉碎了。短斜裂之间的岩石下部和填充层剥落,和岩石标本的上部坍塌。4 MPa的围压下,两个小横向裂缝和两个小斜裂缝出现在填充层和聚合,在上部岩石破碎。6 MPa的围压下,有一个高的斜裂缝倾角的填充层,从上到下,显然有裂缝的底部。除了裂缝,不清楚小羽状裂缝出现关闭。

总之,在不同围压下,标本与填充裂缝的应力应变值类似的标本没有裂缝。标本损坏时,填充层紧密连接到岩石滑动不明显。破碎的表面,从上到下,出现在摇滚而不是填充层本身,这表明混凝土包含HS外加剂能有效填补岩石裂缝。

4.3。裂缝宽度

研究包含HS掺合料的混凝土钢筋岩体裂缝宽度不同,岩石标本与垂直裂缝4毫米和6毫米的准备。HS外加剂用量为3%,和围压2 MPa。应力-应变曲线和失效模式如图所示9。

图9表明,受损的标本4毫米的裂缝有两个裂缝,从上到下的填充层,深度约为1 - 1.5毫米。两者之间的岩石和填充混凝土裂缝是破碎和剥落,裂缝显示一个锯齿形的形状,有羽状裂缝。有一个损坏的裂缝宽度约2毫米的表面剥落,从下部向上延伸的标本的中间部分标本,然后逐渐结束。有横向裂缝,在填充层状损害。

损坏的标本6毫米的裂缝有一个倒y形裂缝的填充层从上到下。上面的岩石裂隙破碎剥落,还有更多的裂缝标本。两个倒y形的裂缝也形成的层。一个倒y形裂缝,岩石裂隙分岔的破碎了。y型裂缝的逐渐减弱,最终收敛的填充层。填充层的上部断了,由于岩石破碎和去皮剥落。虽然有许多纵向裂缝的标本,标本的总体框架是完好无损。

总的来说,损坏的标本与裂缝宽度的4毫米高度完好无损,而6毫米的标本与裂缝宽度有许多纵向裂缝。峰值强度的标本两种不同裂缝宽度没有明显变化,和损伤后的轴向压力也几乎相同。此外,标本显示高的山峰后残留的优势,表明混凝土包含HS掺合料可以有效地加强不同宽度的裂缝。

5。结论

作为一种新型外加剂的混凝土衬里周围的岩石,HS掺合料显示良好的保水性和超疏水特性,因此它适用于严酷的工作条件的衬里周围的岩石。通过三轴压缩试验,包含HS掺合料的混凝土的填充能力和加强岩石裂缝评价。结论如下:(1)HS外加剂大大降低了混凝土的吸水率,显著提高了水的阻力(2)HS剂有效地阻止混凝土失水和干燥混凝土的裂缝的数量减少(3)HS外加剂在混凝土胶结。随着HS外加剂用量的增加,损坏的标本在立方体抗压强度更完整,损坏表面的粗分割下的试样拉伸试验(4)包含商品的混凝土外加剂是适用于岩石标本与预制裂缝,因为它有效地强化了岩石裂缝

数据可用性

部分或全部数据、模型或代码生成或使用期间的研究可从相应的作者的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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