碾压混凝土性能

第三章碾压混凝土性能碾压混凝土作为干硬性混凝土通常是由未水化的水泥熟料颗粒、水化水泥、水和少量的空气以及水和空气占有的孔隙网组成。

因此，它是一个固－液－气三相组成的多孔体。

3.1 力学性能3.1.1 抗压强度碾压混凝土的抗压强度与水泥的标号与用量、水灰比、矿物掺和料的种类与掺量及骨料种类与用量等密切相关。

由于我国碾压混凝土筑坝特点是少水泥用量、高粉煤灰掺量，因此，我们认为碾压混凝土的抗压强度主要是由水灰比和粉煤灰掺量决定的。

3.1.2 抗拉强度综合我国碾压混凝土筑坝技术，碾压混凝土在配合比设计上已经形成少水泥用量、高粉煤灰掺量的特点。

碾压混凝土的抗拉强度与常态混凝土一样，随着水胶比的增大而降低，随抗压强度的增加而增加。

因此，影响碾压混凝土抗压强度的因素同样是影响抗拉强度的因素。

3.2 变形性能3.2.1 弹性模量碾压混凝土的抗压弹性模量的主要影响因素是骨料的弹性模量、混凝土的配合比、抗压强度及龄期等。

混凝土所用骨料的弹性模量越高、混凝土配合比种所含骨料(特别是粗骨料)比例越大、混凝土抗压强度越高、龄期越长,则弹性模量越高.此外,碾压混凝土早期强度( 14 d以内)较低,发展较慢,因此早期弹性模量更低.3.2.2 极限拉伸值3.2.3 徐变在大体积混凝土结构如混凝土坝中, 徐变能降低温度应力, 减少裂缝。

所以, 应在保持强度不变的条件下, 设法提高混凝土的徐变, 从而提高其抗裂性。

碾压混凝土的徐变受诸多因素的影响。

它们是：混凝土的灰浆率、水泥的性质、骨料的矿物成分与级配、混凝土配合比、加荷龄期、力与持荷时间、构件尺寸等。

在不同龄期加荷条件下, 徐变变形都随粉煤灰掺量的增大而减小。

在原材料相同的情况下, 混凝土的徐变变形与混凝土的灰浆率成正比。

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, 因此总的徐变变形似乎应低于常态混凝土。

然而碾压混凝土特别是高粉煤灰含量的碾压混凝土的早期强度较低, 早期强度增长率较小, 因此早期持荷的徐变变形必然大于常态混凝土。

碾压混凝土的砂率一般比常态混凝土大, 因此砂浆体积比常态混凝土多, 相应粗骨料所占比例较小, 这有可能弥补碾压混凝土灰浆比例较小造成徐变小的问题。

3.2.4 干缩干缩是混凝土硬化后干燥失水产生的收缩。

碾压混凝土的干缩是碾压混凝土开裂的原因之一，其干缩裂缝将引入对混凝土具有破坏作用的物质或元素，会对碾压混凝土产生化学腐蚀并降低其抗渗性，从而降低或破坏混凝土的耐久性。

3.2.5 自生体积变形碾压混凝土的自生体积变形多表现为收缩,且随龄期而逐步趋于稳定.我国部分碾压混凝土自生体积变形随龄期的变化关系为εa = - 4196L n ( t) - 2122, R2 = 019913.3 热学性能3.3.1 胶凝材料的水化热由于混凝土的热导率低，水泥水化时放出的热量不易散失，容易使内部的温度高达60℃以上。

由于内外温差所产生的内应力易使混凝土形成许多微裂缝而降低其耐久性。

因此，合理地使用低热或中热水泥，在大坝工程中，就显的非常重要。

降低水泥水化热和放热速率的措施主要是选择适宜的熟料矿物组成和粉磨细度，或在掺入适量的混合材。

水泥的矿物组成是决定水化热与放热速率的首要因素。

其中以C3A的水化热和放热速率最大，C3S与C4AF次之，C2S 的水化热最小，放热速率也最慢。

因此，降低熟料中C3A和C3S的含量，相应提高C4AF和C2S的含量，均能降低水泥的水化热。

但是，C2S的早期强度很低，故不宜增加的太多，否则水泥强度发展过慢。

增加水泥的粉磨细度，水化热亦增加，尤其是在早期，但是水泥磨得过粗，强度下降，每方混凝土中水泥的用量要增加，水泥的水化热虽然降低，但混凝土的放热量反而增加。

所以，中热水泥和低热水泥的细度一般与普通硅酸盐水泥的相近。

3.3.2 碾压混凝土的绝热温升3.2.3碾压混凝土的导温系数、导热系数和比热3.4 耐久性3.4.1 碾压混凝土的抗渗性能3.4.1.1 抗渗指标碾压混凝土的抗渗性是指碾压混凝土抵抗压力水渗透作用的能力，可用渗透等级或渗透系数来进行表征。

