自密实堆石混凝土的力学性能试验研究.doc

1、1自密实堆石混凝土的力学性能试验研究摘要：自密实堆石混凝土是依靠自密实混凝土（SCC）的高流动、抗离析性能好以及自流动等特点，采用较大粒径的块石作为骨料并填充上自密实混凝土，从而形成了一种堆石混凝土（RFC)。作为一种高性能混凝土,它具有水泥用量少、造价较低、施工速度快等特点，近几年来在我国的研究和应用也逐步增多。通过对尺寸为450mm450mm450mm、450mm450mm900mm 的自密实堆石混凝土试件的制作与试验，研究试件内部自密实混凝土与大粒径骨料（块石）的密实情况和试件整体力学性能，表明自密实堆石混凝土内部结构密实，有良好的力学性能，可以应用于工程实践。 关键词：自密实；堆石混凝

2、土；大粒径骨料 中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 1 引言 自密实混凝土(SCC)是一种高性能混凝土，具有高流动性、高粘聚性、抗离析和自流平等特点1。最早是由日本东京大学的冈村甫教授提出，并研制成功。随后在多个国家得到了广泛的应用。我国的深圳、上海等城市也有一些建筑采用了自密实混凝土进行浇注，取得了不错的效果2 。自密实堆石混凝土充分发挥了自密实混凝土和块石两种材料的优势，成为了一种新型的混凝土，而采用这种新型混凝土制作的试件的密实情况良好，整体的力学性能不低于普通混凝土制作的试件，达到了理想的2效果3。由于已有的自密实堆石混凝土力学性能试验是将大尺寸试件切割为标准尺寸进

3、行试验，没有考虑试件内部大粒径骨料的影响。因此，本文通过对大尺寸自密实堆石混凝土试件进行力学性能测试，真实地反映了自密实堆石混凝土的破坏特点与力学性能。 2 自密实混凝土的材料和配合比试验 由于自密实堆石混凝土内部的大粒径骨料（块石）预埋入模板中，大粒径骨料与搅拌好的自密实混凝土分离，因此自密实堆石混凝土的配合比试验就集中于对自密实混凝土的配合比设计上。若自密实混凝土的流动性不够，则有可能造成离析和泌水现象。因此对自密实混凝土的制备显得尤为重要。 2.1 试验材料 1)水泥:榴园 42.5 号普通硅酸盐水泥； 2)骨料:粗骨料的直径在 10mm 到 20mm 范围内，细骨料采用级配良好的中粗砂

4、； 3)粉煤灰:正友级粉煤灰； 4)水:自来水； 5)外加剂:聚羧酸盐高效外加剂。 2.2 配合比试验及结果 由于混凝土是多相材料，影响其性能的因素很多，包括骨料粗细、形状、种类、含水率、颗粒级配等等，因此在根据本地材料性能的基础上，通过不断的调整和适配，并以混凝土的坍落度、扩展度（700mm） 、28 天标准养护强度为指标，确定出配合比。 3测取铁板上拌合物任意垂直的两个方向的直径，取平均值作为扩展度，并测量混凝土拌合物的坍落度。通过调整和适配，结合坍落度与扩展度，综合考虑后确定了表 1 中自密实混凝土的配合比： 表 1 C15 自密实混凝土配合比(单位：kg/m3) 3 自密实堆石混凝土试

5、件的制作 对于混凝土力学性能的试验，标准4中要求采用的标准试样尺寸主要为 150 mm150 mm300mm 和 150 mm150 mm150 mm；美国恳务局1972 年规定对于大骨料混凝土试验，试样中必须包括全部骨料，而且试样必须足够大，试样的最小边长要大于或等于混凝土中最大骨料的 3 倍5 。因此确定本次试件的尺寸为 450 mm450 mm450mm 和 450 mm450 mm900 mm。 将大粒径骨料（黄岛产，粒径约 15cm 左右）先浸泡 24 小时，使其充分吸水，再将其晾到表面干状态后，码放于模板之中；将自密实混凝土浇入模板中，则混凝土在重力作用下流向各个方向。将块石分层码

6、入，自密实也采取分层浇注的方法，每层浇注高度约为 150mm 左右。 可以发现，成型后浇筑试件则外观性能较好。除由于块石与板壁的接触，产生了附壁效应没有完全填实外，整体表面状况较好，没有出现蜂窝麻面等缺陷。 4 自密实堆石混凝土试件的力学性能测试 4.1 试验方法 4为了能够将试件压至破坏状态，并观察试件内部的密实情况。试验在 500 吨电液伺服试验机上进行，并在试件的两个侧面安装四个差变式位移传感器，以测试构件的变形。 试验加载过程为: (l)在所有试验之前确定仪器的可靠性。 (2)摆放好试件并将测试仪器及测量设备连接并安装调试。 (3)各项准备工作完成后开始加载，采用荷载控制，抗压试验加载

