高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結構分析

潘 寧

(沈陽市房屋登記中心，110001)

高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結構分析

潘 寧

(沈陽市房屋登記中心，110001)

在建筑行業快速發展的過程中，普通水泥混凝土的韌性差、抗拉強度比較低、開裂縫發展速度非常快，對建筑物結構的耐久性產生非常大的影響，特別是在水泥土強度不斷提高的過程中，建筑物結構的耐久性也會受到一定影響。在交通基礎設施建設快速發展的過程中，高速的發展交通與重軸給混凝土彎拉強度與變形性能提出更為嚴格的要求。本文就高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結構進行分析。

高韌性水泥混凝土 鋪裝材料 結構分析

0 .引言

水泥混凝土來源廣泛、容易成型、適應性較強的特點，促使其成為建筑施工中一種使用量非常大的材料，同時該種材料廣泛地應用于光口與基礎設施建設等重要領域。據不完全統計，我國水泥混凝土生產量已經占據全世界的50%以上。在建筑行業快速發展的過程中，我國已經成為全球生產和消費水泥混凝土最多的國家。在水凝混凝土使用量增多，應用拓寬的過程中，其在自然環境中性能退化問題開始逐漸顯露出來。這種問題產生的嚴重影響已經受到社會各界的廣泛關注。雖然常見的水泥混凝土具有極強的抗壓性與較大的剛度，但是在凝結與硬化的時候非常容易產生開裂，同時韌性受到影響。在水泥混凝土脆性不斷增加的過程中，混凝土建筑物的耐久性受到一定影響。基于此，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

在此次研究活動開展的過程中，以實現高韌性為設計目標，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。

1.1 原材料的選擇與性能分析

纖維混凝土是一種復合型材料，其中產生的力學與損傷破壞性受到纖維性能參數影響的同時，海域纖維/水泥機體之間界面應力傳遞規律有一定的聯系[1]。在纖維彈性模量較高的時候，纖維與水泥基本協同受力，就可以促使應力從基體轉向為纖維，這樣就能夠有效抑制裂縫的擴展。但是在摸兩下，纖維具有較小的泊松比，纖維拔出的時候并不容易變形，同時水泥基體也會有緊縮的趨勢，就會加大纖維拔出阻力，具有良好的粘結性。其實在研究的時候就會發現，纖維/水泥基體界面粘結性具有雙重效應。如果粘結性并不是非常的良好，其應力就不會傳遞給纖維，在此刻纖維的增強性作用很難發揮出來。但是如果纖維與基體的粘結性過強，纖維在受力的時候就會非常容易脆斷，導致復合材料變形能力下降。針對這么一種情況，急需要根據原材料與基體性能進行調控，促使粘接達到理想的狀態，實現增強與增韌的雙重作用。針對這樣一種情況，高韌性水泥混凝土的原材料應當包含膠凝材料：42.5 普通硅酸鹽水泥（C）和I級粉煤灰（F）；集料：粗集料為粒徑 4.75-16mm 的石灰巖碎石（A），細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）；功能調節材料：液體聚羧酸類高效減水劑（SP），自配聚丙烯酸類纖維分散助劑（M1）和自配功能復合粉體材料（M2），其中功能復合粉體材料由超細礦物組分和保水組分按照 7:3的比例組成；拌合水：飲用自來水。在研究高韌性水泥混凝土的時候，需要分析不同材料的性能，并且發揮其在水泥混凝土中的作用，促使材料符合研制的各項要求。

