提高抗裂性能（精选8篇）
提高抗裂性能 篇1
摘要：针对沥青路面裂缝的危害性, 从路面结构和材料设计、施工、养护和维修等方面入手进行了探讨, 提出了具体的裂缝控制措施, 以更好地减少沥青路面裂缝的出现, 保证道路工程的质量。
关键词：半刚性基层,沥青路面,裂缝,预防措施
随着高等级公路的大量修建, 半刚性基层沥青路面由于具有强度高、造价低、整体性好等优点, 在我国公路建设中得到了广泛的应用, 并占有越来越重要的地位。然而, 半刚性材料的缺点在与抗变形能力低, 在温度、湿度变化时易产生裂缝, 当沥青面层较薄时易形成反射裂缝, 而沥青路面的美观和行车舒适性, 更重要的是大大缩短了路面的使用寿命。因此, 采取必要的有效措施来防治路面裂缝现象对于提高路面的使用性能, 尤其是延长路而使用寿命具有十分重要的意义。
1 合理设计
1.1 沥青混合料面层
提高面层沥青混合料的抗裂性能是一种从面层自身考虑的防裂方法。如采用改性沥青、在混合料中采用添加剂 (聚酯纤维、木质素纤维等) 提高混合料性能、提高沥青用量、选择孔隙率小和不透水的密级配等。尽可能采用沥青碎石混合料 (SMA) 做上面层, 因为其具有优良的高温稳定性和低温抗裂性、良好的耐久性和表面特性, 使路面的使用性能得到了全面提高, 且延长了路面的使用寿命。
1.2 半刚性基层
(1) 尽量使用骨架密实结构矿料级配。 (2) 调整结合料用量与比例, 增加粗骨料含量并严格设计级配。 (3) 在基层强度满足要求的情况下, 用最小的水泥掺量。必要时可以在水泥稳定料中应用减水剂来降低用水量。
1.3 提高路基工作取得强度和稳定性
路基是路面的基础, 路基工作又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域, 该深度区域具有足够的强度和整体稳定性, 对保证路面结构的强度和稳定性极为重要, 否则将产生不均匀沉降致使路面产生开裂。因此, 必须严格控制路基的填筑工艺, 确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土, 其次选用含砾、砂低液限黏土, 粉质土和有机会不能用于填筑路基;施工中必须严格检测控制压实度, 每层的松铺厚度不应大于30cm, 以便最大限度地减少路基完工后沉降量。
1.4 合理路面厚度
适当增加沥青面层厚度, 可有效地防止沥青路面低温开裂。不仅能防止温缩裂缝, 而且能防止半刚性基层开裂引起的反射性裂缝。国内的一些研究表明, 当沥青面层厚度大于18cm时, 能够有效减少裂缝或者延缓裂缝出现时间。
1.5 设置级配碎石过渡层
级配碎石层作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层在国内外许多地区得到应用, 并已证明其防止反射裂缝效果良好。级配碎石能充分吸收半刚性基层裂纹释放的应变能, 不传递拉应力和拉应变, 而且可大大改善半刚性基层的温度、湿度状况, 从而去除和减少半刚性基层的温缩和干缩, 减少反射裂缝。
1.6 设置沥青稳定碎石基层
沥青稳定碎石矿料级配属于典型的骨架密实型结构, 根据密实度分为密级配、开级配及半开级配, 由于沥青结合料的粘接力及集料间的嵌锁力使其具有良好的承载能力, 具有较强的抗压强度和抗弯拉强度, 因此其抗剪切变形能力也相当好, 具有优良的泌水性和抗冲刷性。
1.7 半刚性基层预开裂
基层预切缝方法是在铺沥青面层前将半刚性基层按一定间距设置预锯缝, 并且让这种裂缝仅保留在基层本身而不反射到面层。建议在半刚性基层上每隔8~12m做一切缝, 深6~8cm, 缝宽10~12mm。
它的防裂原理主要是通过锯缝改善基层约束条件, 从而在一定程度上释放温度应力来达到防裂目的。已经经过实体工程验证采用基层预锯缝措施有利于减少基层收缩裂缝的产生。
1.8 设置应力吸收层SAMI
SAMI是英文Strese Absorbing Membrane Interlayer的简称, 一般译为应力吸收层, 采用应力吸收薄膜, 对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果, 可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少, 并明显较弱缝尖端应力的奇异性, 降低应力强度因子。
常用的应力中间层可分为以下几类:橡胶沥青中间层, 预制纤维膜, 低稠度沥青混凝土层和开级配沥青混凝土底层等均匀应力吸收层。其中, 同步碎石橡胶沥青下封层由橡胶沥青与细集料组成, 置于沥青面层与半刚性基层之间, 厚度约1cm, 具有良好防水和应力吸收的双层作用效果, 可用来推广使用。
1.9 设置土工织物或格栅
在半刚性基层或沥青层之间设置各种土工合成材料, 可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变性能力。20世纪80年代初, 英国诺丁汉大学布朗教授通过对比加铺和未加铺土工格栅的沥青路面, 认为前者比后者可以推迟疲劳裂缝出现达19倍, 可以较少车辙50%。国内通过室内试验评价了土工布、玻璃纤维格栅、土工格栅等夹层的防裂效果, 水土夹层材料对于由基层水平位移引起的张开型裂缝能起到较好的防裂作用, 而且玻璃纤维格栅的防裂效果要大于土工布、土工格栅。
2 合理选材
2.1 推广应用抗裂性好的改性沥青
⑴注意沥青的油源, 如在严寒地区采用针入度较大、粘度较低的沥青, 对防止沥青路面开裂有益, 但同时要满足夏季的要求;
⑵选用温度敏感性小 (PI大) 的沥青有利于减少沥青路面的温度开裂。从改进沥青性能来说, 改善感温性是最根本的措施;
⑶采用低温延伸性能好、应力松弛性能好的沥青结合料, 采用PG低温等级较低, 低温延度 (10℃, 5℃延度) 大的沥青。
2.2 选择抗裂性好的材料作基层
通过半刚性基层材料的合理设计, 基层材料应该选用抗冲刷能力好, 最好使用温度膨胀系数低、抗拉能力高的半刚性材料, 这是预防半刚性基层自身收缩开裂的有效途径。
2.3 选择合适的就集料
⑴沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性, 则应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉, 确保混合料的抗剥落性能。同时, 应尽量降低集料的含水量, 尽可能使用人工砂代替天然砂;
⑵采用100%轧制的碎石集料来拌制沥青混合料;
⑶采用吸水率小的集料, 尤其粗集料的吸水率应严格控制至小于2%。
3 正确施工
⑴施工过程中的最低温度控制是有效避免半刚性路面基层产生裂缝的重要措施, 建议最低施工温度最好控制在8℃以上, 这样才能有效地避免或减少由于温度影响产生的所裂;
⑵控制半刚性基层的碾压, 尤其是寒冷地区的沥青路面, 其压实度最好提高到98%以上, 有效降低施工结束时的残余孔隙率至小于6%, 含水量宜为最佳含水量的1.9倍;碾压后要及时地进行保湿养护, 养护结束后应立即喷洒沥青乳液, 做成透层或封层, 并尽快铺筑沥青面层;如果不能马山铺筑沥青层, 则宜在透层油的基础上再铺筑乳化沥青或者改性乳化沥青稀浆封层做下封层;
⑶沥青面层与半刚性基层应设置透层、封层;面层简要洒布粘层油, 中下面层间宜为乳化沥青, 上中面层间宜为改性乳化沥青;
⑷除了做好接缝, 应尽量避免冷接缝, 做好与排水井等人工构造物的接头;
⑸严格防止施工过程中工序相交交叉干扰, 杜绝施工污染;尽可能在同一年内完成半刚性沥青路面基层和沥青层的施工, 从而确保沥青层成为一个整体;
⑹改善沥青路面压实度检验方法, 因为钻孔处常常是温缩裂缝的发源地, 所以应尽量减少取样钻孔的频度, 钻孔处必须仔细回填, 防止留下缺陷;
⑺完善路基路面的排水设施, 确保路面排水顺畅。
4 加强养护及维修
沥青路面的早期损坏应该及时进行处理, 避免基层破坏进而加剧面层的破坏, 从而延长路面大修时间。常用维修方法有:乳化沥青稀浆封层、灌油修补法、沥青混合料罩面法及现场沥青再生法等。
⑴发现表面有微型缝, 应及时进行微表处或涂覆表面复苏剂等封面, 防止进水;
⑵发现表面裂缝, 应立即进行灌缝, 如宽度太窄不好灌缝要先进行扩缝在灌缝;对于细裂缝 (2~5mm) 可用乳化沥青进行灌缝处理;对于大于5mm的粗裂缝, 可用改性沥青 (如SBS改性沥青) 进行灌缝处理;
⑶路面出现局部损坏, 应迅速进行挖补;
⑷每隔一定年限, 进行表面刨或罩面加铺、就地再生处理等。
5 结语
在提高沥青混凝土路面抗裂性能方面, 设计、选材、施工、维护等各个环节对控制路面裂缝产生的影响都很大。合理设计和选材、正确施工、精心养护是提高沥青混凝土路面使用性能的唯一途径。对待沥青路面裂缝要做到积极防治、严格控制和及时处治, 采取有效的预防措施和处理技术来最大限度降低路面裂缝的产生, 将裂缝控制在允许的范围之内, 来确保沥青路面的使用寿命。●
参考文献
[1]沈金安。高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M]。北京:人民交通出版社, 2001
[2]王萍。沥青混凝土路面裂缝产生的原因与综合防治[J]。公路, 2002 (5) :42-44
提高抗裂性能 篇2
【摘 要】 在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用。
【关键词】 纤维；沥青路面；封层 ；抗裂性能
Analysis of fiber reinforced asphalt pavement sealing layer formation mechanism of crack resistance
Jia Fu-tang
(Pingdingshan Highway Administration Central Laboratory Pingdingshan Henan 467000)
【Abstract】 In the seal layer of the asphalt fibers, the interlocking engagement of the fibers to improve the cracking section of the shear load transfer capability, the presence of the tip of the fiber the fiber stress crack sealing layer surface is reduced, effectively prevent further crack propagation . Meanwhile, the fiber sealing layer can reduce the crack tip stress crack resistance play a role in improving road durability, permeability, abrasion resistance and other properties play a positive role.