7、速度不超过 0.30.5MPa/s，保持匀速加载，避免荷载出现冲击影响。同时，数据采集系统准确记录试验数据，并保存数据到文件。加载到试件完全破坏为止。 4.2 试验结果及其分析 1 破坏特征 试件的局部破坏截面。试件的断裂面平整，在剪力的作用下，自密实混凝土和块石的黏结强度较高，块石被剪断，断裂面沿着自密实混凝土和块石的交界面发展。 通过对试验后所有试件的断裂面分析发现：被剪断的块石分布较为分散，没有呈现出特定的分布规律。另外，立方体试件和棱柱体试件的断裂面大多是自密实混凝土与块石间的粘结滑移，有少量断裂界面从块石处穿过。两种材料交界面处的粘结性能对整个试件性能起主导作用。这说明试件的整体工作

8、性能良好。 立方体试件的破坏形态。特点在于临近破坏时，首先在表面出现了沿试件高度的一条竖向裂缝，随着荷载的增加，又出了数条不连续的竖5向裂缝，并且已有的裂缝宽度加大，部分混凝土剥落，最终由于裂缝贯穿截面形成 2-3 个柱体，最后小柱体失稳破坏，裂缝相对较直，带有脆性的竖向劈裂的特点。这与标准的立方体试件的破坏形态呈现出的正倒相接的四角锥形破坏形态不同。其原因可能是加载板与试件表面接触面积较大，很难在加载初始阶段形成有效的摩擦约束，因此，虽然也存在趋向 X 型的裂缝，但不如普通混凝土的破坏形态表现得充分。 棱柱体试件的破坏形态。临近破坏时在试件表面沿高度出现一条可见的竖向裂缝，随着荷载的增加，该

9、条裂缝不断加宽，并且在该表面其他部位又出现了部分短斜裂缝。继续增加荷载，该裂缝宽度加大，并贯穿截面，而其他部位的裂缝宽度发展较小。出现的裂缝竖向裂缝居多，有少量斜裂缝出现。最终破坏形态与标准棱柱体试件出现的宏观斜裂缝有所不同，产生的竖向裂缝将棱柱体分割成了 2-3 个柱体使其失去承载能力。 对于填充的自密实混凝土，破坏面大多是沿着粗骨料与自密实混凝土的交界面处发展，粗骨料本身断裂的比较少，这与标准尺寸的混凝土试件的内部破坏形态一致；从自密实堆石混凝土整体来看，有部分块石从交界面处完全脱落，与填充的自密实混凝土分离，而标准尺寸的混凝土试件破坏时，也有粗骨料脱落的情况，石块断裂的现象，表明自密实混

10、凝土与石块界面具有足够的粘结力，石块的随机码放，也可能使石块处于最不利的受力位置，在弯剪的共同作用下导致断裂。 2 力学性能指标 试验测得的立方体和棱柱体试件的极限荷载和抗压强度列于表 2。从6表 2 可以看出，对于立方体和棱柱体试件，每组得到的极限荷载值较为接近，破坏形态基本一致。从结果分析得知，该试件的强度足可以满足一般性的工程要求。 表 2 试件破坏荷载和抗压强度 注：LFT 指的是立方体试件，LZT 指的是棱柱体试件 5 结论 通过试验发现，从试验破坏后的试件内部情况看出，试件的内部密实情况良好，没有孔洞出现，表明自密实混凝土有良好的流动性，具有一定的强度和工作性能，是可以满足一般工程

11、需要的。对于填充的自密实混凝土，破坏面大多是沿着粗骨料与自密实混凝土的交界面处发展，粗骨料本身断裂的比较少，属于粘结性破坏，说明水泥胶体和骨料的粘结性能良好。这与标准尺寸的混凝土试件的内部破坏形态一致。 参考文献 1大内雅博.Current conditions of self-compacting concrete in Japan. Proceeding of the Second International Symposium on Self-Compacting Concrete, 6368, 2001.” 2 金 峰，安雪晖，石建军，等. 堆石混凝土及堆石混凝土大坝J.水利学报，20

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13、：China Architecture and Building Press，2003.(in Chinese) 5 宋玉普. 多种混凝土材料的本构关系和破坏准则M. 北京：中国水利水电出版社，2002.(SONG Yupu. Constitutive relation and failure criteria of several kinds of concreteM. Beijing：China Water Power Press，2002.(in Chinese) 6The Association for the development &Propagation of super qua

14、lity concrete structures , Concept of super quality concrete , its properties and structural performanceM . International Workshop on Self-compacting Concrete, 1998:243 - 254 7金峰，安雪晖，石建军，等. 堆石混凝土及堆石混凝土大坝J. 水利学报，2005，36(11) : 1347-1352 8石建军，张志恒，金 峰，张楚汉.自密实堆石混凝土力学性能的试验研究J. 岩石力学与工程学报，2007，26，Supp.1: 3231-3236 9黄绵松，周虎，安雪晖，金峰.堆石混凝土综合性能的试验研究J.建筑材料学报，2008， 2:206-211 810安雪晖，金峰，石建军.自密实混凝土充填堆石体的试验研究J.混凝土: 2005(1):3-6 11 石建军，周绍青，张志恒，金峰，张楚汉，杨晓锋，秦至谦自密实堆石混凝土梁的正截面受力性能J，水利与建筑工程学报，2005，3（4）：33-35 12 张志恒自密实堆石混凝土力学性能的实验研究和数值模拟D，南华大学硕士学位论文，2006-5