高韧性水泥混凝土铺装材料特性与结构分析

潘 宁

(沈阳市房屋登记中心，110001)

高韧性水泥混凝土铺装材料特性与结构分析

潘 宁

(沈阳市房屋登记中心，110001)

在建筑行业快速发展的过程中，普通水泥混凝土的韧性差、抗拉强度比较低、开裂缝发展速度非常快，对建筑物结构的耐久性产生非常大的影响，特别是在水泥土强度不断提高的过程中，建筑物结构的耐久性也会受到一定影响。在交通基础设施建设快速发展的过程中，高速的发展交通与重轴给混凝土弯拉强度与变形性能提出更为严格的要求。本文就高韧性水泥混凝土铺装材料特性与结构进行分析。

高韧性水泥混凝土 铺装材料 结构分析

0 .引言

水泥混凝土来源广泛、容易成型、适应性较强的特点，促使其成为建筑施工中一种使用量非常大的材料，同时该种材料广泛地应用于光口与基础设施建设等重要领域。据不完全统计，我国水泥混凝土生产量已经占据全世界的50%以上。在建筑行业快速发展的过程中，我国已经成为全球生产和消费水泥混凝土最多的国家。在水凝混凝土使用量增多，应用拓宽的过程中，其在自然环境中性能退化问题开始逐渐显露出来。这种问题产生的严重影响已经受到社会各界的广泛关注。虽然常见的水泥混凝土具有极强的抗压性与较大的刚度，但是在凝结与硬化的时候非常容易产生开裂，同时韧性受到影响。在水泥混凝土脆性不断增加的过程中，混凝土建筑物的耐久性受到一定影响。基于此，研究分析水泥混凝土特性具有非常重要的意义。

1. 高韧性水泥混凝土材料组成与基本特点

在此次研究活动开展的过程中，以实现高韧性为设计目标，研究分析高韧性水泥混凝土材料的组成与拌合物的基本特点。

1.1 原材料的选择与性能分析

纤维混凝土是一种复合型材料，其中产生的力学与损伤破坏性受到纤维性能参数影响的同时，海域纤维/水泥机体之间界面应力传递规律有一定的联系[1]。在纤维弹性模量较高的时候，纤维与水泥基本协同受力，就可以促使应力从基体转向为纤维，这样就能够有效抑制裂缝的扩展。但是在摸两下，纤维具有较小的泊松比，纤维拔出的时候并不容易变形，同时水泥基体也会有紧缩的趋势，就会加大纤维拔出阻力，具有良好的粘结性。其实在研究的时候就会发现，纤维/水泥基体界面粘结性具有双重效应。如果粘结性并不是非常的良好，其应力就不会传递给纤维，在此刻纤维的增强性作用很难发挥出来。但是如果纤维与基体的粘结性过强，纤维在受力的时候就会非常容易脆断，导致复合材料变形能力下降。针对这么一种情况，急需要根据原材料与基体性能进行调控，促使粘接达到理想的状态，实现增强与增韧的双重作用。针对这样一种情况，高韧性水泥混凝土的原材料应当包含胶凝材料：42.5 普通硅酸盐水泥（C）和I级粉煤灰（F）；集料：粗集料为粒径 4.75-16mm 的石灰岩碎石（A），细集料为洁净天然河砂（S）；纤维：超高分子量聚乙烯短切纤维（PE）和高性能聚丙烯异型纤维（CPP）；功能调节材料：液体聚羧酸类高效减水剂（SP），自配聚丙烯酸类纤维分散助剂（M1）和自配功能复合粉体材料（M2），其中功能复合粉体材料由超细矿物组分和保水组分按照 7:3的比例组成；拌合水：饮用自来水。在研究高韧性水泥混凝土的时候，需要分析不同材料的性能，并且发挥其在水泥混凝土中的作用，促使材料符合研制的各项要求。

1.2 新拌混凝土工作性能

针对纤维性比较强的水泥混凝土来说，交办的均匀性与纤维分散都会对其产生非常重要的影响。在研究的时候需要经过试拌和观察之后才决定采用湿拌的工艺。在研究分析的过程中，观察混凝土拌合物观测记录，发现混凝土的拌合物粘聚性欲保水性都较好，并未出现纤维结团的情况[2]。研究发现，在粉煤灰的使用不断加大，直至120kg/m3的时候，塌落度会很明显地缩小。在过去，人们研究的时候发现加入一定的粉煤灰可以明显的提高拌合物流动性。但是如果粉煤灰的使用量超过一定范围的时候就会带来一定的负面影响。因此，在同等条件下，纤维用量增大的时候，拌合物的流动性减小，是因为纤维将大量的自由谁覆盖住，在其中具有润滑作用的水分有所减少，造成拌合物的摩阻力增加，同时纤维产生的三维随机网络也会阻止拌合物的流动，致使流动浆体减少。这样就会减少混凝土坍塌的落度，引起粗集料裸露。

