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碾压混凝土的抗裂性能

混凝土 2005-12-13

摘要：为研究碾压混凝土抗裂性能，分析了碾压混凝土弹性模量、极限拉伸、徐变变形、干缩、自身体积变形、温度变形等的变形特性，通过与常态混凝土的比较，说明碾压混凝土具有较好的抗裂性能；提出抗裂参数，通过初步试验证明其合理性。其值越大，混凝土的抗裂性能就越好；二级配碾压混凝土的抗裂性能优于三级配碾压混凝土的抗裂性能。随着龄期的增加，碾压混凝土的抗裂性能将得到提高。

关键词：碾压混凝土；变形特性；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

混凝土的开裂主要是由于其中的拉应力超过了抗拉强度。混凝土干缩、降温冷缩及自身体积收缩等变形，受到基础及周围环境的约束时(限制收缩)，在混凝土内引起拉应力，并可能引起混凝土的开裂。为了提高混凝土的抗裂能力，通常是提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值，降低混凝土的弹性模量及收缩变形等。本文将对碾压混凝土的变形特性进行论述，并提出其抗裂评价方法。

1 碾压混凝土的变形特征

碾压混凝土的变形包括荷载和非荷载作用下的变形。荷载作用下的变形性能主要有弹性模量、极限拉伸及徐变变形等；非荷载作用下的变形包括干缩湿胀、自身体积变形、温度变形等。

1.1 碾压混凝土的弹性模量

碾压混凝土弹性模量分为抗压和抗拉，两者大致相当，与常态混凝土一样，受很多因素影响：骨料的弹性模量、硬化胶凝材料浆的结晶程度、混凝土的灰骨比、混凝土的容量、硬化胶凝材料浆与骨料界面的胶结情况、混凝土的孔隙率及孔分布情况、混凝土强度及龄期等。大量资料表明，一般90 d龄期抗压强度为lO～20 MPa的高粉煤灰掺量碾压混凝土，其弹性模量约为25～31 GPa。

混凝土的弹性模量与所含粗骨料的量及最大粒径有关。若室内测得的碾压混凝土的弹性模量与常态混凝土的弹性模量大致相当，坝体碾压混凝土的弹性模量必定小于常态混凝土的弹性模量。因为室内经过湿筛后制得的碾压混凝土试件中粗骨料所占比例较常态混凝土试件高，而现场昆凝土的情况则相反，而且碾压混凝土中粗骨料最大粒径相对较小。混凝土的弹性模量与其强度直接相关，而碾压混凝土的早期强度较低，发展较慢，因此，早期弹性模量较低，这对改善碾压混凝

土的抗裂性是非常有利的。

1.2 碾压混凝土的极限拉伸值

极限拉伸值是7昆凝土防裂的重要指标之一。与常态混凝土一样受胶凝材料用量、混凝土的抗拉强度、7昆凝土的弹性模量及龄期等影响。大量工程资料表明：于贫碾压混凝土28 d龄期的极限拉伸值约40～70με，90 d龄期比28 d龄期增长不多，高粉煤灰掺量碾压混凝土90 d龄期极限拉伸值约为60～90με。美国资料指出：水泥胶结砂砾石料碾压混凝土(低胶凝材料碾压混凝土)365d的拉伸应变能力约为60με，仅相当于高粉煤灰掺量碾压混凝土115με的一半，而且后者的拉伸能力仍在继续增长。

目前的资料表明，既有碾压混凝土的极限拉伸值高于常态混凝土的，也有低于常态混凝土的。这要视混凝土配合比的具体情况而定。由于室内试验经过湿筛去了粒径>40 mm的骨料，获得的混凝土极限拉伸值>坝体混凝土极限拉伸值。

1.3 碾压混凝土的徐变

碾压混凝土的徐变与常态混凝土相似，也受诸多因素的影响主要有混凝土的灰浆率、混凝土配合比、水泥性质、骨料的矿物成分与级配、加荷龄期、持荷应力及持荷时间、结构尺寸等。

国外资料表明，在混凝土强度相当时，碾压混凝土的徐变比常态混凝土约低20％。国内资料表明，碾压混凝土的徐变比不掺粉煤灰的常态混凝土的徐变小约30％～60％，比掺粉煤灰的常态混凝土低约10％～25％。我国目前常用的高粉煤灰掺量碾压混凝土的灰浆率低于常态混凝土，总的徐变变形似应低于常态混凝土，然而碾压混凝土的早期强度较低，增长率较小，因此，早期持荷的徐变变形未必<常态混凝土。另外，坝体内部常态昆凝土一般使用四级配粗骨料，而碾压混凝土一般使用三级配粗骨料且>40 mm的粗骨料所占比例较小。又由于室内试验时常态混凝土筛除的粗骨料比碾压混凝土筛除的相对较多，增大了试件灰浆率的差距，也就使试验室所测徐变变形的差距拉大。

