水泥混凝土破坏机理及提高其强度措施

PAGE浅析水泥混凝土破坏机理及提高其强度措施水泥混凝土路面因具有养护成本低，承载力高而被较多地运用于矿产资源丰富的地区道路结构中。但通过考察滁州市近几年修建的砼路面工程的施工现状，发现砼路面的配合比设计中的水泥用量呈不断上升趋势，而砼的抗折强度提高有限。本人通过学习G104线明光北段改建工程质量管理及该工程的采用低剂量水泥实现高抗折强度的相关资料后，浅析水泥混凝土路面的破坏机理，结合自己几年来在工程施工中的见闻谨提出提高砼路面的抗折强度措施，以期得到市局各位领导、专家、同行的指正。水泥混凝土破坏机理分析水泥混凝土在正常受力状态下应力分析砼作为道路面层，其受车辆荷载和温度变化而产生的应力作用，既向下部路面结构传递路表荷载作用力，又要抵抗由于路表向下的变形在砼板底部产生的拉应力。因此，对砼的质量控制只能体现在抗压和抗折强度两个指标。1.1.1砼在压应力状态下的应力分析抗压试验时砼受力状态如图-1，产生的压应力为δ=。Pδ=（P为压力，A为试块面积）P图-11.1.2砼在拉应力受力状态下的应力分析抗折试验时在砼梁的下缘产生拉应力，拉应力为δ=其受力状态如图-2。δδδ=（P为砼梁受压力，L位梁两支点间距，b、h为梁宽和高）图-21.2砼在极限破坏时受力状态分析1.2.1抗压试验抗压试验时,砼达到极限破坏前,在砼单元体上形成竖向单项应力状态,将产生最大剪切应力τmax和最大压应力δmax。如图-3。δmaxτmaxτmaxδmaxδ图-3δmax=τmax==抗折试验抗折试验时，砼达到极限破坏前,在砼单元体上形成水平单项应力状态,将产生最大剪切应力τmax和最大压应力δmax。如图-4。τmaxτmaxδmax图-4δmax=τmax==1.3砼破坏的原因分析由默尔须（Mārsch）公式可知：砼抗剪强度Rj=0.75其中：Ra—棱柱体抗压强度，Ra=0.7R；Rb—抗拉强度，Rb=0.1R；R—立方体抗压强度。所以Rj=0.75=0.198R，说明砼受力破坏时R已经达到δmax，此时Rj=0.198δmax，而砼单元体内τmax==0.5δmax，砼受剪应力τmax已经大于抗剪强度Rj=0.198δmax，砼被剪切破坏。2.提高砼抗拉强度的路径分析2.1砼的抗拉与抗压强度的关系分析根据中国建筑科学研究院对72组砼试件做的轴心抗拉与立方体抗压强度对比试验，得出砼轴心抗拉强度Rbl和立方体抗压强度R之间的关系式为：Rbl=0.5R2/3。由此公式可知当R提高时，Rbl提高率比R小，所以欲要通过提高砼的立方体抗压强度来实现提高抗拉强度是一种不科学、无效的路径。2.2提出提高砼抗拉强度的路径由于不可通过提高砼的立方体抗压强度来实现提高砼的抗拉强度，那么从1.3可知只能直接提高砼的抗剪强度作为提高砼的抗拉强度的最佳路径。3.提高砼抗拉强度措施3.1砼抗拉破坏时内部结构产生剪切面的分析砼由碎石、水泥砂浆胶体胶结而成，抗拉破坏时剪切面出现的情况有以下三种：１．沿着水泥砂浆与碎石的接触面，如图－５；２．贯穿整个碎石颗粒体，如图－６；３．贯穿水泥砂浆胶体，如图－７。图－５图－６图－７3.2提出提高砼抗拉强度的措施3.2.1提高砼水泥砂浆胶体的粘结力提高砼水泥砂浆胶体的粘结力会提高砼中碎石与水泥砂浆胶体的抗剪切强度.主要措施有:１．直接提高水泥自身粘结力，在满足砼工作性能下尽量提高水泥标号；２．提高砼中碎石表面的糙度，增加水泥砂浆胶体与碎石的胶结面积，如表面富含气孔的玄武岩石料；３．清除碎石表面被碎石自身吸附的粉尘，消除产生隔离层的可能．3.2.2增加砼内碎石的抗剪面积由于碎石的抗剪切能力大于水泥砂浆胶体，所以希望抗剪切面能够最大限度地贯穿碎石层，其主要措施有：采用良好的连续级配碎石，使砼内能够最大限度地被碎石填充；采用具有较多棱角的碎石，避免针片状碎石，杜绝剪切面贯穿针片状体的薄壁层；采用抗剪强度大于砼在设计抗拉强度下产生的最大剪应力τmax的碎石，以确保碎石不被剪切破坏；在满足砼的工作性能下尽量减小砂率，以最大限度地获得碎石，增加碎石抗剪切面。提高水泥砂浆胶体的自身强度无论砼在破坏时发生的剪切面是在碎石表面还是贯穿碎石颗粒，必定要贯穿水泥砂浆胶体，所以要提高水泥砂浆的自身强度，其主要措施有：１．选用洁净、具良好级配的中粗砂；２．控制拌和用水量，消除内部富余水，以避免日后蒸发后形成孔洞；３．充分振捣，排尽砼内部空气。欲提高砼抗拉强度，提高其抗剪强度是唯一最佳路径。在砼