我国目前沿用的表示方法是抗渗等级。

碾压混凝土的抗渗等级是以90d 龄期的标准试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压力确定的，抗渗等级分为：W2，W4，W6，W8，W10，W12 等，即表示碾压混凝土在标准条件下能抵抗0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2MPa 等压力水而不渗透。

3.4.1.2 影响碾压混凝土抗渗性能的因素碾压混凝土的抗渗性主要取决于其内部孔径的分布状态，其孔径分布大致为：凝胶孔（<10）、毛细孔（10～100）和沉降孔（100～500），此外，还有因集料间未被充填满而留下的余留孔，一般>25，因孔径较大，且多为连通的。

所以，介质的迁移将按实际可能存在的粘性流、分子流或扩散流等不同规律进行渗透，现象比较复杂的，是造成渗流的主要通道。

内部孔径分布状态又与混凝土的胶材用量、含气量、密实度等密切相关。

3.4.1.3 提高碾压混凝土抗渗性能的措施一般来说，胶凝材料用量较多，粉煤灰掺量较大，水胶比较小，混凝土内部原生孔隙就较少，同时掺用适量引气剂，改善混凝土孔径分布，也将大大提高碾压混凝土的抗渗性。

因此，一方面在碾压混凝土配制上用低水灰比、优质材料、掺入引气剂和减水剂以及粉煤灰和硅粉等来提高抗渗性能；另一方面混凝土生产施工的各个环节要采取正确、有效的措施，严格按配合比设计及工艺操作规程施工，从而减少碾压混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，以提高密实度来提高抗渗性。

3.4.2 碾压混凝土的抗冻性能3.4.2.1 影响碾压混凝土抗冻性能的因素碾压混凝土抗冻性能的主要影响因素是其内部的孔结构，即气泡的性质，包括气泡的平均直径、气泡间距等。

混凝土内部气泡孔径为50～100 是有利于碾压混凝土抗冻性的，气泡必须均布于混凝土中，其控制参数是气泡间距，气泡间距为250 是必要的.。

混凝土内部气泡的性质在很大程度上又取决于所采用的起泡方式、引气剂的性质和掺量。

3.4.2.2 提高碾压混凝土抗冻性能的措施（1）延长混凝土的龄期碾压混凝土由于掺用较大比例的粉煤灰，早期强度较低，若在早龄期时受冻，则易受冻破坏。

随着龄期的延长，混凝土中粉煤灰与水泥的水化产物Ca（OH）2发生较充分的二次水化反应，生成的水化产物填充混凝土的空隙，使空隙细化，分段以致填塞，混凝土的强度提高，抗性增强。

因此，随着龄期的延长，其抗冻性能明显提高。

（2）采用低水胶比在原材料一定的条件下，水胶比的大小是影响碾压混凝土抗冻性的主要因素，因为碾压混凝土（特别是高粉煤灰掺量碾压混凝土）的水胶比都比较低，不大可能由于较高的水胶比而造成泌水现象形成连通的毛细管通道。

但水胶比的大小仍然很大程度上影响碾压混凝土的强度和游离水分的数量，因而影响抗冻性。

为了获得高抗冻性的碾压混凝土，应尽可能采用较低的水胶比。

（3）粉煤灰掺量随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的强度下降，抗冻性能降低。

当粉煤灰掺量较低（如小于40%）时，碾压混凝土的抗冻性能与不掺粉煤灰的混凝土的抗冻性能较为接近。

当粉煤灰的掺量大于50%时，碾压混凝土的抗冻性能明显变差。

有相关资料显示，粉煤灰掺量为65%～85%的碾压水泥混凝土的抗冻性能相当差。

因此，对于有较高抗冻等级要求的碾压水泥混凝土，其粉煤灰掺量应不超过40%。

（4）增加引气剂掺量碾压水泥混凝土的超干硬性以及掺用较大比例的粉煤灰，使碾压混凝土中难以引气。

相关研究表明，只要适当增加引气剂掺量，同样可以使碾压混凝土的含气量达到4%～6%，以达到提高抗冻性的目的。

3.5 抗裂性能抗裂性好的混凝土应该具有较高的抗拉强度、较大的极限拉伸值、较低的弹性模量、较小的干缩值、较低的绝热温升值以及较小的温度变形系数和自身体积收缩变形小等性能3.5.1 提高混凝土抗裂性能的措施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。

