高强混凝土的研究现状

摘　要:分析了影响混凝土强度的因素，阐述了高强混凝土的单轴受压性能及应力应变关系。

关键词：高强混凝土；钢筋混凝土；单轴受力性能

引言

      随着建设事业的不断发展，高强混凝土以其优越的性能在土木工程领域的应用越来越广泛。目前，许多建筑物正向着高强、大跨、高承载力方面发展。因此，研究高强混凝土具有十分深远的意义。本文就高强钢骨混凝土的研究现状进行了论述。

1　影响混凝土强度的因素

1. 1　水泥强度等级

用42. 5MPa普通硅酸盐水泥和52. 5MPa硅酸盐水泥进行试验，混凝土中掺高效减水剂的结果见表1。

　　从表1可以看出，水泥等级对混凝土流动性及强度均有较大的影响。

1. 2　胶凝材料的用量

      胶凝材料的用量(分别为550 kg/m3、600 kg/m3、650 kg/m3 )对超高强混凝土流动性和抗压强度的影响，掺高效减水剂的试验结果见图1。

　　由图1可以看出，增加胶凝材料的用量，会使混凝土拌和物的流动性大幅度增加。当水胶比恒定时，增加胶凝材料的用量，不仅会增加用水量和水泥浆体的数量，而且还会减少骨料的用量。此外，胶凝材料的用量对混凝土的抗压强度也有一定的影响， 这说明胶凝材料的用量并非越多越好。

1. 3　掺合料品种

      硅粉与磨细矿渣、硅粉与粉煤灰、磨细矿渣与粉煤灰3种掺合料混掺对超高强混凝土流动性和抗压强度的影响，掺高效减水剂的试验结果见表2。

　　由表2可以看出，硅粉与磨细矿渣混掺的强度最大，磨细矿渣与粉煤灰混掺的强度最小。这是因为各种掺合料的活性不同，对混凝土强度的贡献率有所差别而造成的。

1. 4　水胶比

      多余的水在水泥硬化后蒸发，一方面会在水泥石、水泥石与骨料界面区域出现大量的各种孔径的孔隙；另一方面，还会因水分泌出和混凝土收缩引起微管和微裂缝，这些现象是导致混凝土强度下降和其他性能指标低劣的根本原因。因此，为了减少或消除这些缺陷，其措施就是掺入高效减水剂，采用较低的水胶比，以便于改善混凝土的结构。

1. 5　减水剂用量

      掺高效减水剂可以提高混凝土的强度，其原因主要表现在两个方面:一是高效减水剂能分散拌和物中的水泥，降低水灰比；一是高效减水剂能够改善水泥的水化程度。但是，掺加过量的减水剂往往会出现一些不利影响，如降低混凝土的流动性等。因此，在配制超高强度的混凝土时，一定要通过试验确定减水剂的最佳用量。

1. 6　砂率

      选用胶凝材料用量为600 kg/m3 ，砂率采用45 %、38 %、35 % ，掺高效减水剂进行试验[ 1 ] 。当胶凝材料用量为600 kg/m3 ，水胶比为0. 2时， 38 %的砂率对混凝土有最好的流动性和最高的抗压强度，这表明超高强混凝土存在最佳砂率。

1. 7　粗骨料最大粒径

       超高强混凝土粗骨料最大粒径最好≯20 mm。因为骨料最大粒径越小，骨料颗粒越细，表面积越大，包裹粗骨料所需浆量就越大，混凝土拌和物流动性也就越低。粗骨料粒径越大，混凝土受荷时内部应力越不均匀。因此，超高强混凝土的强度随骨料最大粒径的增大而呈降低的趋势。

1. 8　养护龄期

       养护龄期对混凝土强度也具有一定的影响。随着龄期的延长，混凝土强度持续增长。在普通混凝土中，这种增长呈对数曲线的关系。在超高强混凝土中，混凝土强度的增长特点: 早期强度增长得很快， 28 d以后，则呈十分缓慢增长的态势。