【Key words】 Fiber;Asphalt pavement;Sealing layer;Crack resistance
1. 引言
（1）纤维增强沥青封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒（撒）布沥青粘结料和玻璃纤维，然后在上面洒布碎石经碾压后形成新的表面磨耗层或者应力吸收中间层，是一种新型道路预防性养护技术［1］。按层位功能分，纤维沥青碎石封层可分为上封层（表面磨耗层）和下封层（应力吸收层），其结构图如图1所示。
〖TPE:中华建设图14年6月郏付堂1.TIF，BP#〗〖TS(〗图1 纤维增强封层示意图〖TS)〗
（2）纤维沥青层是沥青纤维增强封层抗裂性能的主要贡献者，它是一种以沥青为基本相，短纤维为增强相的复合材料［2］，短纤维随机分布于沥青层中，相互搭接构成网状增强体，对其路用性能起到了极大地改善作用，研究纤维增强沥青封层的抗裂性，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，而且有效的改善了路面的服务功能，适用于提高原有沥青路面的耐久性、防水性能、抗滑性能以及车辙、平整度的修复工作。
2. 裂纹的基本类型
（1）在线弹性断裂力学中，根据裂纹受荷载作用及裂纹变形情况，可将裂纹分为三种基本类型［3］，即I型、II型和III型，如图2所示。
（2）I型裂纹即为张开型裂纹，指裂纹受垂直于裂纹面的拉应力作用，裂纹面相对张开。
（3）II型裂纹即为滑开型裂纹，指裂纹受平行于裂纹面而垂直于裂纹尖前缘线的剪应力作用，裂纹上下两表面沿x轴相对滑开。
（4）III型裂纹即为撕开型裂纹，指裂纹受既平行于裂纹面又平行于裂纹尖前缘线的剪应力作用，裂纹上下两表面沿z轴相对错开。
3. 裂缝的形成扩展机理分析
按照裂缝的类型分析了裂缝的主要形成机理，为有针对性的分析纤维封层的抗裂机理提供了理论基础。
(l)纵向裂缝。
纵向裂缝产生的原因有多种可能性，主要有：由于路基填土压实或两侧密实度不均和路基边缘受水浸蚀，导致路基不均匀沉降和承载力不足形成裂缝；沥青含腊量偏高，延度偏于下限，油层抗拉强度低，长期在行车荷载作用下形成纵向裂缝，填土含水量偏大，在冻胀作用下形成裂缝。
(2)横向裂缝。
由于路基土体的不均匀沉降引起的横向裂缝，低温收缩或半刚性基层收缩是产生横向温度裂缝的主要原因；沥青路面低温抗裂性能的好坏，关键是沥青材料本身直接影响到沥青混合料的低温抗裂性。面层的表面开裂后，就会在裂缝尖端产生应力集中，使其继续向下发展并贯穿整个沥青面层。
(3)反射裂缝。
反射裂缝产生的基本机理是沥青面层受到交通荷载和温度联合或单独作用产生受拉疲劳和剪切疲劳。由于温度变化引起的混凝土板伸缩和交通荷载驶过接缝或裂缝，在缝端附近的沥青混凝土材料内产生应力集中，而接缝或裂缝处不能很好地传递拉应力或剪应力，导致反射裂缝的产生和发展。根据断裂力学原理可分为：温度应力对应着张开模式(I型)，行车荷载对应着张开和剪切模式(I和II型)混合型。
(4)龟裂。
龟裂、不规则裂缝的形成主要是路面整体强度不足，沥青路面老化，在行车荷载的作用下形成的；另外，基层排水不良，低温时沥青混合料变硬或变脆，也能造成龟裂。
(5)滑移裂缝。
滑移裂缝产生的典型原因是层间的豁结性能不好，滑移裂缝最常发生在车辆刹车、转弯或加速的位置，在城市道路的交叉口路段经常可以观察到滑移裂缝。
4. 纤维封层阻裂机理分析
由纤维封层施工工艺知，纤维夹在两层乳化沥青层之间，并且从纤维封层的拉拔试验的层间破坏状态显示，纤维封层成型后，纤维完全在纤维封层之下；针对纤维夹层的位置和上述介绍的裂缝形成的机理，将裂纹扩展分为沥青面层表面和反射裂缝开裂后的裂纹两种扩展方式来介绍纤维封层的阻裂机理。
4.1 沥青面层表面开裂后的裂纹扩展。
（1）沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂［4］。由于纤维封层的成型厚度较薄，通过测量的试验路面的平均厚度为4mm，原路面的刚度较大，在负温度梯度作用下，原路面也会产生超过本身材料的抗拉强度的拉应力而使原路面面层开裂。这种裂缝的存在也会促使纤维封层表面裂缝的发展。
（2）纤维封层由于较薄，可以看作纤维夹在碎石之间，按照冷拌沥青混合料理解。纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。另外，按照复合材料科学原理［5］，纤维的增韧作用与纤维本身的强度和韧性没有任何的关系，而来自于纤维与基体材料因材料性质差异在纤维和基体界面附近形成的残余应力应变场及显微裂纹。这种残余应力应变场要么来自纤维和基体材料因热膨胀系数的巨大差异，要么是因为纤维在某一温度下相变而产生膨胀。残余应力应变场可以抵消部分外加荷载，从而降低宏观裂纹扩展时裂纹尖端的应力；残余应力场在纤维和基体界面处产生的显微裂纹将部分释放材料中的应变而使裂纹区中存在残余应变，在宏观裂纹扩展后，其尾区的残余应变将降低裂纹尖端的应力；由于形成显微裂纹，显微裂纹周围材料的弹性模量降低而成为软化材料，它也有助于降低宏观裂纹扩展时裂纹尖端的应力。从而阻止裂纹的进一步的发展。
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
提高抗裂性能 篇3
1 水泥减小变形的技术措施
1.1 控制碱集料反应
对控制碱集料反应膨胀开裂应采取2项原材料限制措施:一是规定用于特重、重交通路面的水泥中的Na2O+0.658K2O≤0.6%, 中、轻交通路面当怀疑有碱活性集料时≤0.6%, 无碱活性集料时≤1.0%;二是在怀疑有碱活性集料时, 要求检测集料的碱活性, 膨胀率应小于0.1%。
上述措施将在有效控制混凝土路面可能发生的碱集料反应开裂的同时, 对中、轻交通路面给出相对宽松的余地。
1.2 限制普通水泥中掺入收缩过大的混合材
目前国内生产的普通硅酸盐水泥主要混合材料分粉煤灰、高炉矿渣、火山灰等3种, 就其对水泥混凝土后期干缩的影响而言, 火山灰最严重, 矿渣次之, 粉煤灰则基本无影响。就其对水泥混凝土凝结初期塑性收缩的影响而言, 粉煤灰最严重。在干燥的环境中宜使用粉煤灰水泥, 这对避免水泥混凝土干缩裂纹中有益的。但同时需要在水泥混凝土施工时加强对塑性收缩的控制。
为此, 根据限制路面干缩开裂的要求, 与《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》 (JTJ/T037.1-2000) 一样, 对普通水泥中在水泥厂掺加的收缩很大的窑灰、粘土、火山灰、煤矸石混合材规定不得掺加;同时, 在有抗盐冻要求时, 各得掺石灰石粉, 在抗盐冻地区, 不得使用II型硅酸盐水泥。否则, 不仅是塑性收缩开裂控制不了, 而且硬化混凝土的表面也会产生大量细密的干缩裂纹。在超载作用下, 这些裂纹将是面板加速断裂的开裂源, 疲劳寿命将大大折减。
1.3 对铝酸三钙 (C3A) 、石膏等成分在水泥中含量的规定
