碾壓混凝土的抗裂性能
2005-12-13 00:00
摘要：為研究碾壓混凝土抗裂性能，分析了碾壓混凝土彈性模量、極限拉伸、徐變變形、干縮、自身體積變形、溫度變形等的變形特性，通過與常態(tài)混凝土的比較，說明碾壓混凝土具有較好的抗裂性能；提出抗裂參數(shù)，通過初步試驗(yàn)證明其合理性。其值越大，混凝土的抗裂性能就越好；二級(jí)配碾壓混凝土的抗裂性能優(yōu)于三級(jí)配碾壓混凝土的抗裂性能。隨著齡期的增加，碾壓混凝土的抗裂性能將得到提高。
關(guān)鍵詞：碾壓混凝土；變形特性；抗裂性能
Crack resistance of roller compacted concrete
LIU Shu—hua，ZENG Li，W U Ding—yan
Abstract：Characteristic of deformation iS the most important index of crack resistance of RCC. Narrate characteristic of deformation such as elastic modulus，ultimate elongation，creep，shrinkage，own volume deformation and temperature deformation. which shows that crack esistance of RCC iS better than that of ordinary concrete. Present of parameter of crack resistance prove it is a better kind of method to evaluate crack resistance of RCC。 The larger the parameter is，the better crack resistance of RCC becomes。Crack resistance of two gradated RCC is better than that of three gradated RCC，and Crack resistance of RCC develops with age.
Key words：RCC；characteristic of deformation；crack resistance
混凝土的開裂主要是由于其中的拉應(yīng)力超過了抗拉強(qiáng)度。混凝土干縮、降溫冷縮及自身體積收縮等變形，受到基礎(chǔ)及周圍環(huán)境的約束時(shí)(限制收縮)，在混凝土內(nèi)引起拉應(yīng)力，并可能引起混凝土的開裂 。為了提高混凝土的抗裂能力，通常是提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值，降低混凝土的彈性模量及收縮變形等。本文將對(duì)碾壓混凝土的變形特性進(jìn)行論述，并提出其抗裂評(píng)價(jià)方法。
1 碾壓混凝土的變形特征
碾壓混凝土的變形包括荷載和非荷載作用下的變形。荷載作用下的變形性能主要有彈性模量、極限拉伸及徐變變形等；非荷載作用下的變形包括干縮濕脹、自身體積變形、溫度變形等。
1.1 碾壓混凝土的彈性模量
碾壓混凝土彈性模量分為抗壓和抗拉，兩者大致相當(dāng)，與常態(tài)混凝土一樣，受很多因素影響：骨料的彈性模量、硬化膠凝材料漿的結(jié)晶程度、混凝土的灰骨比、混凝土的容量、硬化膠凝材料漿與骨料界面的膠結(jié)情況、混凝土的孔隙率及孔分布情況、混凝土強(qiáng)度及齡期等。大量資料表明，一般90 d齡期抗壓強(qiáng)度為lO～20 MPa的高粉煤灰摻量碾壓混凝土，其彈性模量約為25～31 GPa。