2　单轴受压性能及应力应变关系

2. 1　破坏过程和形态

       由于超高强混凝土的强度很高，文献[ 2 ]中所有试件都以突然炸裂而遭破坏。试件在未破坏前， 试件表面无可见裂缝，仅在破坏前的瞬间，试件内部有较明显的劈裂声。破坏时，试件外表和中部混凝土炸飞，一般只剩下上、下部锥体，破坏面较平整光滑。试件破坏面穿越的粗骨料被整齐地劈开，一般未见粗骨料和水泥凝胶体面的粘结破坏。这和普通混凝土、强度较低的高强混凝土的破坏有着较明显的区别。

2. 2　棱柱体抗压强度

      由于试验试件的立方体抗压强度都在100 MPa 以上，试件在试验后期所受的垂直力相当大，使试件初始缺陷的影响和几何上、物理上难以精确对中所造成的偏心影响较显著，从而造成试验结果的离散性很大。

2. 3　峰值应变

      从文献[ 2 ]的试验结果来看，超高强高性能混凝土的峰值应变除与棱柱体石灰岩试件峰值应变、棱柱体强度关系有关外，还与粗骨料的类型有关。一般高强混凝土峰值应变的计算公式①: ε0 = (10. 3fc， 10 + 1 320) ×10- 6 (1) 文献[ 2 ]中，根据试验数据提出的公式: ε0 = (7. 74fc， 10 + 1 580) ×10- 6 (2) 两者在高强混凝土阶段基本吻合，但对于中、低强混凝土(1)式计算的结果就偏低了些。

2. 4　变形模量

     变形模量和粗骨料类型有一定的关系，采用玄武岩试件的变形模量要偏低一些。普通混凝土变形模量E0 的计算公式:

E0 = 105 /2. 2 + 34. 74 / fcu， 10 (3)

一般高强混凝土变形模量的计算公式[ 3 ] : E0 = (0. 45 fcu， 10 + 0. 5) ×104 (4)

文献[ 2 ]中，试验数据的非线性拟合算式: E0 = (0. 287 fcu， 10 + 1. 438) ×104 (5)

     式(1)和式( 2)分别对应于试验数据的下限和上限，而式(3)和式(4)都和试验数据相吻合。对于强度较低的混凝土，式(4) 、(5)的计算结果和普通混凝土式(3)的结果比较接近。因此，可以用的式(5)作为计算普通混凝土、高强混凝土以及超高强混凝土变形模量的公式。

2. 5　泊桑比

      中国铁道科学院曾测定过两组强度为63. 9MPa和102. 0MPa的高强混凝土，得到的泊桑比分别为0. 22和0. 23。ACI高强委员会报导的强度55～80MPa的高强混凝土的试验结果为0. 20～0. 28。总的来说，超高强高性能混凝土的泊桑比要比普通混凝土的略微偏大些，而与高强混凝土的试验结果较为一致。

2. 6　应力—应变曲线规律

       应力—应变关系的曲线规律，见图2。由图2可以看出，超高强混凝土应力应变曲线的上升段，由曲线变成了直线。对于超高强混凝土， 在峰值应力前，增量泊桑比都< 0. 5，这说明应力应变曲线的上升段已不存在裂缝临界应力点，即临界应力点和应力峰值点非常接近。在应力到达应力峰值点时，超高强混凝土试件内部储存了相当高的能量，并且由于超高强混凝土水泥凝胶体的强度已接近粗骨料的强度，使裂缝的发展不受粗骨料的阻挡和缓冲。这样，试件内部积蓄的能量便以迅速和剧烈的方式释放，即发生爆裂型破坏。因此，超高强混凝土的应力应变曲线已不再有下降段。

参考文献:

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作者简介:王俏梅(1969 - ) ，女，辽宁大连人，工程师、硕士， 1991年7月毕业于日本鹿儿岛大学耐震工学专业，现从事建筑结构设计工作。