潘 寧

(沈陽(yáng)市房屋登記中心，110001)

高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結(jié)構(gòu)分析

潘 寧

(沈陽(yáng)市房屋登記中心，110001)

在建筑行業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，普通水泥混凝土的韌性差、抗拉強(qiáng)度比較低、開(kāi)裂縫發(fā)展速度非?？欤瑢?duì)建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生非常大的影響，特別是在水泥土強(qiáng)度不斷提高的過(guò)程中，建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性也會(huì)受到一定影響。在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展的過(guò)程中，高速的發(fā)展交通與重軸給混凝土彎拉強(qiáng)度與變形性能提出更為嚴(yán)格的要求。本文就高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

高韌性水泥混凝土 鋪裝材料 結(jié)構(gòu)分析

0 .引言

水泥混凝土來(lái)源廣泛、容易成型、適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，促使其成為建筑施工中一種使用量非常大的材料，同時(shí)該種材料廣泛地應(yīng)用于光口與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等重要領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)水泥混凝土生產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)全世界的50%以上。在建筑行業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，我國(guó)已經(jīng)成為全球生產(chǎn)和消費(fèi)水泥混凝土最多的國(guó)家。在水凝混凝土使用量增多，應(yīng)用拓寬的過(guò)程中，其在自然環(huán)境中性能退化問(wèn)題開(kāi)始逐漸顯露出來(lái)。這種問(wèn)題產(chǎn)生的嚴(yán)重影響已經(jīng)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。雖然常見(jiàn)的水泥混凝土具有極強(qiáng)的抗壓性與較大的剛度，但是在凝結(jié)與硬化的時(shí)候非常容易產(chǎn)生開(kāi)裂，同時(shí)韌性受到影響。在水泥混凝土脆性不斷增加的過(guò)程中，混凝土建筑物的耐久性受到一定影響?；诖?，研究分析水泥混凝土特性具有非常重要的意義。

1. 高韌性水泥混凝土材料組成與基本特點(diǎn)

在此次研究活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)高韌性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，研究分析高韌性水泥混凝土材料的組成與拌合物的基本特點(diǎn)。

1.1 原材料的選擇與性能分析

纖維混凝土是一種復(fù)合型材料，其中產(chǎn)生的力學(xué)與損傷破壞性受到纖維性能參數(shù)影響的同時(shí)，海域纖維/水泥機(jī)體之間界面應(yīng)力傳遞規(guī)律有一定的聯(lián)系[1]。在纖維彈性模量較高的時(shí)候，纖維與水泥基本協(xié)同受力，就可以促使應(yīng)力從基體轉(zhuǎn)向?yàn)槔w維，這樣就能夠有效抑制裂縫的擴(kuò)展。但是在摸兩下，纖維具有較小的泊松比，纖維拔出的時(shí)候并不容易變形，同時(shí)水泥基體也會(huì)有緊縮的趨勢(shì)，就會(huì)加大纖維拔出阻力，具有良好的粘結(jié)性。其實(shí)在研究的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)，纖維/水泥基體界面粘結(jié)性具有雙重效應(yīng)。如果粘結(jié)性并不是非常的良好，其應(yīng)力就不會(huì)傳遞給纖維，在此刻纖維的增強(qiáng)性作用很難發(fā)揮出來(lái)。但是如果纖維與基體的粘結(jié)性過(guò)強(qiáng)，纖維在受力的時(shí)候就會(huì)非常容易脆斷，導(dǎo)致復(fù)合材料變形能力下降。針對(duì)這么一種情況，急需要根據(jù)原材料與基體性能進(jìn)行調(diào)控，促使粘接達(dá)到理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)與增韌的雙重作用。針對(duì)這樣一種情況，高韌性水泥混凝土的原材料應(yīng)當(dāng)包含膠凝材料：42.5 普通硅酸鹽水泥（C）和I級(jí)粉煤灰（F）；集料：粗集料為粒徑 4.75-16mm 的石灰?guī)r碎石（A），細(xì)集料為潔凈天然河砂（S）；纖維：超高分子量聚乙烯短切纖維（PE）和高性能聚丙烯異型纖維（CPP）；功能調(diào)節(jié)材料：液體聚羧酸類(lèi)高效減水劑（SP），自配聚丙烯酸類(lèi)纖維分散助劑（M1）和自配功能復(fù)合粉體材料（M2），其中功能復(fù)合粉體材料由超細(xì)礦物組分和保水組分按照 7:3的比例組成；拌合水：飲用自來(lái)水。在研究高韌性水泥混凝土的時(shí)候，需要分析不同材料的性能，并且發(fā)揮其在水泥混凝土中的作用，促使材料符合研制的各項(xiàng)要求。

1.2 新拌混凝土工作性能

針對(duì)纖維性比較強(qiáng)的水泥混凝土來(lái)說(shuō)，交辦的均勻性與纖維分散都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生非常重要的影響。在研究的時(shí)候需要經(jīng)過(guò)試拌和觀察之后才決定采用濕拌的工藝。在研究分析的過(guò)程中，觀察混凝土拌合物觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)混凝土的拌合物粘聚性欲保水性都較好，并未出現(xiàn)纖維結(jié)團(tuán)的情況[2]。研究發(fā)現(xiàn)，在粉煤灰的使用不斷加大，直至120kg/m3的時(shí)候，塌落度會(huì)很明顯地縮小。在過(guò)去，人們研究的時(shí)候發(fā)現(xiàn)加入一定的粉煤灰可以明顯的提高拌合物流動(dòng)性。但是如果粉煤灰的使用量超過(guò)一定范圍的時(shí)候就會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)面影響。因此，在同等條件下，纖維用量增大的時(shí)候，拌合物的流動(dòng)性減小，是因?yàn)槔w維將大量的自由誰(shuí)覆蓋住，在其中具有潤(rùn)滑作用的水分有所減少，造成拌合物的摩阻力增加，同時(shí)纖維產(chǎn)生的三維隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)阻止拌合物的流動(dòng)，致使流動(dòng)漿體減少。這樣就會(huì)減少混凝土坍塌的落度，引起粗集料裸露。

