混凝土极限拉伸值问题思考

混凝土极限拉伸值问题思考
陈文耀〓李文伟
（中国三峡总公司试验中心，湖北宜昌
443133）
通过比较标准试件与原级配试件极限拉伸值试验结果，比较标准试验结果与
缓慢拉伸试验结果以及原型观测结果，比较极限拉伸变形与干缩变形以及试验误
差分析，指出将极限拉伸值作为抗裂的设计指标与温控的矛盾，特别是对高掺粉
煤灰大体积混凝土，片面强调混凝土极限拉伸值，反而对混凝土的抗裂性不利。

关键词： 混凝土； 极限拉伸值； 抗裂性； 设计指标
中图分类号：TU 528.0 文献标识码：A
文章编号：1006-6349（2002）03-0007-02
混凝土是一种脆性材料，其抗拉强度远小于抗压强度，在有基础约束和内
外温差较大的情况下，大体积混凝土很容易产生裂缝。

混凝土本身的抗裂性能
与抗拉强度、极限拉伸值、拉伸弹模、干缩、绝热温升、徐变度、热学性能等特
性有关。

当混凝土配合比发生变化时，这些特性也随之变化。

设计通常采用抗拉
强度、极限拉伸值作为混凝土的抗裂性指标，混凝土施工配合比应满足这些技术
指标要求。

用什么特性参数作为设计指标来表征混凝土的抗裂性，关系到混凝土
的配合比设计的合理性和综合抗裂性能。

本文作者根据实际工作的体会，认为用
极限拉伸值（特别是28d 极限拉伸值）作为混凝土的抗裂指标存在诸多问题，现
提出供商榷。

1 试验室试验结果与原级配试件差异较大
混凝土极限拉伸值是以断面为100mm×100mm 试件的试验结果为准，试件中
的骨料为30mm 以下的颗粒，工程实际采用的骨料粒径为80 mm 甚至为150mm ，
工程实际与试件两者之间存在大的差异。

国内原级配混凝土试验研究成果表明，
原级配混凝土的极限拉伸值为标准试件的0.60左右，两者相差约40%。

因此，
试验室的极限拉伸值试验结果与原级配混凝土差距较大，不能正确反映工程的实
际情况。

2试验室试验条件与工程实际受力情况差距较大试验室的极限拉伸值是在瞬
时加荷条件下测得的，而工程实际受力是缓慢的。

长科院采用标准试件，在缓慢
拉伸试验条件下，混凝土的极限拉伸值约为瞬时加荷的2倍左右〔1〕。

朴灿日在
“关于碾压混凝土坝防渗、温控及抗冻措施”一文中认为：“通常常态混凝土的
轴向极限拉伸值为（0.75～1.00）×10-4 ，试验室测定时试件全断面应力分布
均匀，加荷速度较快，但在大坝中应变计实测拉应变已达1.6×10-4 。

А·П叶
菲法纳夫等对克拉斯诺雅尔斯克大坝原型观测表明，当存在应变梯度时，混凝土
发生裂缝的应变值，往往大于混凝土轴心受拉的极限拉伸值的1.5～2.0倍，……”
由此可见，试验室的极限拉伸值试验条件、试验试验结果与工程受力情况、实际
观测结果存在大的差距。

3混凝土的极限拉伸值与干缩变形的比例差距大
大坝混凝土的干缩变形一般在3.00×10-4左右，而混凝土的极限拉伸值一般
在1.00×10-4以内，两种变形不相适应，极限拉伸变形无法阻挡干缩变形引起的
表面裂缝的产生。

干缩变形实际上是混凝土产生表面裂缝的主要原因。

在有表面
裂缝存在的条件下，当温度发生骤降时，容易由表面裂缝发展成深层裂缝。

因此，
混凝土的极限拉伸值不能真实地反映混凝土的抗裂性。

有人认为建筑物的干缩变形远远小于试件的试验结果，这一说法从原级配混
凝土试验结果可以得到证明，从建筑物所处环境和建筑物或大试件整体的干缩变
形来看是正确的；但这一说法忽视了建筑物或大试件内外存在湿度梯度导致的干
缩测值远远滞后这一客观规律；因而，建筑物表面的干缩应远大于建筑物的干缩
或原级配大试件的干缩，并趋近于标准试件的干缩测值。