水泥熟料中的C3A常以玻璃体状态存在, 该成份具有以下特性, 即: (1) 遇水立即反应, 伴随着释放出大量的热量, 且即刻凝结, 因此常采用掺石膏的方法延缓C3A的凝结时间; (2) C3A含量越高, 水泥浆体的干缩越大; (3) C3A含量高的熟料吸附减水剂量大, 经C3A吸附后留在液相中起塑化和分散作用的减水剂量减少, 减水效果变差。鉴于C3A所具有的以上性质, 应将路面混凝土所用水泥的C3A含量加以限制, 一般宜限制在8%以内。
掺入石膏是为了调整水泥的凝结时间, 掺量过少将不能起到缓凝作用, 掺量过多则不但不能增强缓凝, 且在水泥水化后期将生成钙矾石, 产生膨胀应力, 严重时还会引起水泥的安定性不良和导致水泥混凝土龟裂。因此应严格控制石膏的掺量, 使其达到满足水泥正常凝结时间的最佳掺量。
当C3A含量较低时, 用以调节水泥凝结时间的石膏用量也相应减少, 这样就能降低水泥早期水化反应速度, 由水泥水化引起的水泥混凝土水分损失得以减少, 有助于降低水泥混凝土坍落度损失和有效防止水泥混凝土假凝。
为了提高水泥混凝土的质量和工作性能, 人们常使用外加剂, 而某些外加剂 (特别是木质磺酸钙) 掺入后, 一经加水拌和, 便很快失水速凝, 这种假凝现象与水泥中掺入的无水石膏有关。因此在水泥混凝土中需要掺用外加剂时, 所使用的水泥只能掺用二水石膏, 不得掺用无水石膏。
1.4 对水泥细度的控制
水泥的粉磨细度对水泥的水化反应有着重要影响, 细度越小, 水泥早期水化反应就越快, 早期强度越高, 但随之而来的是水泥的凝结时间缩短、需水量增大、干缩增大。同时, 水泥粉磨细度的提高对水泥混凝土早期抗折强度作为水泥混凝土强度评定指标的水泥混凝土路面并不是很有益。因此对水泥混凝土路面而言, 水泥细度并不是很越小越好, 还需要综合考虑以上因素。根据在某高等级路面施工中所取得的经验, 当水泥的粉磨细度控制在4%～6%之间时, 将有助于降低水泥的早期水化速度, 能降低水泥混凝土坍落度损失, 同时可保证水泥的早强性能和减少干缩。
1.5 使用早强 (R) 型水泥
早强水泥并不意味着水泥凝结时间的缩短, 水泥的凝结时间可以通过对细度和铝酸三钙、石膏等成分在水泥中含量的调整来控制, 还可通过使用缓凝剂调整。早强水泥特别适用于气温低的季节。由于水泥混凝土路面是长线作业, 其工后养护工作较为困难。使用早强水泥以提高水泥混凝土7d强度, 可以达到相对缩短水泥混凝土路面养护时间的目的。这是因为伴随着水泥强度增长的是水泥水化反应, 水泥混凝土养护是为了保证水泥水化过程中所需的水分。若使水分在较短龄期内尽可能水化, 使水化产物尽量多地填充水泥浆体中的毛细孔, 减窄其孔径, 阻碍水分的蒸发, 减弱水泥混凝土对气候干燥的敏感性, 这对防止水泥混凝土路面后期干缩开裂是很有益的。
1.6 降低标准稠度需水量
水泥的标准稠度需水量与细度偏大和过多的铝酸盐矿物有关, 标准稠度需水量大的水泥干缩也大, 同时对降低水灰比, 提高弯拉强度和耐久性也很不利。因此从防止干缩开裂的角度, 对其过大值进行限制。本规范规定:特重、重交通路面用的水泥, 标准稠度需水量不宜大于28%;中、轻交通路面用的水泥, 不大于30%。
1.7 限制水泥搅拌时的温度
从防止混凝土路面产生温差裂缝的角度, 对散装水泥的出厂温度与搅拌温度, 分南、北方进行分别控制。规定:采用机械化铺筑时, 宜选用散装水泥。散装水泥的夏季出厂温度:南方不宜高于65℃, 北方不宜高于55℃;混凝土搅拌时的水泥温度:南方不宜高于60℃, 北方不宜高于50℃。
混凝土产生温度裂缝主要取决于所铺筑路面前几日的当地日夜温差, 水泥温度的控制与当地基础气温有关, 南方基础气温高, 可偏大控制;北方则必须偏小控制。这项规定同时兼顾了南方水泥厂在热天降低水泥温度的难度。
2 集料减小变形的措施
2.1 优化粗集料级配
为了减小变形, 控制开裂, 本规范规定的路面用粗集料级配与国标GB/T14685-2001完全不同。规定路面即使级配合格也不得使用统料。各级最大公称粒径粗集料的组合级配必须满足图1的级配范围。
2.2 尽量减小粗、细集料中的含泥量
混凝土的泥土, 是降低弯拉强度、导致干缩开裂的罪魁祸首, 对于控制干缩变形而言, 不仅减小粗、细集料各自的含泥量很重要, 而且控制混凝土中的总含泥量亦十分重要。II级粗、细集料与过去规定的相同, I级集料要求更严。
3 降低掺外加剂混凝土的28d收缩率比
按降低干缩的防裂要求, 将用于路面、桥面等薄壁结构混凝土外加剂的28d收缩率比由国标规定的135%降低为120%;不仅是路面桥面, 而且所有薄壁结构混凝土的抗裂问题始终是困扰路面薄壁结构而言是过大的, 不能接受的。135%的28d收缩率比导致路面工程常见的现象:不用外加剂不裂, 一用就裂。这难怪, 掺用了外加剂的混凝土, 比不掺的混凝土收缩大35%, 意味着28d收缩率大1/3还多。因此, 此项技术指标要求必须按薄壁混凝土结构进行为120%, 在实际工程中我们使用到的最好的外加剂28d收缩率仅有108%, 一般的115%左右, 最大的不大于120%。
总之只有这样, 在我国绝大多数地区才能有效地保证薄壁混凝土结构在施工期间不干缩开裂。
摘要：水泥混凝土路面作为高等级路面, 具有强度高、稳定性好、耐磨、使用寿命长、养护维修费用小及承载力大等优点, 随着经济建设的快速发展, 水泥混凝土路面出现了各种病害。本文从水泥、集料、外加剂等原材料的角度对如何减小混凝土变形及提高抗裂性能的措施作了简单论述。
关键词：减小变形,提高抗裂性能,措施
参考文献
[1]傅智, 保障水泥混凝土路面工程质量的三大要素, 中国建筑工业出版社, 2005年, 第一版
提高抗裂性能 篇4
1 原材料性质及试验方法
1.1 原材料性质
本研究所用的原材料有水泥、碎石及河砂 (细度模数2.6, 为中砂) , 其主要技术性质见表1, 表2。
1.2 矿料级配
1.2.1 集料级配确定方法
按嵌挤原理确定粗骨料用量, 然后粗骨料的空隙由次一级颗粒所填充, 其余空隙又由再次一级颗粒所填充, 这种既有嵌挤又有填充的集料在理论上应该是摩阻力、凝聚力和密实度最好的混合料。具体计算过程如下:20 mm～30 mm集料其视密度为2.68 g/cm3, 集料最大干密度一般在1.9 g/cm3～2.1 g/cm3, 考虑到施工中粗料不可能按理想嵌挤原理排列, 所以其空隙率比理想值会略大, 计算时取空隙率为50%, 20 mm～30 mm集料重量占混合料总重的百分比约为 (1-50%) ×2.68/2=67%, 10 mm～20 mm集料重量不得超过剩余重量 (1-67%) ×67%=22%, 0.5 mm集料用量为7%。
在上述计算的基础上, 本文保证大骨料20 mm～30 mm集料占总骨料的67%不变, 根据筛分结果及部分击实试验结果, 按最大密实度原则对10 mm～20 mm集料、0.5 mm～1 mm集料用量分别作了调整, 调整后的集料组成见表3。
1.2.2 主骨料与细料比例的确定