2. 高韌性水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)力學(xué)

行對(duì)比普通水泥，高韌性水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度與變形性能都非常高。因而如果將其使用在水泥混凝土路面上，將可以很明顯的提高路面結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)還能夠降低面板的厚度，增強(qiáng)橫縫的間距。高韌性水泥混凝土的優(yōu)良特點(diǎn)與帶裂縫的工作能力與普通水泥混凝土有很大的區(qū)別，因而在荷載力擴(kuò)散與普通水泥混凝土面板上有著很大的不同。

2.1 高韌性水泥混凝土彎曲疲勞性

路面結(jié)構(gòu)失效受到很多種因素的影響，其中疲勞荷載作用造成的損傷是關(guān)鍵性的因素，同時(shí)也是引起耐久性破壞的重要原因[3]。因此需要針對(duì)高韌性水泥混凝土彎曲疲勞性進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)踐研究分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，彎曲抗疲勞性搜受到多方面因素的影響。首先，加載間歇時(shí)間的影響。室內(nèi)實(shí)行的疲勞試驗(yàn)荷載脈沖并沒(méi)有設(shè)置間歇時(shí)間，但是實(shí)際上的車(chē)輛荷載有著明顯的間歇，這有助于材料疲勞損傷的恢復(fù)，材料內(nèi)部水化組分與雨水作用的水化導(dǎo)致強(qiáng)度緩慢下降。其次，車(chē)輛輪跡橫向分布的影響。所謂的車(chē)輛輪跡其實(shí)就是在道路橫斷面中心線附件一定范圍內(nèi)左右擺動(dòng)。通常情況下，車(chē)道行駛車(chē)輪通過(guò)路面上某點(diǎn)的概率不會(huì)超過(guò)45%。因此，這與室內(nèi)試驗(yàn)具有一定的差異。再次，不利季節(jié)的影響。眾所周知，對(duì)公路造成最不利影響的季節(jié)就是在氣溫15攝氏度的時(shí)候，通暢每年都以60天來(lái)計(jì)算。這就是相當(dāng)于南方雨季與北方春融的時(shí)候。面板下支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是最低的，就會(huì)產(chǎn)生面板支撐不夠，因此路面實(shí)際疲勞與室內(nèi)疲勞分析有所減小。

2.2 計(jì)算模型的建立

在前文中就已經(jīng)有所論述，即高韌性混凝土具有非常強(qiáng)的彎拉強(qiáng)度、良好的抗裂性與變形能力。因此，如果將其應(yīng)用在水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)上，不僅降低混凝土面板的厚度，還會(huì)增強(qiáng)橫縫的間距，提高車(chē)的舒適性[4]。但是這樣一種情況，路面板的橫縫間距與板厚之比將超出我國(guó)現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法的適用范圍，同時(shí)比較明顯的塑性變形特點(diǎn)采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法是很難進(jìn)行描述的。在這樣一種情況下，需要借用高韌性混凝土拉壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系參數(shù)輸入，利用塑性的有限元素，將這種新型路面結(jié)構(gòu)形式在荷載與溫度的作用下力學(xué)影響進(jìn)行研究分析，同時(shí)還需要結(jié)合高韌性混凝土面板的疲勞應(yīng)力系數(shù)計(jì)算公式，分析疲勞壽命。這種模型是由混凝土面板與基層、路基共同組成。在模型建立的過(guò)程中，其中所需要的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都要根據(jù)實(shí)際研究來(lái)進(jìn)行取值，而路基與基層需要根據(jù)尺寸來(lái)模擬。需要在前任研究的基礎(chǔ)上，借鑒相應(yīng)的基礎(chǔ)理論，并應(yīng)用于該模型中?；炷了苄該p傷模型以塑性連續(xù)介質(zhì)損傷為基礎(chǔ)，采用各向同性損傷彈性結(jié)合各向同性拉伸和壓縮塑性的模式來(lái)表示混凝土的非彈性行為。該模型可用于單向加載、循環(huán)加載及動(dòng)態(tài)加載等情況，具有較好的收斂性，可以模擬混凝土材料的拉裂和壓碎等力學(xué)現(xiàn)象

3. 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在研究分析高韌性水泥混凝土相關(guān)材料特點(diǎn)的時(shí)候，還需要根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)來(lái)研究高韌性混凝土。在建筑行業(yè)水泥混凝土應(yīng)用量越來(lái)越大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣的情況，研究其韌性具有重要的意義。

[1]易成，范永魁，朱紅光,等.基于韌性的混凝土軸壓疲勞損傷演化研究[J].工程力學(xué),2013,27(8):113-119.

[2]余自若,安明喆.活性粉末混凝土的疲勞損傷[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012,37(3):114-119.

[3]鄭建軍.混凝土多邊形骨料分布的數(shù)值模擬方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2004. 38(5): 581-584.

[4]龔小濤,楊帆.臺(tái)階錐形環(huán)件冷輾壓中等效塑性應(yīng)變規(guī)律研究[J]. 鍛壓技術(shù),2012,37(5):140-143.

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1007-6344（2015）11-0301-01