MgO砼自生体变形的仿真分析的双曲线模型.doc

MgO微膨胀混凝土 自生体积变形的计算与原型观测的对比分析 袁明道 杨光华 （广东省水电科学研究院 510610） 【摘 要】 本文应用MgO微膨胀混凝土的双曲线模型以及在变温条件下的当量龄期法，计算了自生体积变形。结果表明，计算值与原型资料是相吻合的，当量龄期法在数值计算上是优于常规方法的。 【关键词】 MgO 混凝土 自生体积变形 原型观测 实测对比 1. 前言 MgO微膨胀具有延迟膨胀特点，可用于抵消砼水化热由于温降而产生的砼收缩[1]，达到改善温度应力、控制温度裂缝的重要目的，国内首座利用外掺MgO砼不分横缝快速建成的广东省长沙拱坝[2]已投入使用。 本文应用MgO微膨胀混凝土的双曲线模型以及在变温条件下的当量龄期法，实现用恒温的试验结果来模拟变温条件下的膨胀特性的方法，计算了自生体积变形，并与原型观测资料作了对比。结果表明，计算值与原型资料是相吻合的，也表明了变温条件下的当量龄期法是合理可行的。 2. MgO微膨胀砼自生体积变形分析的计算原理 根据现有的试验成果，MgO微膨胀砼长期在恒温条件下以及在变温条件下的变形特性为：(1)在同一MgO掺量下，不同恒温温度下的膨胀量是不同的；(2)在变温场条件下，从低温到高温，当膨胀未完成时，仍会继续有较大的膨胀变形，而从高温到低温时，膨胀量不会减少，但增加量很小；(3)变形的单调递增及其不可逆性；(4)长期膨胀变形是稳定的。计算模型和方法以此为基础。 2.1 双曲线模型[3][4]的选用 根据MgO微膨胀混凝土在恒温条件下的变形特性，选用双曲线模型： (1) 其中：：任意温度、龄期下混凝土的自生体积变形；：不同的龄期，(天)；：不同的温度，；、、、为常系数。 2.2 当量龄期法引入[5] 在同一掺量MgO砼恒温条件下，若忽略温度偏量的影响后，由于温度、龄期变化所产生的膨胀增量为： (2) ：温度；：龄期。：MgO砼自生体积变形。 为了充分反映MgO砼在变温条件下的变形特点，当量龄期法在常规增量计算式(1)的前提下段的膨胀量为图1所示： 图1 温升过程当量龄期法示意 中点法龄期时刻的方向导数为，采用膨胀量相同的变温后曲线上相应时刻为的切向导数来代替，其中：定义为当量龄期。当量龄期由膨胀量相同条件求得： (3) 则膨胀增量为： (4) 2.3自生体积变形量的计算方法 对双曲线模型的自生体积变形进行Tylor展开，保留一阶项，得到MgO砼自生体积变形的表达式： (5) (6) 式中，；分别为时刻的温度； 为中点时刻；为当量龄期所对应的时刻。 3. 自生体积的计算与原型观测对比分析 3.1 引入当量龄期法的双曲线模型 以某工程在4.5%掺量下不同恒温条件下室内试验的MgO砼自生体积变形结果为例[1]，根据室内试验资料和经验，确定不同恒温条件下相应的极限膨胀量为： ，，， 图2 某掺量MgO砼自生体积变形拟合 数据拟合后的双曲线模型的方程表示为： (7) 因此： (8) (9) 3.2 自生体积的监测及成果整理 现场测定混凝土在恒温绝湿的条件下，仅仅由于胶凝材料的水化作用引起的体积变形为自生体积变形（它不包括混凝土受外荷载，温度、湿度和碱-活性骨料影响所引起的体积变形）。 (10) ：混凝土自生体积变形；：应变计应变灵敏度； ：测量的电阻比；：电阻比基准值； ：应变计温度补偿系数；：混凝土温度线膨胀系数； ：实测温度；：温度基准值。 3.3 监测资料的对比 应用以上所建立的双曲线模型，采用两种方法对该工程现场原型实测的结果进行计算预测，并与现场原型实测结果进行比较。 N13、N14为某高程各相距50cm的实测自生体积变形值的两支仪器，在该处还实测了砼温度的变化过程。根据实测的时间温度历程，分别用常规法方程式(8)和当量龄期法方程式(9)对其进行计算预测。 图3 监测点N13自生体积变形过程线 N13、N14计算与实测的体变过程的比较如图2和图3所示，1年后和3.5年的计算值与实测值的结果比较如表1所示。 图4 监测点N14自生体积变形过程线 表1为实测变形值与计算值的对比，可以得出： (1) 常规法与当量法都能反映了MgO砼自生体积