混凝土的彈性模量與所含粗骨料的量及最大粒徑有關(guān)。若室內(nèi)測(cè)得的碾壓混凝土的彈性模量與常態(tài)混凝土的彈性模量大致相當(dāng)，壩體碾壓混凝土的彈性模量必定小于常態(tài)混凝土的彈性模量。因?yàn)槭覂?nèi)經(jīng)過濕篩后制得的碾壓混凝土試件中粗骨料所占比例較常態(tài)混凝土試件高，而現(xiàn)場(chǎng)昆凝土的情況則相反，而且碾壓混凝土中粗骨料最大粒徑相對(duì)較小?；炷恋膹椥阅Ａ颗c其強(qiáng)度直接相關(guān)，而碾壓混凝土的早期強(qiáng)度較低，發(fā)展較慢，因此，早期彈性模量較低，這對(duì)改善碾壓混凝
土的抗裂性是非常有利的。
1.2 碾壓混凝土的極限拉伸值
極限拉伸值是7昆凝土防裂的重要指標(biāo)之一。與常態(tài)混凝土一樣受膠凝材料用量、混凝土的抗拉強(qiáng)度、7昆凝土的彈性模量及齡期等影響。大量工程資料表明：于貧碾壓混凝土28 d齡期的極限拉伸值約40～70με，90 d齡期比28 d齡期增長(zhǎng)不多，高粉煤灰摻量碾壓混凝土90 d齡期極限拉伸值約為60～90με。美國(guó)資料指出：水泥膠結(jié)砂礫石料碾壓混凝土(低膠凝材料碾壓混凝土)365d的拉伸應(yīng)變能力約為60με，僅相當(dāng)于高粉煤灰摻量碾壓混凝土115με的一半，而且后者的拉伸能力仍在繼續(xù)增長(zhǎng)。
目前的資料表明，既有碾壓混凝土的極限拉伸值高于常態(tài)混凝土的，也有低于常態(tài)混凝土的。這要視混凝土配合比的具體情況而定。由于室內(nèi)試驗(yàn)經(jīng)過濕篩去了粒徑>40 mm的骨料，獲得的混凝土極限拉伸值>壩體混凝土極限拉伸值。
1.3 碾壓混凝土的徐變
碾壓混凝土的徐變與常態(tài)混凝土相似，也受諸多因素的影響 主要有混凝土的灰漿率、混凝土配合比、水泥性質(zhì)、骨料的礦物成分與級(jí)配、加荷齡期、持荷應(yīng)力及持荷時(shí)間、結(jié)構(gòu)尺寸等。
國(guó)外資料表明，在混凝土強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，碾壓混凝土的徐變比常態(tài)混凝土約低20％ 。國(guó)內(nèi)資料表明，碾壓混凝土的徐變比不摻粉煤灰的常態(tài)混凝土的徐變小約30％～60％ ，比摻粉煤灰的常態(tài)混凝土低約10％ ～25％ 。我國(guó)目前常用的高粉煤灰摻量碾壓混凝土的灰漿率低于常態(tài)混凝土，總的徐變變形似應(yīng)低于常態(tài)混凝土，然而碾壓混凝土的早期強(qiáng)度較低，增長(zhǎng)率較小，因此，早期持荷的徐變變形未必<常態(tài)混凝土。另外，壩體內(nèi)部常態(tài)昆凝土一般使用四級(jí)配粗骨料，而碾壓混凝土一般使用三級(jí)配粗骨料且>40 mm的粗骨料所占比例較小。又由于室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)常態(tài)混凝土篩除的粗骨料比碾壓混凝土篩除的相對(duì)較多，增大了試件灰漿率的差距，也就使試驗(yàn)室所測(cè)徐變變形的差距拉大。
1.4 碾壓混凝土的干縮
影響混凝土于縮的因素主要是配合比、水泥品種及摻合料種類和摻量等。單位用水量大、膠凝材料用量多則于縮率大，相反則小。天然粗骨料一般認(rèn)為是不收縮的且彈性模量大，故粗骨料使混凝土的收縮小。若水泥漿量一定，砂率大則混凝土于縮也稍大。使用需水量大的水泥及摻合料品種，則混凝土干縮較大。多數(shù)粉煤灰顆粒圓滑密實(shí)、需水量小，因此，摻粉煤灰的混凝土干縮較小。
碾壓混凝土與常態(tài)混凝土相比，用水量小，膠凝材料用量一般也較少，而且摻有較大比例的粉煤灰，因此其于縮明顯小。國(guó)內(nèi)部分工程資料表明：碾壓混凝土的于縮率小于常態(tài)混凝土。這對(duì)于減少以至避免于縮裂縫是有利的。
1.5 碾壓混凝土的自身體積變形