2. 高韧性水泥混凝土路面结构力学

行对比普通水泥，高韧性水泥混凝土的弯拉强度与变形性能都非常高。因而如果将其使用在水泥混凝土路面上，将可以很明显的提高路面结构的耐久性，同时还能够降低面板的厚度，增强横缝的间距。高韧性水泥混凝土的优良特点与带裂缝的工作能力与普通水泥混凝土有很大的区别，因而在荷载力扩散与普通水泥混凝土面板上有着很大的不同。

2.1 高韧性水泥混凝土弯曲疲劳性

路面结构失效受到很多种因素的影响，其中疲劳荷载作用造成的损伤是关键性的因素，同时也是引起耐久性破坏的重要原因[3]。因此需要针对高韧性水泥混凝土弯曲疲劳性进行分析。通过实践研究分析就会发现，弯曲抗疲劳性搜受到多方面因素的影响。首先，加载间歇时间的影响。室内实行的疲劳试验荷载脉冲并没有设置间歇时间，但是实际上的车辆荷载有着明显的间歇，这有助于材料疲劳损伤的恢复，材料内部水化组分与雨水作用的水化导致强度缓慢下降。其次，车辆轮迹横向分布的影响。所谓的车辆轮迹其实就是在道路横断面中心线附件一定范围内左右摆动。通常情况下，车道行驶车轮通过路面上某点的概率不会超过45%。因此，这与室内试验具有一定的差异。再次，不利季节的影响。众所周知，对公路造成最不利影响的季节就是在气温15摄氏度的时候，通畅每年都以60天来计算。这就是相当于南方雨季与北方春融的时候。面板下支撑结构的强度是最低的，就会产生面板支撑不够，因此路面实际疲劳与室内疲劳分析有所减小。

2.2 计算模型的建立

在前文中就已经有所论述，即高韧性混凝土具有非常强的弯拉强度、良好的抗裂性与变形能力。因此，如果将其应用在水泥混凝土路面结构上，不仅降低混凝土面板的厚度，还会增强横缝的间距，提高车的舒适性[4]。但是这样一种情况，路面板的横缝间距与板厚之比将超出我国现行水泥混凝土路面设计方法的适用范围，同时比较明显的塑性变形特点采用传统的计算方法是很难进行描述的。在这样一种情况下，需要借用高韧性混凝土拉压应力-应变关系参数输入，利用塑性的有限元素，将这种新型路面结构形式在荷载与温度的作用下力学影响进行研究分析，同时还需要结合高韧性混凝土面板的疲劳应力系数计算公式，分析疲劳寿命。这种模型是由混凝土面板与基层、路基共同组成。在模型建立的过程中，其中所需要的各项数据都要根据实际研究来进行取值，而路基与基层需要根据尺寸来模拟。需要在前任研究的基础上，借鉴相应的基础理论，并应用于该模型中。混凝土塑性损伤模型以塑性连续介质损伤为基础，采用各向同性损伤弹性结合各向同性拉伸和压缩塑性的模式来表示混凝土的非弹性行为。该模型可用于单向加载、循环加载及动态加载等情况，具有较好的收敛性，可以模拟混凝土材料的拉裂和压碎等力学现象

3. 结语

总而言之，在研究分析高韧性水泥混凝土相关材料特点的时候，还需要根据材料的结构来研究高韧性混凝土。在建筑行业水泥混凝土应用量越来越大，应用范围越来越广的情况，研究其韧性具有重要的意义。

[1]易成，范永魁，朱红光,等.基于韧性的混凝土轴压疲劳损伤演化研究[J].工程力学,2013,27(8):113-119.

[2]余自若,安明喆.活性粉末混凝土的疲劳损伤[J].华南理工大学学报（自然科学版）,2012,37(3):114-119.

[3]郑建军.混凝土多边形骨料分布的数值模拟方法[J].浙江大学学报(工学版),2004. 38(5): 581-584.

[4]龚小涛,杨帆.台阶锥形环件冷辗压中等效塑性应变规律研究[J]. 锻压技术,2012,37(5):140-143.

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B

1007-6344（2015）11-0301-01