按照骨架密实结构的特点, 骨料形成骨架嵌挤结构, 细集料 (砂) 和水泥作为结合料填充骨料的空隙, 形成密实结构, 从而达到混合料整体最大密实度。考虑到施工中粗集料用量偏大可能会导致离析, 本文参照水泥混凝土配合比设计方法, 确定砂用量为35%, 骨架密实混合料级配A的组成见表4。
作为对比, 本文还采用了JTJ 014-97公路沥青路面设计规范所推荐级配B, 其组成见表5, 经比较可见, 本文推荐的骨架状态是嵌入式。两种结构水泥用量均采用5%, 即水泥∶集料=5∶95。
1.3 试验方法
1.3.1 试件成型
试件成型前首先进行重型击实, 求出混合料的最大干密度和最佳含水量, 其结果见表6。
然后按最大干密度和最佳含水量以97%的压实度制作成型试件, 试件为10 cm×10 cm×40 cm梁和ϕ15 cm×15 cm圆试件, 在标准养生条件下养生90 d。
1.3.2 收缩系数测试方法
试验时将试件在养生到期前一天进行浸水养生24 h, 然后取出进行电测试件的制作。最后接入应变仪半桥电路进行温缩或干缩系数的测定, 温缩试验50 ℃～-30 ℃, 干缩试验温度采用40 ℃。
2 路用性能研究
2.1 无侧限抗压强度试验结果及分析
两种结构类型的水泥稳定碎石材料无侧限抗压强度试验结果见表7。
由表7可知A组强度明显高于B组, 其中180 d龄期的A组强度比同龄期的B组高达51%, 这是因为水泥稳定碎石基层材料其强度主要由骨料与骨料间作用、细料与水泥水化产物形成的胶结料以及胶结料与骨料间作用所决定, A组混合料的骨料构成紧密骨架结构, 且胶结料能够以最大密度填充孔隙, 从而使骨料的嵌挤作用与胶结料的胶结作用都得到了充分的发挥, 所以表现出比悬浮结构的B组具有更好的力学性质。
2.2 抗冻性能
材料的抗冻性能可以通过一定次数的冻融循环作用后的强度下降情况来表征, 试件在养生至相应龄期后开始进行冻融循环试验, 冻融前将试件浸泡一昼夜, 并将试件放入-20 ℃冷冻箱中冻结4 h后将试件取出放入20 ℃的水中浸泡20 h, 然后再放入冷冻箱开始进行第二个循环, 如此循环5次, 最后将试件进行无侧限抗压试验, 试验结果用耐冻性系数K表示 (K=冻融强度/未冻融强度) , 如表8所示。
从表8可以看出, A组抗冻性能优于B组, 分析其原因, 水泥稳定碎石材料为多空隙材料, 这类材料受冻融循环作用时, 其内部空隙水冻胀产生的液体膨胀压力和溶液部分结冰时引起渗透压力将重复对材料的空隙壁产生挤压破坏作用, 在冻融循环反复作用下, 水泥稳定碎石材料强度逐渐下降, 产生薄弱面或者在薄弱面发生开裂破坏。骨架密实结构水泥稳定碎石一方面因为其密实度要大于悬浮结构的密实度, 也就是说A组空隙率要小于B组, 因而饱水后其含水量较悬浮结构的B组为少, 水结冰引起膨胀压力及渗透压力对材料的破坏作用相对来说要小;另一方面是骨架密实结构使得混合料整体强度得以提高, 从而冻融循环对其破坏作用相对来说就显得更小, 表现为骨架密实结构的A组抗冻性能明显要高于悬浮结构的B组。
3 抗裂性试验与结果分析
3.1 干缩性能
采用静压法在其最大干密度和最佳含水量时制成的10 cm×10 cm×40 cm梁试件, 将养生至89 d的试件饱水24 h后, 采用电测法对其进行干缩系数的测试, 试验结果见表9。
由表9可以看出, 骨架密实结构水泥稳定碎石90 d龄期的平均干缩系数αd比悬浮结构水泥稳定碎石的要小31.5%, 比最大干缩系数αdmax要小29.4%, 干缩的产生是因为伴随着水分蒸发和水化反应进行, 材料内部水分的减少而发生毛细管作用、吸附作用、分子间力作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化作用等会引起水泥稳定碎石材料产生体积收缩, 颗粒间的约束与牵制作用加强, 同时因其空隙率较小, 受毛细管张力、吸附水和分子间力作用以及层间水作用相对来说也较小, 所以其干缩性能要优于悬浮结构水泥稳定碎石。
3.2 温缩性能
将养生90 d的梁试件 (10 cm×10 cm×40 cm) 烘干后用电测法进行温缩系数的测定, 平均温缩系数试验结果:A为-9.43×10-6;B为-11.21×10-6。
由试验结果可看出, 骨架密实结构水泥稳定碎石其平均温缩系数比悬浮结构的要低。这是因为A组混合料孔隙率小于B组, 所以材料受孔隙中水的扩张作用, 毛细管张力作用及冰冻作用影响相对来说就比较小, 从而表现为A组温度收缩性能优于B组, 另外还可以理解为随温度下降材料发生收缩, 混合料的各种材料的温度收缩系数各不相同, 因而试件内部各材料必定处于受力状态, 如果结构处于悬浮状态, 那么内应力的作用使其颗粒之间有机会挤压孔隙, 较小的孔压要平衡作用其颗粒上的内应力, 势必要通过缩小体积增大孔压, 从而表现出较大的温度收缩系数, 若结构处于“骨架接触及孔隙结构”状态下, 那么内应力作用只能使颗粒之间相互挤压, 而颗粒的压缩性毕竟有限, 所以表现为较小的温度收缩系数。
3.3 劈裂强度
试件为ϕ15 cm×15 cm的圆柱体, 在标准条件下养生至规定龄期后, 饱水24 h后测定劈裂抗拉强度, 试验结果见表10。
由表10可以看出, 骨架密实结构水泥稳定碎石的间接抗拉强度明显得到了提高, 提高幅度一般在40%左右, 其主要原因是骨架密实型水泥稳定碎石材料其骨料的嵌挤作用和胶结料的胶结作用都得到了充分的发挥, 所以表现出A组材料的抗拉强度优于B组的抗拉强度。
4 试验路验证
试验路铺筑在河北省辛集市307国道改建K264+200～K264+800段, 其中K264+200～K264+500处为悬浮结构水泥稳定碎石, K274+500～K264+800处为骨架密实结构水泥稳定碎石, 两试验段路面结构相同, 3 cm沥青石屑+6 cm沥青碎石+18 cm水泥稳定碎石+20 cm石灰土, 试验路于2006年9月竣工通车。
试验路经过两个冬天, 路面结构经历了最不利情况干缩作用和最不利季节的温缩作用以及春季的春融和行车荷载的共同作用, 分别于2007年4月6日和2008年4月2日对试验路进行了路面裂缝情况的调查, 具体结果见表11。
由表11可以看出, 骨架密实结构水泥稳定碎石路段的开裂程度明显小于悬浮结构水泥稳定碎石路段开裂程度, 其横向平均缝距都比悬浮结构要大近1倍左右, 从而大大减轻了沥青路面的开裂, 提高了道路的使用品质。
5结语
1) 骨架密实结构水泥稳定碎石强度明显高于常规级配水泥稳定碎石材料;2) 骨架密实结构水泥稳定碎石各龄期的耐冻系数均大于90%;3) 骨架密实结构水泥稳定碎石具有较高抗拉强度, 较低的温缩系数、干缩系数, 从而表现出良好的抗裂性能。
参考文献
[1]同济大学道路交通研究所.半刚性基层路面[M].北京:人民交通出版社, 1998.
[2]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]丁志强.水稳碎石基层施工的质量控制[J].山西建筑, 2007, 33 (15) :242-243.
