徐晶晶，杨世凤

（天津科技大学电子信息与自动化学院，天津）

摘要：随着经济建设的发展，道路工程和城市建设的规模也在不断扩大，混凝土作为建筑工程中必不可少的材料，它的强度特性将直接影响整个工程建设的质量。本文将对道路混凝土强度进行分析，从而得到影响道路混凝土强度的性能规律。

关键词：混凝土；强度；性能分析

AnalysisoftheFactorsAffectingthePerformanceofRoadConcreteStrength

XUJing-jing,YANGShi-feng

(CollegeofElectronicInformationandAutomation,TianjinUniversityofScienceTechnology,Tianjin,China)

Abstract:Withthedevelopmentofeconomicconstructionanddevelopment,thesizeofroadworksandurbandevelopmentisalsoexpanding.Asanessentialbuildingmaterial,strengthcharacteristicsoftheconcretewilldirectlyaffectthequalityofconstruction.Thisarticlewillanalyzetheroadconcretestrengthtogetthelawaffectingtheperformanceoftheroadconcretestrength.

Keywords:Concrete；strength；PerformanceAnalysis

前言

道路建设作为国民经济的重要基础产业，已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。混凝土作为道路建设工程的重要基础原料，在国民经济中的作用不可忽视。其中，混凝土路面由于强度高、稳定性好、耐久性优良，使用寿命长（一般为30年，甚至可达50年）维修费用低，而得到迅速发展，因而使用越来越大[1]。随着我国经济建设的不断发展，年以后，我国水泥混凝土路面的以每年建成数万千米的速度增长。年到年，由于农村公路的大规模建设，我国水泥混凝土路面以20、30余万千米的速度增长[2]。我国公路水泥混凝土路面总里程统计见表1。

混凝土的强度作为混凝土路面设计和施工质量控制的重要指标之一，它的性能直接影响道路的建设工程与养护管理。本文从原材料，配合比，加载速率及方式，干燥与饱和程度等多角度分析影响道路混凝土强度的因素。

1原材料对水泥混凝土道路强度的影响

1.1道路水泥

水泥作为混凝土胶凝材料，其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土性能的优劣。由于路面工程的特点，要求水泥具有抗折强度高，耐磨耗，胀缩小，耐久性好等优良性能。一般，我国地方水泥厂生产基本上是采用立窑煅烧，水泥饱和度接近于1，C3A含量高，致使水泥耐久性差，脆性大；熟料中CaO含量高，高活性矿物C3S含量较低；加入大量混合材后，导致水泥凝结硬化较慢，早期强度低等[3]。

用于道路混凝土的水泥要求提高C3S和C4AF的含量而相应降低C3A和C2S的含量，因为C3S是保证水泥强度和耐奢性的重要成份，C4AF则有良好的动力学特性而抗冲击能力较强，但C3A却因水化产物含有较多的结晶水，在水泥石干燥过程中产生晶型转化失去部分结晶水而导致较大的体积收缩。故道路所选用的水泥要求C3S和C4AF含量高，且28天抗折强度不应低于8.0MPa，水泥标号不低于R。

1.2粗骨料

在混凝土中，粗集料通常要占体积的55～80％，因此它对混凝土的耐久性、对道路使用寿命的影响应该是相当重要的，从试验可知，混凝土的抗折强度、抗压强度，不仅与水灰比有密切关系，而且与粗骨料的品种也有较大的关系。如表2，在相同水灰比条件下，碎石混凝土与卵石混凝土相比，卵石混凝土抗折强度与抗压强度都偏低。

1.3外加剂

在配制混凝土时，掺入一定量的外加剂，不仅可以按要求对混凝土进行改性，而且可以节约水泥用量，加快施工速度。不同品种的外加剂在混凝土中所起的作用是不同的。降低砼的脆性，从断裂力学观点出发，，认为提高砼的断裂韧性，可以达到目的。至于其它性能，则采用减水剂、早强剂、养护剂等即可。必要时，可加二种外加剂或复合外加剂。影响混凝土强度的外加剂使用，在掺有早强剂或速凝剂的混凝土中，因水泥短期内水化、硬化，使水泥颗粒表面生成一层硬壳，阻碍了水泥进一步水化，致后期强度偏低[4]。

2混凝土的干燥与饱和

不同状态的混凝土所表现的力学变化情况不同，这就造成了混凝土强度的差别，经研究发现，饱和混凝土（湿态）的抗压强度较干燥混凝土的抗压强度有多降低。

经过分析两种不同状态的混凝土的物理力学特性，得到不同状态的混凝土强度不同的原因。由于混凝土材料比较密实，再加上水泥水化的自密实作用，饱和混凝土孔隙中的自由水不能被排出，在混凝土内部形成孔隙水压力，微观上来看，受压混凝土的破坏总是从微裂纹的滑移开裂开始逐渐过渡到劈裂、到宏观裂纹的形成，开展是一个缓慢的过程，裂纹中的孔隙水容易推到裂纹的尖端，其相当于滑翔力作用，加速了微裂纹的开展、增大了损伤，最终导致该饱和混凝土强度的降低。