自生體積變形主要是由膠凝材料和在水化反應(yīng)前后反應(yīng)物與生成物密度不同所致。碾壓混凝土的自生體積變形多表現(xiàn)為收縮，若膠凝材料中含有某些膨脹的成分，也會(huì)表現(xiàn)為膨脹。碾壓混凝土的自生體積變形明顯小于常態(tài)混凝土，這是因?yàn)槟雺夯炷聊z凝材料用量較少，水膠比較小，化學(xué)反應(yīng)收縮量必然低。此外，碾壓混凝土中摻有一定量的粉煤灰，而粉煤灰反應(yīng)生成產(chǎn)物時(shí)周圍產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多數(shù)已具有較高的強(qiáng)度，這些后期生成的水化產(chǎn)物對(duì)自生體積變形影響較小，自生體積變形小對(duì)于減少混凝土的內(nèi)應(yīng)力是有利的。
1.6 碾壓混凝土的溫度變形
混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)。其變形的大小可用溫度變形系數(shù)(或線膨脹系數(shù))表示。碾壓混凝土的溫度變形系數(shù)隨所用骨料種類及配合比的不同而變化，但其變化不大，一般在6×10-6～12×10-6／℃ 。灰骨比大的混凝土溫度變形系數(shù)也大。以石英巖依次減小，通常碾壓混凝土與常態(tài)混凝土的溫度變形系數(shù)無明顯差別。由于碾壓混凝土膠凝材料用量較少，且大部分為粉煤灰，其絕熱溫升值低，引起的溫度變形明顯低于常態(tài)混凝土。
2 抗裂參數(shù) 的提出
影響碾壓混凝土抗裂性能的因素很多，有的甚至相互交叉影響。為了全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)碾壓混凝土的抗裂性能，根據(jù)碾壓混凝土的結(jié)構(gòu)特性和變形性能，提出了用于評(píng)價(jià)碾壓混凝土抗裂能力的指標(biāo)— —抗裂參數(shù)φ，其表達(dá)式為
φ=εpRi／( α△Ti)
式中： εp為nd齡期時(shí)混凝土的極限拉伸值(×10 -6)；Ri為n d齡期時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度(MPa)；α為混凝土的溫度變形系數(shù)(1／℃)；△ 為n d齡期時(shí)混凝土的的溫升(℃ )；Ei為n d齡期時(shí)混凝土的抗拉彈性模量(MPa)。φ為無量綱參數(shù)，其值越大，混凝土抗裂性就越好。
3 室內(nèi)試驗(yàn)
為了檢驗(yàn)抗裂參數(shù) 評(píng)價(jià)碾壓混凝土抗裂性的效果，設(shè)計(jì)了二級(jí)配和三級(jí)配兩種碾壓混凝土，其配合比和混凝土性能分別見表1、2。
表1 原碾壓混凝土配合比
表2 碾壓混凝土的性能
表2的試驗(yàn)結(jié)果表明：二級(jí)配碾壓混凝土的極限拉伸值高于三級(jí)配碾壓混凝土，彈強(qiáng)比低于三級(jí)配碾壓混凝土，值高于三級(jí)配碾壓混凝土，這說明二級(jí)配碾壓混凝土的抗裂性能優(yōu)于三級(jí)配碾壓混凝土；同種碾壓混凝土，90 d齡期碾壓混凝土的極限拉伸值高于28 d碾壓混凝土，彈強(qiáng)比低于28 d碾壓混凝土， 值高于28 d碾壓混凝土，說明碾壓混凝土抗裂性能隨齡期提高了。
對(duì)比極限拉伸值、彈強(qiáng)比和 值，三者所表達(dá)的意義一致。且碾壓混凝土抗裂參數(shù) 綜合了碾壓混凝土的主要物理力學(xué)特性，更有效、合理。
4 結(jié)論
1)碾壓混凝土的抗裂性能優(yōu)于常態(tài)混凝土。
2)提出一種更為合理的評(píng)價(jià)碾壓混凝土抗裂性能的指標(biāo)(抗裂參數(shù))，其值越大，混凝土的抗裂性就越好。
3)二級(jí)配碾壓混凝土的抗裂性能優(yōu)于三級(jí)配碾壓混凝土，隨著齡期的增加，碾壓混凝土的抗裂性能將得到提高。
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