高性能混凝土抗裂性能研究 篇5
高性能混凝土是当今广泛应用的混凝土之一, 其主要应用在高层、大跨等建筑或者桥梁工程中。其主要的特征是采用高效减水剂、低水泥比以及活性细料掺入, 进而保证混凝土的高强度以及硬化后细观结构的紧密性。
高性能混凝土在技术和经济以及社会效益上有显著的优势, 但是其在裂缝产生问题上却较为突出。高性能混凝土裂隙的产生原因是多方面的, 在实际的工程中, 混凝土通常是与钢筋、基底、模板等配合使用, 这些相邻建筑材料的变形、膨胀都会对混凝土的裂隙产生影响。混凝土自身的原材料品质, 配合比设计, 掺合料的参量、种类都会影响其裂缝的产生[1]。积极地对这些影响因素进行分析研究, 明晰其作用机理, 从而保证高性能混凝土裂缝的合理控制, 有效地提升其社会经济效益。
2 高性能混凝土原料和配备的抗裂性分析
高性能的混凝土原材料与普通的混凝土有很大的区别, 在进行原料配合时, 需要从胶凝材料 (或水泥) 、水灰比 (或水胶比) 、外加剂掺量、砂率等多方面的进行把握, 保证高性能混凝土的抗裂性。
2.1 水泥
高性能混凝土在抗裂需求上要求水泥具有下列特征:一是水化时放热较低, 以免内外温差过大而形成开裂;二是标准稠度用水量较低, 其与超塑化剂的相容性较好;三是混凝土的细度适合、强度较高, 保证最低水泥用量可以产生最大的强度, 水泥越细、标号越高, 配比出的混凝土自缩性就越大。因此, 实际的操作中应选用42.0或者52.0的硅酸盐水泥或者普通的硅酸盐水泥, 不应选用立窑水泥和早强水泥。
2.2 粗细集料
粗细骨料自身含有一定的泥量, 这会增大混凝土的收缩程度, 并且对混凝土的抗拉强度也有一定影响, 对混凝土的抗裂有极大的负面作用。在骨料掺入时要严格控制骨料的泥量, 一般粗骨料泥量小于2%, 细骨料泥量小于3%。
通常情况下, 细骨料一般选用石英含量较高、洁净、颗粒浑圆、有平滑筛分线的中粗砂砾, 其细度模数把握在2.5~3.1之间。粗骨料的表明特征和其形状对混凝土的强度影响较大, 表明粗糙可以极大增强骨料与水泥砂砾之间的黏着力。需要注意的是针片状骨料会影响混凝土的流动及其强度, 在进行针片状骨料选用时, 要保证其含量低于8%。
混凝土内部颗粒接触点的实际应力会远高于其施加的标准应力, 这使得骨料的选择时, 要保证其强度高于混凝土强度的正常值, 相关的资料显示, 其压碎值需控制在15%以内。
2.3 矿物掺合料
矿物掺和料对高性能混凝土的抗裂性能影响非常大, 在进行掺和料的选用时, 要保证其细度和有害成分的控制, 还需保证其强度活性。常用的矿物掺和料有矿渣、粉煤灰、硅灰等, 如可进行超塑剂的掺入时, 矿物掺和料的量可以与水泥等量, 甚至替代水泥。抗裂材料也属于矿物掺和料的一种, 也可以替代部分水泥。
2.4 外加剂
在外加剂的选用时要充分考虑高性能混凝土的原材料和其性能, 要通过反复的调配和试验, 保证外加剂与水泥、抗裂材料的相容性[2]。在实际操作中为了保证远距离运输和泵的正常输送, 要选用相容性高的超塑化剂以及有收缩补偿能力的材料, 保证混凝土的抗裂性能。
2.5 水胶比
水胶比是影响混凝土强度的重要参数之一, 其是指水与抗裂材料、水泥以及掺和料之间的比例。为了保证混凝土的抗裂性能, 保证混凝土的密实度, 在施工条件满足下, 需要尽量的降低水灰比, 如C40以上的混凝土水灰比配制要低于0.4。
2.6 砂率
通常将砂率控制在36%~43%之间, 一般而言, 高强度混凝土的胶凝材料较多, 其砂率要低于中低强度的混凝土。相关实验表明, 高强度的混凝土的砂率在33.3%最佳。需要注意的是砂率要根据胶凝的用量来进行调整, 胶凝偏多的情况下需要降低砂率, 反之亦然。
3 粉煤灰对高性能混凝土的抗裂性能影响研究
粉煤灰的使用可以有效改善混凝土的工作效应、耐久度以及抗裂性能, 在当今的混凝土工程中被广泛地使用着。高性能的混凝土在进行粉煤灰的掺入时一般采用低水灰比, 并且掺入外加剂, 同时为了防止收缩而造成开裂, 还可加入膨胀剂, 进行收缩补偿。以下是一次粉煤灰的掺入试验及相关的数据分析。
在该次试验中, 胶凝材料总量为500kg/m3, 其砂率为38%, 将嵩屿I级粉煤灰掺入其中, 掺入的量从0%~40%逐步增加。其详细结果见图1。
从图中可以明显地发现, 高性能混凝土前13d内的干燥收缩速度较快, 13d之后相对的缓慢, 其中4d、8d、13d的干燥收缩情况分别是29d的收缩应变的24%、48%、74%左右。其主要原因是试验的收缩值包括了自收缩值。自收缩值在早期发展速度较快, 影响了数值的计算。当粉煤灰掺量小于20%时, 混凝土的干燥收缩情况随着粉煤灰掺量提高而降低, 但在30%粉煤灰掺量时, 干燥收缩值反而上升。粉煤灰的掺量为30%时, 其干燥收缩值与基准的混凝土收缩值相当, 掺量为40%与10%掺量的干燥收缩值相当。这种情况的出现有两种原因:一是混凝土加入粉煤灰后, 其水胶比被降低, 水灰比被提高, 这使得混凝土内部的可蒸发水含量提高;二是粉煤灰的微集料效应、滚珠效应使得混凝土内部水泥分散均匀, 在火山效应的影响下, 使得混凝土更加密实, 水分不易蒸发出去。
4 高性能混凝土的生产养护分析
高性能混凝土的裂缝防护工作不但要从原材料和其配比入手, 还需要在施工过程中积极的进行工程质量监管和养护, 保证混凝土的抗裂性能。
在混凝土的原料采购时, 要进行细致的检测, 选择正规的厂商进行选购, 保证材料的合格。在进行材料的运输存储时, 要积极做好防潮、防晒工作, 保证材料存储的安全性。
混凝土拌合是混凝土投入生产的关键环节, 在这个过程中要严格质量控制, 加强质量监管。根据施工计划要求, 进行合理的原材料配比, 安装合理的计量要求进行材料的投入。且在混凝土的拌合之前要检测量水系统的准确性, 防止水量过度现象, 考虑水量时要计算材料本身的游离水量。拌合过程要保证拌合的均匀性, 不出现分层离析现象。
混凝土在骨料下沉、泌水时容易出现塑性收缩裂隙, 这就要求施工人员积极对混凝土表面进行压实和抹光。如浇筑时出现高温、大风、太阳暴晒等天气情况时, 要在浇筑抹光之后, 对混凝土进行塑料薄膜覆盖, 防止出现表面硬结情况。在混凝土收浆和抹光之后, 先用塑料薄膜覆盖, 待混凝土硬化至可以上人时, 去掉薄膜, 铺上草席或者麻袋, 用水浇透, 进行养护, 时间需不少于14d[3]。
5 结语
混凝土工程是当今社会建筑结构的主要构成部分, 其质量关系到社会安全和人们的生命财产安全。高性能混凝土是当今桥梁和高层建筑中广泛的得到了应用, 其良好的强度和可靠的性能获得了广泛的称赞, 但其在抗裂性能上的缺陷不容忽视。笔者对高性能混凝土的水灰比 (或水胶比) 、外加剂掺量、砂率等方面进行了研究, 并且细致的分析了粉煤灰对高性能混凝土的抗裂性能的影响, 为高性能混凝土的抗裂防护工作份力提量供。了措施, 旨在为我国的高性能混凝土抗裂工作贡献一份力量。
摘要：裂缝是当今混凝土材料中较为普通的问题, 其严重影响着混凝土结构的耐久性。混凝土的裂隙指标是极难量化控制的, 其产生的原因复杂多变, 对其的分析研究工作一直是相关技术人员的难题之一。高性能混凝土是当今广泛应用的一种混凝土, 它满足了人们对混凝土的强度需求, 因此论文主要对其抗裂性进行了分析研究。
关键词：高性能混凝土,裂隙,研究
参考文献
[1]檀小龙, 刘辉, 余文文.高性能纤维膨胀混凝上抗裂性能研究[J].四川建筑, 2011, 31 (1) :83.