1.2 新拌混凝土工作性能

針對纖維性比較強的水泥混凝土來說，交辦的均勻性與纖維分散都會對其產生非常重要的影響。在研究的時候需要經過試拌和觀察之后才決定采用濕拌的工藝。在研究分析的過程中，觀察混凝土拌合物觀測記錄，發現混凝土的拌合物粘聚性欲保水性都較好，并未出現纖維結團的情況[2]。研究發現，在粉煤灰的使用不斷加大，直至120kg/m3的時候，塌落度會很明顯地縮小。在過去，人們研究的時候發現加入一定的粉煤灰可以明顯的提高拌合物流動性。但是如果粉煤灰的使用量超過一定范圍的時候就會帶來一定的負面影響。因此，在同等條件下，纖維用量增大的時候，拌合物的流動性減小，是因為纖維將大量的自由誰覆蓋住，在其中具有潤滑作用的水分有所減少，造成拌合物的摩阻力增加，同時纖維產生的三維隨機網絡也會阻止拌合物的流動，致使流動漿體減少。這樣就會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構力學

行對比普通水泥，高韌性水泥混凝土的彎拉強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構的耐久性，同時還能夠降低面板的厚度，增強橫縫的間距。高韌性水泥混凝土的優良特點與帶裂縫的工作能力與普通水泥混凝土有很大的區別，因而在荷載力擴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

路面結構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鍵性的因素，同時也是引起耐久性破壞的重要原因[3]。因此需要針對高韌性水泥混凝土彎曲疲勞性進行分析。通過實踐研究分析就會發現，彎曲抗疲勞性搜受到多方面因素的影響。首先，加載間歇時間的影響。室內實行的疲勞試驗荷載脈沖并沒有設置間歇時間，但是實際上的車輛荷載有著明顯的間歇，這有助于材料疲勞損傷的恢復，材料內部水化組分與雨水作用的水化導致強度緩慢下降。其次，車輛輪跡橫向分布的影響。所謂的車輛輪跡其實就是在道路橫斷面中心線附件一定范圍內左右擺動。通常情況下，車道行駛車輪通過路面上某點的概率不會超過45%。因此，這與室內試驗具有一定的差異。再次，不利季節的影響。眾所周知，對公路造成最不利影響的季節就是在氣溫15攝氏度的時候，通暢每年都以60天來計算。這就是相當于南方雨季與北方春融的時候。面板下支撐結構的強度是最低的，就會產生面板支撐不夠，因此路面實際疲勞與室內疲勞分析有所減小。

2.2 計算模型的建立

在前文中就已經有所論述，即高韌性混凝土具有非常強的彎拉強度、良好的抗裂性與變形能力。因此，如果將其應用在水泥混凝土路面結構上，不僅降低混凝土面板的厚度，還會增強橫縫的間距，提高車的舒適性[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現行水泥混凝土路面設計方法的適用范圍，同時比較明顯的塑性變形特點采用傳統的計算方法是很難進行描述的。在這樣一種情況下，需要借用高韌性混凝土拉壓應力-應變關系參數輸入，利用塑性的有限元素，將這種新型路面結構形式在荷載與溫度的作用下力學影響進行研究分析，同時還需要結合高韌性混凝土面板的疲勞應力系數計算公式，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。在模型建立的過程中，其中所需要的各項數據都要根據實際研究來進行取值，而路基與基層需要根據尺寸來模擬。需要在前任研究的基礎上，借鑒相應的基礎理論，并應用于該模型中。混凝土塑性損傷模型以塑性連續介質損傷為基礎，采用各向同性損傷彈性結合各向同性拉伸和壓縮塑性的模式來表示混凝土的非彈性行為。該模型可用于單向加載、循環加載及動態加載等情況，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現象

3. 結語

總而言之，在研究分析高韌性水泥混凝土相關材料特點的時候，還需要根據材料的結構來研究高韌性混凝土。在建筑行業水泥混凝土應用量越來越大，應用范圍越來越廣的情況，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,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].華南理工大學學報（自然科學版）,2012,37(3):114-119.

[3]鄭建軍.混凝土多邊形骨料分布的數值模擬方法[J].浙江大學學報(工學版),2004. 38(5): 581-584.

[4]龔小濤,楊帆.臺階錐形環件冷輾壓中等效塑性應變規律研究[J]. 鍛壓技術,2012,37(5):140-143.

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1007-6344（2015）11-0301-01