但一般情况下,提高混凝土的强度会导致弹性模量的增大。

为了提高混凝土的极限拉伸值而增加单位水泥用量可能导致混凝土干缩变形增大,而且热变形值也将增加。

因此,改善混凝土抗裂性能的基本思路为:在保证混凝土的强度基本不变的情况下,尽可能降低混凝土的弹性模量,提高混凝土的极限拉伸变形能力。

实际上，混凝土属于不均质材料，其主要薄弱环节则为相对均质的骨料与水泥浆体之间的界面过渡区，尽管由于水泥水化产物可与骨料粘结在一起，但其粘结强度仍相对较低。

界面过渡区主要具有以下特征：和钙矾石结晶在界面处有取向性，且晶体比较粗大；水泥水化产生的Ca（OH）2界面区具有更大、更多的孔隙，结构疏松。

此外，水泥浆体泌水性大，泌出的水份向上迁移，遇骨料后受阻滞留于其下部，形成水膜，从而削弱了界面的粘结，并形成过渡区的微裂缝。

因此抗裂的主要措施有：（1）掺加粉煤灰在由多棱角颗粒组成的水泥混凝土混合料中，掺加以球形颗粒为主的微细粉煤灰。

由于粉煤灰在混凝土中具有三大效应，即形态效应、火山灰效应、微集料效应，因而可以减少硬化混凝土中有害孔的比例，有效提高混凝土的密实性和提高颗粒间的粘结强度，从而提高混凝土的抗裂性。

（2）掺加硅粉在混凝土中掺入颗粒极细且活性极高的硅粉(SF)后,可显著改善界面过渡区发生反应,生成C-S-H凝胶,使Ca（OH）的微结构.SF掺合料与富集在界面的Ca（OH）2晶体、钙矾石和孔隙大量减少，C-S-H凝胶相应增多。

同时颗粒极细的SF的掺入2可减少内泌水,消除骨料下部的水膜, 使界面过渡区的原生微裂缝大大减少,界面过渡区的厚度相应减小,并使结构的密实度提高,骨料与浆体的粘结力得到增强。

因此，SF掺合料的掺入不仅起到了增强的效果, 而且由于改善了界面过渡区结构,消除或减少了界面区的原生微裂隙,从而使混凝土的抗裂能力也得到提高。

（3）优质骨料由于碾压混凝土本身骨料用量相对较多,水泥用量相对较少,对碾压混凝土的抗裂性十分不利。

因此,骨料特性对碾压混凝土的抗裂性影响就显得尤为重要。

骨料特性对碾压混凝土的抗裂性影响主要表现在骨料的强度、弹性模量、级配、颗粒形状等方面。

在胶凝材料用量一定的条件下,选择表面粗糙和级配良好的骨料有利于改善碾压混凝土的抗裂性,选用弹性模量低的骨料可以降低混凝土的弹性模量,从而达到提高碾压混凝土抗裂能力的目的3.5实例3.6参考文献〔1〕袁润章.胶凝材料学（第二版）.武汉：武汉理工大学出版社，2008. 〔2〕方坤河，曾力，吴定燕，阮燕.碾压混凝土抗裂性能的研究.水利发电，2004，（4）.〔3〕刘数华，曾力，吴定燕.碾压混凝土的抗裂性能.哈尔滨工业大学学报.2005，（7）〔4〕石妍，方坤河.碾压混凝土徐变的研究.水利发电，2004，（1）〔5〕梅国兴，刘伟宝.大坝碾压混凝土抗渗、抗冻和抗裂的评估.水利水电技术，2003（4）〔6〕刘数华，方坤河，曾力.粉煤灰和硅粉对碾压混凝土抗裂性能的影响.混凝土与水泥制品.2005，（4）〔7〕曾力，方坤河，吴定燕，阮燕.骨料特性对碾压混凝土抗裂性能的影响研究.水力发电学报，2003（1）。