1.4 碾压混凝土的干缩

影响混凝土于缩的因素主要是配合比、水泥品种及掺合料种类和掺量等。单位用水量大、胶凝材料用量多则于缩率大，相反则小。天然粗骨料一般认为是不收缩的且弹性模量大，故粗骨料使混凝土的收缩小。若水泥浆量一定，砂率大则混凝土于缩也稍大。使用需水量大的水泥及掺合料品种，则混凝土干缩较大。多数粉煤灰颗粒圆滑密实、需水量小，因此，掺粉煤灰的混凝土干缩较小。

碾压混凝土与常态混凝土相比，用水量小，胶凝材料用量一般也较少，而且掺有较大比例的粉煤灰，因此其于缩明显小。国内部分工程资料表明：碾压混凝土的于缩率小于常态混凝土。这对于减少以至避免于缩裂缝是有利的。

1.5 碾压混凝土的自身体积变形

自生体积变形主要是由胶凝材料和在水化反应前后反应物与生成物密度不同所致。碾压混凝土的自生体积变形多表现为收缩，若胶凝材料中含有某些膨胀的成分，也会表现为膨胀。碾压混凝土的自生体积变形明显小于常态混凝土，这是因为碾压混凝土胶凝材料用量较少，水胶比较小，化学反应收缩量必然低。此外，碾压混凝土中掺有一定量的粉煤灰，而粉煤灰反应生成产物时周围产物结构多数已具有较高的强度，这些后期生成的水化产物对自生体积变形影响较小，自生体积变形小对于减少混凝土的内应力是有利的。

1.6 碾压混凝土的温度变形

混凝土具有热胀冷缩的性质。其变形的大小可用温度变形系数(或线膨胀系数)表示。碾压混凝土的温度变形系数随所用骨料种类及配合比的不同而变化，但其变化不大，一般在6×10^-6～12×10^-6／℃ 。灰骨比大的混凝土温度变形系数也大。以石英岩依次减小，通常碾压混凝土与常态混凝土的温度变形系数无明显差别。由于碾压混凝土胶凝材料用量较少，且大部分为粉煤灰，其绝热温升值低，引起的温度变形明显低于常态混凝土。

2 抗裂参数的提出

影响碾压混凝土抗裂性能的因素很多，有的甚至相互交叉影响。为了全面准确地评价碾压混凝土的抗裂性能，根据碾压混凝土的结构特性和变形性能，提出了用于评价碾压混凝土抗裂能力的指标— —抗裂参数φ，其表达式为

φ=ε_pR_i／( α△T_i)

式中： ε_p为nd龄期时混凝土的极限拉伸值(×10^-6)；R_i为n d龄期时混凝土的抗拉强度(MPa)；α为混凝土的温度变形系数(1／℃)；△ 为n d龄期时混凝土的的温升(℃ )；E_i为n d龄期时混凝土的抗拉弹性模量(MPa)。φ为无量纲参数，其值越大，混凝土抗裂性就越好。

3 室内试验

为了检验抗裂参数评价碾压混凝土抗裂性的效果，设计了二级配和三级配两种碾压混凝土，其配合比和混凝土性能分别见表1、2。

表1 原碾压混凝土配合比

表2 碾压混凝土的性能

表2的试验结果表明：二级配碾压混凝土的极限拉伸值高于三级配碾压混凝土，弹强比低于三级配碾压混凝土，值高于三级配碾压混凝土，这说明二级配碾压混凝土的抗裂性能优于三级配碾压混凝土；同种碾压混凝土，90 d龄期碾压混凝土的极限拉伸值高于28 d碾压混凝土，弹强比低于28 d碾压混凝土，值高于28 d碾压混凝土，说明碾压混凝土抗裂性能随龄期提高了。

对比极限拉伸值、弹强比和值，三者所表达的意义一致。且碾压混凝土抗裂参数综合了碾压混凝土的主要物理力学特性，更有效、合理。

4 结论

1)碾压混凝土的抗裂性能优于常态混凝土。

2)提出一种更为合理的评价碾压混凝土抗裂性能的指标(抗裂参数)，其值越大，混凝土的抗裂性就越好。

3)二级配碾压混凝土的抗裂性能优于三级配碾压混凝土，随着龄期的增加，碾压混凝土的抗裂性能将得到提高。

参考文献：

[1]H。索默。混凝土的结构、性能与材料[M]。上海：同济大学出版社，1991。

[2]杨康宁，方坤河、碾压混凝土坝施工[M]。北京：水利水电出版社，1997。

[3]P。梅泰。高性能混凝土的耐久性[M]。北京：科学出版社，1998。

[4]刘数华，曾力。掺合料对混凝土抗裂性能的影响[J]。混凝土，2002，5：27—29。 (编辑刘彤)

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