[2]陆采荣, 梅国兴, 刘伟宝, 王珩, 戈雪良.考虑温湿度风速条件的混凝土开裂试验研究和应用[J].南水北调与水利科技, 2009, 7 (6) :15.
提高抗裂性能 篇6
水泥稳定碎石作为在高等级公路中使用广泛的半刚性基层,其反射裂缝一直没有得到很好解决。由于水泥稳定碎石和水泥混凝土均为水泥基材料,从原理上看,减缩剂应该也可以大幅降低水泥稳定碎石的反射裂缝,这对延长半刚性基层沥青路面使用寿命具有重大意义。因此,本文重点研究减缩剂对水泥稳定碎石抗裂性能的影响。
1 配合比设计与击实试验结果
1.1 试验材料
1.1.1 水泥
采用32.5级普通硅酸盐缓凝水泥,其性能指标见表1。
1.1.2 集料
集料为浦东路桥的石灰岩,公称最大粒径为19 mm,压碎值和洛杉矶磨耗值分别为18%和21.2。
1.1.3 减缩剂
采用河南某公司生产的减缩剂,为天然油脂合成的特殊结构醇醚,无毒、无刺激性,室温下呈白色蜡状体。与各种助剂、添加剂配伍性好,耐酸、耐碱,抗氧化。掺加方法为先溶于水后掺入。
1.2 级配设计与击实试验结果
级配按照交通部西部交通科技项目“重载交通长寿命沥青路面关键技术”研究的要求,采用沙庆林院士开发的SAC间断级配设计方法[3]进行计算。26.5 mm、4.75 mm、0.075 mm的通过率分别为100%、36%和5%,得到的级配见表2。
试验用水泥用量为5%,减缩剂减量为0、1%,2%、4%,代号分别为A5、A5+B1、A5+B2、A5+B4。最佳含水量和最大干密度采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057—94)丙法进行。
试验结果显示,4种配合比的最大干密度均为2.35 g/cm3,最佳含量分别为5.8%,5.3%,5.2%和5.2%。由此可以看出,掺入减缩剂后,最大干密度不变,最佳含水量减小。这主要是由于减缩剂为表面活性物质,能减小水泥-水的表面张力,释放出部分被水泥包裹的水。
2 性能试验方法
2.1 试件制备与成型
按最佳含水量和98%最大干密度配料,抗压强度和劈裂强度试件尺寸为15 cm×15 cm,平行试件为6个。干缩试验采用压力机静压成型,试件尺寸为10 cm×10 cm×40 cm,每个方案各3根梁。
2.2 抗压强度、劈裂强度和劈裂应变试验
劈裂强度按现行规范[4]进行。由于现行规范没有劈裂应变试验方法,故按同济大学林绣贤[5]提出的方法进行,即在测劈裂强度的同时,用传感器测竖向位移,然后计算劈裂应变。
2.3 收缩试验
干缩试件脱模后用塑料袋密封,置于温度为(25±2)℃的标准养护室保湿养生7 d,之后,取出放在玻璃板上,在室内自然湿度下风干,测定不同失水率的收缩情况。目前,测定半刚性基层材料干缩特性尚无统一的标准,本次试验利用手持应变仪(精度0.001 mm)测量中梁的干缩变形,试验持续到含水量不再减小,试件体积基本不变为止。
3 试验结果与分析
3.1 掺减缩剂水泥稳定碎石力学性能试验
3.1.1 抗压强度试验结果
图1为7 d、28 d、90 d掺与不掺减缩剂水泥稳定碎石抗压强度结果。
从图1中可以看出:(1)对于7 d龄期,掺入减缩剂后,抗压强度略有下降,可能与减缩剂的引气和缓凝作用有关。(2)对于28 d龄期,掺入减缩剂后,随着掺量的增加,抗压强度增加。减缩剂也能分散水泥-水絮凝结构,使得水泥分散均匀,同时其有部分减水作用。(3)对于90 d龄期,掺入减缩剂后,抗压强度增加。(4)随着龄期的增加,各配合比抗压强度增加。
综上所述,掺减缩剂7 d和90 d强度变化规律不尽相同,后期抗压强度均有增加。
3.1.2 劈裂强度试验结果
图2为7 d、28 d、90 d掺与不掺减缩剂水泥稳定碎石劈裂强度结果。
从图2中可以看出:(1)对于7 d、28 d和90 d龄期,随着掺量的增加,劈裂强度先上升后下降,对于本例存在最佳掺量为2%。(2)随着龄期的增加,各配合比劈裂强度增加。
3.1.3 劈裂应变试验结果
劈裂应变是评价水泥稳定碎石抗裂性的重要指标,图3为7 d、28 d、90 d掺与不掺减缩剂水泥稳定碎石劈裂应变结果。
由图3可以看出:(1)对于7 d龄期,随着减缩剂掺量的增大,劈裂应变减小。(2)对于28 d和90 d龄期,掺入减缩剂,劈裂应变减小,但随着掺量的不同,略有波动,掺量在2%～4%间,劈裂应变较大。(3)随着龄期的增加,各配合比劈裂应变减小,且28 d与90 d龄期劈裂应变比较接近。由此可知,掺减缩剂后劈裂强度增加,劈裂应变反而减小,这对水泥稳定碎石抗裂性是不利的。
3.2 掺减缩剂水泥稳定碎石收缩性能试验
3.2.1 失水率与暴露时间的关系
干缩试件养生7 d后置于干燥空气中,其失水率与暴露时间的关系如图4所示。
由图4可以看出:(1)失水率随着暴露时间的增加而增加。初期失水较快,后期失水较慢,大约暴露20 d后趋于稳定。(2)掺减缩剂水泥稳定碎石失水率比不掺的要小,这可能与初始含水量有关,由于减缩剂减水作用导致其失水也少。
3.2.2 干缩应变与暴露时间的关系
图5为干缩试件置于空气中收缩与暴露时间的关系。
由图5可以看出:(1)干缩应变随暴露时间的增加而增加。干缩应变在暴露初期(7 d)和后期接近风干状态时增加缓慢,而在暴露中期增加很快。(2)从最终干缩变形来看,掺减缩剂水泥稳定碎石干缩均比未掺的要小,掺量越大,减缩效果越好;但从2%增加到4%,减缩效果不明显增加。其原因在于,减缩剂主要靠减小水的表面张力来减少收缩,但存在一极值,即减缩剂掺量增加,其减缩效果不再明显增加。
各配合比收缩变形汇总如表3所示。
从表4可以看出,掺入减缩剂后,有效地减小了水泥稳定碎石的最终收缩变形。掺1%、2%和4%减缩剂后减缩率分别为37.3%、53.3%和57.6%。
4 水泥稳定碎石抗裂评价
4.1 抗裂评价指标
水泥稳定碎石基层开裂是由于材料内部干缩应变、温缩应变及行车荷载作用下产生的总应变超过其极限拉应变所致。鉴于以上2个因素,提出采用抗裂系数作为水泥稳定碎石的评价指标,即:
式中:CR为抗裂评价系数,其值愈大,表征材料的抗裂性愈好;εd、εt、εp和εl分别为最大干缩应变、最大温缩应变、最不利荷载时水泥稳定碎石层底拉应变和劈裂应变。
对于水泥稳定碎石铺筑后尚未通车时的抗裂系数,上式中省略最不利荷载时水泥稳定碎石层底拉应变。
长安大学的胡力群博士[6]通过大量试验,得到水泥稳定碎石的平均温缩系数如表4所示。
注:表中悬浮密实结构、骨架密实结构水泥稳定碎石水泥用量为4%～6%,骨架孔隙结构水泥碎石水泥用量为6%～10%。
由表4可知,水泥稳定碎石温缩系数较小,且不同类型水泥稳定碎石温缩系数相差不大,因此温缩应变对抗裂系数的结果影响不大。
基于以上两点考虑,本文采用简化的抗裂系数作为抗裂评价指标。
式中:CR为抗裂系数。εd和εl分别为最大干缩应变和28 d标养的劈裂应变。
4.2 抗裂评价结果
采用上述简化的抗裂系数对掺与不掺减缩剂水泥稳定碎石进行了抗裂评价,结果见图6。
由图6可以看出,掺减缩剂后抗裂系数明显增加,但掺量从2%增加到4%,抗裂系数增加不显著,而减缩剂价格很贵,达1万元/t。因此,综合考虑技术经济指标,掺减缩剂最佳掺量为2%。
5 结论
(1)掺减缩剂水泥稳定碎石最佳含水量随掺量的增加而减小。
(2)掺减缩剂水泥稳定碎石90 d抗压强度和劈裂强度随掺量的增加先增加后减小。掺减缩剂水泥稳定碎石90 d劈裂应变随掺量的增加无明显规律,但均比不掺的要小,不利于抗裂性能的提高。