4 混凝土极限拉伸值试验方法有待完善
《水工混凝土试验规程》SD105-82规定，如混凝土拌和物骨料最大粒径超
过试模最小边长的1/3时，大骨料用湿筛法筛除。

有的单位采用20 mm 筛筛除大
骨料，有的采用30 mm 筛筛除大骨料，有的则用40 mm 筛筛除大骨料。

众所周
知，在混凝土原材料和配合比一定的条件下，混凝土的极限拉伸值与浆体含量有
关，浆体含量高的极限拉伸值大，浆体含量低的极限拉伸值小。

由于试件中的最
大粒径不同，浆体含量随最大粒径的减小而增加，极限拉伸值也随之增大，造成
了相同配合比不同单位的试验结果存在较大差异。

另外，现行试验方法推荐了三
种形式的试模、埋件和荷载传递方式，各单位采用不同的试件形式，也会造成试
验结果的不同。

由于极限拉伸值试验方法与抗压强度等比起来，还不够完善，
组内试验误差远高于抗压强度。

三峡总公司试验中心采用伺服式万能试验机测得
的混凝土极限拉伸值、劈裂抗拉强度、抗压强度组内试验误差统计结果见表1。

由表1数据可以看出，极限拉伸值本身试验结果的离散性过大，试验误差是
抗压强度的3倍以上。

极限拉伸值试验本身难度较大，试验误差偏大。

当一组
试验出现大的误差时，无法确定试验结果。

据了解有的单位甚至用“取值”来确
定试验结果，可靠性差。

因此，目前极限拉伸值试验仍缺乏可靠的试验方法支持。

5 极限拉伸值设计指标与温控存在矛盾
一些工程将极限拉伸值作为混凝土抗裂指标而提出来，为了满足极限拉伸值
设计指标，在混凝土配合比设计中，不得不降低水胶比提高水泥用量，结果与温
控发生矛盾，反而不利于抗裂。

由图1所示RCC 胶凝材料用量与绝热温升关系
可以看出，每增加10 kg 水泥，混凝土绝热温升约增加1.47℃，由图2所示RCC
胶凝材料用量与极限拉伸关系可以看出，极限拉伸值每增加0.1×10-4，水泥用量
将增加36 kg ；也就是说，每增加极限拉伸值0.1×10-4，混凝土绝热温升将提高
约5℃。

某工程常态混凝土水泥用量与极限拉伸值关系见图3。

由图3中相关关
系可以看出，极限拉伸值每增加0.1×10-4，水泥用量将增加20 kg ，因而相应增
加绝热温升约3℃。

图1 RCC 绝热温升与水泥用量关系
图2 RCC 极限拉伸值与水泥用量关系
图3常态混凝土极限拉伸值与水泥用量关系
水泥用量的增加不但增大了混凝土的绝热温升增加了温控负担，而且会造成
混凝土超强，提高混凝土的抗压弹模、减小徐变、增大干缩变形和自收缩变形。

因此，为了提高抗裂性而片面追求混凝土的极限拉伸值，不但不能提高抗裂性，
反而对混凝土抗裂不利。

特别是用提高水泥用量的方法提高混凝土的极限拉伸
值，更是得不偿失。

6 工程实例
某工程碾压混凝土设计要求如表2所示，碾压混凝土室内试验结果见表3。

由表3试验数据可以看出：三级配混凝土胶凝材料总量在150 kg/m 3以
上，属于富浆碾压混凝土范畴，混凝土强度远高于设计要求，抗冻、抗渗性能也
满足设计要求，但其极限拉伸值仍难以满足设计要求。

可见制约配合比优化设计
的主要因素是极限拉伸值，若要满足极限拉伸值设计指标，则与温控（混凝土水
泥用量）发生矛盾。

例如： 如果要使R90200三级配混凝土的极限拉伸值达到
设计要求，水泥用量将要由80 kg/m3 提高到90kg/m3以上，若将三级配改为
二级配，水泥用量将提高到110 kg/m3以上；如果要使R90150三级配混凝土的
极限拉伸值达到设计要求，水泥用量将要由62 kg/m3 提高到80 kg/m3以上。

表2 某工程RCC 主要设计指标
出现以上现象的原因，主要是碾压混凝土掺用大量粉煤灰，使混凝土28 d
以前强度发展较慢，极限拉伸值相应也较低。

掺用粉煤灰后虽然混凝土早期极限
拉伸值降低了，由于早期混凝土弹模也相应降低，徐变增大，发热量降低。

因此，
综合考虑这些因素的变化，混凝土早期抗裂性并没有降低。

7 结语
由于极限拉伸值室内试验结果与工程实际存在较大差异，其试验结果的离散
性大，往往为了满足设计极限拉伸值要求，导致温控矛盾加剧，限制了粉煤灰的
掺量，反而不利于混凝土的抗裂性。

因此，混凝土极限拉伸值作为设计指标或作
为混凝土配合比设计的控制指标，是值得进一步探讨的。

参考文献：［1］〓〖ZK()龚召熊等.水工混凝土的温控与防裂［M ］.北京：中国
水利电力出版社，1999-05. （编辑：陆一芳）
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