干燥混凝土动力强度的提高主要可以归结到荷载的“惯性作用”上，由于相同试验加载速率下，惯性作用对混凝土动强度的影响不是十分明显。对于饱和混凝土，除了荷载的惯性作用外，自由水粘性的有益作用是导致混凝土强度提高的主要原因[5]。

3配合比参数对强度的影响

除原材料性能对混凝土抗折和抗压强度的影响外，配合比参数的科学设计，是直接对混凝土抗折和抗压强度的一大因素。设计配合比主要是确定好单位水泥用量、水灰比和砂率，以及含气量。

试验表明，单位水泥用量由kg/m3增加到kg/m3，随着水泥用量增大，混凝土抗折强度和抗压强度均上升，但抗折强度提高小得多。而在相同水泥用量条件下，随着水灰比增加(或减小)，抗折强度缓慢下降(上升)，抗压强度则下降(上升)较快。当碎石混凝土和卵石混凝土水灰比由0.6降低到0.45时，抗折强度分别只增加17%和23%左右，而抗压强度可增加32%和37%左右。

另外，砂率的大小对混凝土性能影响很大，进而影响其强度。试验发现，抗折强度随砂率增大，呈先增后减的变化趋势，说明有一个最佳砂率值，且水灰比由0.40变至0.50时，最佳砂率值也由随着砾（碎）石和沙的用量，种类、规格而变化。混凝土砂率如表3。

含气量的影响主要包括，随含气量增加，混凝土的工作性提高，振动粘度系数降低，便于振捣，易于密实，混凝土结合料分布均匀，有利于提高混凝土面板的密度，对提高混凝土的强度是有利的。随着含气量增大，混凝土抗折强度先增大，然后再减小，这是因为含气量增加到一定程度，混凝土的密度反而减少，使强度降低。试验表明，当含气量控制在3%-6%之间时，混凝土强度可提高10%-15%，也是配合比的重要参数[6]。

4不同加载速率，不同的加载方式对混凝土强度的影响分析

在不同自然环境和荷载条件下工作的混凝土结构由于所处的环境不同，其力学性能可能会发生一些改变，如在水中架设的桥梁，海底隧道等等。一方面混凝土的组成相由于自由水或者其它介质的侵入而发生变化，另一方面又承受着比较复杂的静动力荷载作用。

影响水泥混凝土的强度除了以上因素外，在日后的试验、使用和施工阶段，随着不同外在施压环境的不同，混凝土的强度特性会发生改变。经试验证明，在不同的加载速率和加载方式下，水泥混凝土所体现的强度会不同。

静态荷载和动态荷载情况下，分析混凝土的抗压强度会有所不同，由于篇幅有限，在这里就不一一给出公式进行分析，只进行理论探讨。在动态载荷作用下引起混凝土材料力学特性显著区别于其静态下情况的重要影响因素是材料的应变率敏感效应。由此可见应变率在进行混凝土路面强度分析时不仅要考虑混凝土原材料的种类，配合比参数及混凝土状态等的力学特性，更要重视动态荷载时混凝土材料所体现的力学特性。

5结论

通过上述结论可知，合理选用原材料，混凝土的状态不同，科学设计配合比，都是影响混凝土强度和改善混凝土性能的重要内在因素，同时，不同的加载方式和速率作为影响日后混凝土强度性能外在因素也同样不可忽视。综合考虑各种因素，才能更好地保证混凝土路面的强度，从而提高水泥混凝土路面的质量，更好的为道路建设和养护管理工程服务。

参考文献：

[1]孙振平,水泥混凝土路面在我国的地位及发展措施[J],混凝土,,(04)

SUNZhenping,ThestatusanddevelopmentmeasuresofcementandconcretepavementinChina(inchinese)[J],Concrete,(04)

[2]傅智,李红,我国水泥混凝土路面30年建设成就与展望[J],公路交通科技,,(12)：21-22

FUZhi,LIHong,Achievementsandprospectsofcementandconcretepavementconstructionoflast30years[J],

JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment,(12)：21-22

[3]黄金国,提高道路混凝土抗折强度的技术路径[J],福建建材,,(3)：45-46

HUANGJinguo,Thetechnologypathofimprovetheflexuralstrengthofroads[J],BuildingMaterialsinFujian,（3）：45-46

[4]胡峰,提高混凝土路面强度论谈[J],江西建材,,(4)：26-27

HUFeng,Topicofimprovingthestrengthofconcretepavement[J],BuildingMaterialsinJiangxi,（3）：45-46

[5]王海龙,李庆斌,不同加载速率下干燥与饱和混凝土抗压性能试验研究分析[J],水力发电学报,,(2)：85-86

WANGHailong,LIQingbin,Experimentsofthe







































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