(3)掺减缩剂水泥稳定碎石干缩应变随掺量的增加而减小,具有良好的减缩效果。
(4)综合力学性能试验结果、收缩试验结果和经济评价,在水泥稳定碎石中减缩剂的最佳掺量为2%。
参考文献
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提高抗裂性能 篇7
水泥稳定钢渣碎石基层具有稳定性好、抗冻性能好、结构本身自成板体整体性强、强度高、刚度大以及抗行车疲劳性能较好的特点。但水泥稳定碎石混合料由于对周围环境温度和湿度的变化比较敏感, 水泥稳定钢渣碎石材料经拌合压实后, 湿度变化时由于蒸发和水泥水化作用, 混合料的水分不断减少, 在强度形成过程中以及营运期间会产生温缩裂缝, 并加剧路面的破坏, 缩短路面的使用寿命。
本文对水泥稳定钢渣碎石不同水泥剂量、含水量、级配类型、碎石掺量的干缩试验结果进行研究分析, 得出影响水泥稳定钢渣碎石抗裂性能的关键因素以及碎石掺配的合理范围, 找出减少水泥稳定钢渣碎石基层产生干缩裂缝的影响因素, 旨在通过选择适合的水泥剂量和碎石掺配比例减少干缩对混合料性能的影响, 提高水泥稳定钢渣碎石混合料的路用性能。
1 水泥稳定钢渣碎石的干缩性能研究
1.1 干缩机理
干燥收缩的基本原理是由于水分蒸发而发生的“毛细管张力作用”、“吸附水分子间作用”、矿物晶体或胶凝体的“层间水作用”以及“碳化脱水作用”而引起的整体宏观体积的变化。水泥稳定材料经拌合压实后, 湿度变化时由于蒸发和混合料内部发生水化作用, 混合料的水分不断减少, 发生的毛细管作用、吸附作用等引起混合料产生体积收缩。
1.2 试验方法
干缩系数采用千分表测试。采用静压法成型棱柱体试件, 制备了100mm×100mm×400mm的梁式试件, 在标准的温度25℃和湿度50%左右的条件下养护7天后, 将饱水后的试件表面水擦干, 按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 (JTG E51-2009) 的规定, 放置在自制的干缩仪上进行干缩试验, 具体步骤如下:
①检测:从移入干燥室的时间起计算, 读记千分表读数, 第1天为6小时一次, 第2~5天为12小时一次, 之后24小时一次, 直到含水量基本不变为止。
②用毛巾将饱水后的试件表面可见自由水擦干后, 用游标卡尺测定其初始长度, 并称取试件的初始质量;该过程注意轻拿轻放, 不要使试件损失质量。
③收缩仪连同试件一起放入干缩室。用快干胶粘贴小玻璃片在试件的顶端, 将千分表头顶到试件的玻璃片上, 使表针走动到较大值, 待所有试件架好后归零。
④从移入干缩室的时间算起, 在开始试验的一个星期内, 每天读数1次, 记下每个试件的每个表的读数, 并称量标准试件的质量;7天后每2~3天读一次数, 至30d后。60d、90d读数, 结束干缩观测, 将试件放入烘箱内烘至恒重;取失水前后千分表的读数差及试件的质量差计算干缩应变及失水率。
⑤利用测得的干缩量和相应的水分损失量进行计算。
2 水泥稳定钢渣碎石干缩性影响因素
2.1 含水量对干缩性能的影响
按骨架密实型级配进行干缩试验, 钢渣和碎石比例为60:40, 按各粒级通过率取中值, 见表1。
试验组合见表2, 不同水泥剂量下的最佳含水率———最大干密度曲线图见图2, 5.0%水泥含量下不同含水量的干缩试验结果见表3。
由图3可以看出, 随着含水量的增大, 干缩应变增大;含水量减少, 干缩应变减小。但随着时间的推移, 干缩应变变化不大, 这是因为随着时间的推移水分的蒸发速度减小, 最后趋于不变。由图4看出, 随着失水率的增大, 干缩系数呈增大趋势, 含水量越小失水率也越小。最佳含水量状态下干缩系数增加平缓, 含水量大, 干缩系数随着失水率的增大而增长明显。
2.2 水泥剂量对干缩性能的影响
按骨架型级配配合比A1进行干缩试验, 碎石和钢渣比例为40:60, 按各粒级通过率取中值, 如表4所示, 进行不同水泥含量条件下的干缩试验, 试验结果见表4。
由图6可以看出, 水泥剂量越大, 干缩应变也就越大;干缩系数随着时间的增长逐渐趋缓, 且不同水泥剂量的干缩应变趋于一致。由图6看出水泥剂量愈高, 干缩应变也就愈大;随着水分的散发, 水泥稳定碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大。随着水泥剂量增加, 混合料干缩系数及干缩应变增大, 水泥稳定钢渣碎石随着水泥剂量的增加抗干缩能力减弱。水泥剂量的增加使水泥与集料在有水参与下反应生成物数量增加, 凝胶孔增多, 毛细孔也相应增多, 所以整体材料的比表面积和孔隙率增大, 扩大了表面张力、吸附力及分子间力以及层间水作用范围, 使材料的干燥收缩性变大。
2.3 级配对水泥稳定钢渣碎石干缩性能的影响
水泥稳定碎石混合料干燥收缩是指由于其内部含水量的变化而引起整体宏观体积收缩的现象。因此含水量是影响水泥稳定碎石混合料干燥收缩最重要的因素。它影响着材料的干缩程度和干缩规律。表征混合料干缩抗干缩能力的指标有混合料干缩应变及干缩系数。如果干缩应变过大, 则在水分散发的过程中混合料将产生过大的干缩, 在沥青层、底基层及基层板体本身的联合约束下基层本身将不能自由收缩, 从而形成混合料内部拉应力, 此拉应力, 便产生微裂缝。在车辆荷载的作用下, 微裂纹扩展, 反射到沥青面层并形成反射裂缝, 所以在混合料设计中, 应选择干缩应变及干缩系数小的混合料配合比。
选用骨架型级配配合比A1 (掺配比例碎石40%、钢渣60%, 水泥剂量3%、4%、5%) 、密实型级配配合比B1 (掺配比例碎石20%、钢渣80%, 水泥剂量3%、4%、5%) 不同水泥剂量的干缩系数, 对比这两种碎石掺量的级配形式下干缩系数的大小, 试验结果见图7。
由图7分析得知, 随着水分的散失, 水泥稳定钢渣碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大, 40%碎石掺量混合料的干缩应变和干缩系数都小于20%碎石掺量混合料。呈现上述趋势的原因是:钢渣的比表面积比碎石较大, 随着碎石的增加钢渣数量减少, 混合料的比表面积和孔隙率减少, 表面张力、吸附力及分子间力以及层间水作用范围减小了, 在宏观上表现为干缩系数的减小;适当的碎石掺量, 一定程度提高了骨架结构的密实, 混合料内部形成了更密实的结构, 颗粒之间的嵌挤力作用强, 颗粒之间约束与牵制作用大, 而且内部较小的孔隙率也限制了材料收缩的空间, 所以其干缩系数比碎石掺量少的要小。即在掺量20~40%范围内, 干缩系数的大小也是随着碎石掺量的增加而减少, 掺量40%时混合料的干缩系数最小, 可得出, 碎石的掺入, 对级配组成有很大影响, 进而进一步影响干缩系数。
3 结论
通过上述试验研究初步得出了水分、水泥、碎石掺量对干缩系数的影响规律:①随着水分的散发, 水泥稳定钢渣碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大;含水量愈大, 干缩应变和干缩系数也就愈大。②随着水泥剂量增加, 混合料干缩系数及干缩应变增大, 水泥稳定钢渣碎石随着水泥剂量的增加抗干缩能力减弱。③碎石掺量在20~40%范围内, 干缩系数的大小随着碎石掺量的增加而减少。
依据以上结果, 在水泥稳定钢渣碎石混合料设计中应选择适合的水泥剂量和碎石掺配比例, 以减少干缩对混合料性能的影响, 提高水泥稳定钢渣碎石混合料的路用性能。
摘要：本文对水泥稳定钢渣碎石不同水泥剂量、含水量、级配类型、碎石掺量的干缩试验结果进行研究分析, 得出影响水泥稳定钢渣碎石抗裂性能的关键因素以及碎石掺配的合理范围, 找出减少水泥稳定钢渣碎石基层产生干缩裂缝影响因素。
关键词：水泥稳定钢渣碎石,干缩,抗裂性能
参考文献
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水工自密实混凝土的抗裂性能 篇8
开裂是由混凝土的体积变化、不同类型和不同程度的约束以及环境条件等综合因素所导致的。从材料本身来看, 混凝土是一种非匀质的复杂多相脆性材料, 抗拉强度低, 易于开裂, 而且本身内部存在孔缝等诸多缺陷。从能量角度看, 原有裂缝的扩展比新生成裂缝容易。因此, 混凝土内部存在的早期可见与不可见裂缝是裂缝扩展的源头。显然, 控制混凝土在约束条件下产生早期开裂是一个最本质、最敏感的问题, 直接影响到混凝土结构的整体性、耐久性。收缩变形是混凝土体积变形的一种重要形式, 包括塑性收缩、自收缩、干燥收缩以及温度变形。混凝土收缩开裂趋势的研究已成为混凝土科学的一个重要研究方向。导致混凝土产生裂缝的原因很多, 涉及到混凝土的原材料组成、配合比、施工以及服役环境条件的作用。
以下主要从混凝土原材料和配比优选角度来改善混凝土的抗裂性能。
2 低水化放热胶凝材料的选择
胶凝材料特别是水泥的水化作用是一个放热反应, 释放出的热量将导致混凝土体系内部的温度上升, 导致大体积的混凝土结构内部与周围环境之间存在温度差, 并有可能出现过大的温度应力导致混凝土结构产生裂缝。为了提高水工自密实混凝土的抗裂性能, 优选低水化热的胶凝材料非常重要。本文通过对比测试不同胶凝材料组成的混凝土的温升来优化配制自密实混凝土所需的低水化热的胶凝材料。
2.1 温升试验材料技术指标
温升对比试验所选的胶凝材料包括普通硅酸盐水泥 (P.O) 、石灰石粉 (LS) 、粉煤灰 (FA) 、矿渣 (SG) 。各胶凝材料的化学组成及其颗粒粒径如表1所示, 其中石灰石粉的含量为87.8%, 45μm方孔筛筛余为4.6%。试验测试了4个不同试件的温升。试验按照自密实混凝土进行配合比设计, 试件采用不同的矿物掺合料 (粉煤灰、矿渣以及石灰石粉) 分别取代30%的水泥, 各试件采用的相同水胶比 (W/B) 为0.40, 试件的浆体体积含量 (Vp) 有两种, 分别为0.37和0.40, 粗细骨料分别为5 mm~25 mm的碎石和河砂, 各试件的砂率 (γ) 均相同, 为42%。
试件 (15 cm×15 cm×15 cm) 水化温升测试结果如图1所示。
2.2 温升对比试验结果
从图1所示结果可知, 在相同的浆体体积含量下, 掺15%FA+15%SG试件的温升最高, 掺30%FA试件的温升次之, 而掺30%LS试件的温升最小。掺石灰石粉对降低混凝土试件的水化放热温升效果最好。这主要是由于不同掺合料水化活性存在一定差异造成的, 矿渣具有潜在水化活性, 二次水化反应较快, 放出的水化热较大, 而粉煤灰的水化活性较差, 二次水化反应所放出的热量较小, 石灰石粉是惰性掺合料, 几乎没有水化活性。由于自密实混凝土的浆体含量较多, 因此, 选择水化放热较低的掺石灰石粉、粉煤灰的胶凝材料。另外还可看到, 相对于环境温度, 各试件的温度要高5℃~8℃;各试件的水化放热的变化规律基本相似, 各试件大约在水化经历24 h达到最高温升。
3 自密实混凝土干缩性能
3.1 不同胶凝材料组成对自密实混凝土干缩的影响
试验主要考虑了粉煤灰 (FA) 掺量、石灰石粉 (LS) 以及水胶比 (W/B) 降低等因素对自密实混凝土干缩值的影响, 各试件的配合比如表2所示。试件收缩值从试件成型1 d拆模后开始测量各试件的干缩值随龄期的变化, 结果如图2所示。
从图2所示的结果可知, 粉煤灰、石灰石粉对试件的干缩有较为重要的影响。与掺纯水泥的试件相比, 掺入粉煤灰和石灰石粉后, 自密实混凝土的干缩值减小, 且粉煤灰掺量增加, 自密实混凝土干缩值呈现减小的趋势。石灰石粉的掺入也能降低试件的干缩值, 掺相同掺量的石灰石粉和粉煤灰的试件在各龄期的收缩值基本一致。另外, 降低水胶比, 自密实混凝土的收缩值有一定的减小。
3.2 粗骨料体积含量 (Va) 对自密实混凝土干缩的影响
一般而言, 混凝土中的收缩变形主要是由水泥石引起的, 粗骨料对水泥石的变形起到约束作用, 而且不同性质的粗骨料产生的作用也不相同。为了进一步了解粗骨料含量对自密实混凝土干缩值的影响规律, 图3给出了粗骨料体积分数 (Va) 变化条件下, 自密实混凝土收缩随时间的变化结果, 试验各试件的水胶比保持0.4不变、粉煤灰掺量为30%、砂子与砂浆体积比不变, 改变粗骨料的体积含量。
图3中的结果表明, 在其他条件相同的情况下, 粗骨料体积分数在0.26~0.36之间变化时, 各自密实混凝土收缩随龄期逐渐增加, 且各试件的收缩变化趋势基本一致。粗骨料体积分数的增加, 各自密实混凝土收缩在相应龄期下的收缩值降低。当粗骨料体积分数不大于0.28时, 28 d龄期自密实混凝土的收缩值大于400μm·m-1, 混凝土产生开裂的倾向增大。根据此条件, 自密实混凝土的粗骨料体积分数宜大于0.28, 在满足拌合物的“自密实”要求条件下, 自密实混凝土的粗骨料含量宜选择偏大值。
4 自密实混凝土抗裂性
4.1 抗裂性试验方法
本文采用了美国联邦公路管理局AASHTO提出的抗裂试验方法、日本人笠井芳夫提出的平板试验来研究自密实混凝土的抗裂性能。基于上述研究基础, 选择上述两种抗裂试验方法研究自密实混凝土的抗裂性能, 试验时直接在环境温度为 (20±2) ℃和相对湿度为 (60±5) %的室内环境下成型和试验观察, 圆环试件在试件成型1 d后将圆钢环拆除继续试验观察, 试验测试照片如图4和图5所示。试验中考虑了粉煤灰掺量、聚丙烯纤维的掺入等对自密实混凝土抗裂性能的影响。
4.2 抗裂性试验结果
从图4和图5所示的混凝土抗裂性测试照片以及试验过程中监测表明, 所测5个不同配比的混凝土均未出现裂缝, 且采用圆环法和平板法两种方法测试混凝土抗裂性具有一致性, 掺入聚丙烯纤维和未掺聚丙烯纤维的自密实混凝土抗裂性未见明显的不同。抗裂性试验测试结果表明, 经过合理设计的自密实混凝土, 具有良好的抗裂性, 其抗裂性与普通掺矿物掺合料的混凝土的抗裂性无显著差异。所测5组混凝土的原材料及配比如表3所示。
5 结语
根据上述抗裂性测试结果, 可得到如下结论:
1) 混凝土中胶凝材料品种和骨料含量对其水化温升存在显著的影响, 骨料含量减小, 浆体含量增加, 水化放出的总热量增加, 其水化温升增大。选择水化放热较低的掺石灰石粉、粉煤灰的胶凝材料制备自密实混凝土非常重要。
2) 粗骨料含量增加, 有利于改善自密实混凝土抗裂性, 为满足混凝土的抗裂性能和“自密实”性要求, 自密实混凝土的粗骨料体积含量宜在0.30~0.36之间。
3) 在本试验调查范围内, 在自密实混凝土中掺入粉煤灰并选择合适的粗骨料体积含量, 自密实混凝土具有良好的抗裂性。掺入聚丙烯纤维和不掺聚丙烯纤维的自密实混凝土的抗裂性无显著差异。
4) 综合自密实混凝土的工作性要求和耐久性要求, 自密实混凝土宜掺用不少于30%的粉煤灰, 粗骨料体积分数宜不小于0.30, 水胶比不宜大于0.4。
摘要：在综合分析导致混凝土产生裂缝主要原因的基础上, 结合温升对比试验、干缩对比试验和抗裂性试验测试结果, 探讨了自密实混凝土的抗裂性能, 优化了自密实混凝土的原材料及其配合比, 为研发抗裂自密实混凝土的制备技术提供了参考依据。