膠凝砂礫石研究綜述

黃曉琦

沈陽建筑大學 遼寧 沈陽 110000

膠凝砂礫石材料綜合特性會受到材料用量、含砂率、水膠比、骨料級配、圍壓等諸多因素的影響。而要想真正了解膠凝砂礫石材料的性質，我們首先就要研究其力學特性，通過系統的實驗，精確的數據來分析和探討膠凝砂礫石的力學特性。

1 膠凝砂礫石材料力學特性

膠凝砂礫石是介于碾壓型混凝土與堆石材料之間的一種新型膠凝材料，膠凝砂礫石的力學特性是壩體結構設計的基礎，目前對于膠凝砂礫石的研究，多數是先選取合適的實驗試件，然后通過反復的室內實驗來完成的。為了研究膠凝砂礫石的力學特性，國內外的建筑材料研究人員對其進行了很多單軸、三軸實驗。但是，由于膠凝砂礫石材料的特性會受到許多因素的影響，單從一個或幾個方面來進行研究和實驗，研究結果往往會缺少系統性和相關性。而只有通過全面、系統的試驗，將影響膠凝砂礫石材料的各種因素都考慮在內，才能全面了解并掌握膠凝砂礫石材料的力學特性及強度變化規律。

1.1 膠凝砂礫石材料強度的研究

在對膠凝砂礫石強度進行全面研究的過程中，在考慮各種影響因素的情況下，通過全面、系統的拉、壓實驗及三軸剪切實驗，才能真正了解膠凝砂礫石材料的力學特性，并掌握其強度的變化規律。膠凝砂礫石材料的抗拉、壓及三軸剪切等強度會受到膠凝材料的含砂率、水泥含量、水膠比、粉煤灰含量、級配及試件尺寸等諸多因素的影響。例如，根據實驗結果可知：膠凝砂礫石的含砂率在百分之二十左右時其實驗試件的抗壓強度最高，水泥用量和抗壓強度是正比關系。此外，采取單一變量法來進行實驗和分析，均可得到其他各因素對膠凝砂礫石強度的影響關系。

1.2 不同強度之間的關系

在膠凝砂礫石材料的抗壓實驗基礎上，再進行試件同配合比的軸心抗壓試驗、彎曲強度試驗、三軸剪切試驗以及劈裂抗拉試驗等實驗。進一步來研究配合比對膠凝砂礫石材料強度的影響。通過大量的實驗數據結果可以得出：膠凝砂礫石材料各強度指標均隨著立方體抗壓強度的增大而增大，并且呈現正相關性。

1.3 力學指標體系的建立

另外，再通過大量的單軸及三軸實驗，來獲得：膠凝砂礫石材料的抗拉、抗壓、抗剪等強度指標，以及抗壓彈性模量、抗彎彈性模量、泊松比等參數，然后來綜合確定抗拉、抗壓、抗剪等強度指標之間的相互關系，并以此建立系統的膠凝砂礫石材料力學指標體系[1]。

2 膠凝砂礫石的壩型研究以及壩數值分析

膠凝砂礫石是介于碾壓混凝土和堆石料之間的膠凝材料。我國國內主要采用混凝土法和土工法來研究膠凝砂礫石材料的本構關系。混凝土法是將膠凝砂礫石材料視為改性的混凝土材料，采用線彈本構關系，按材料力學法計算壩體邊緣應力，利用單軸拉壓試驗所得的強度標準來進行應力控制；而土工法則視膠凝砂礫石材料為改性土石料，它是采用非線彈本構關系來進行分析的。

大量實驗結果表明：膠凝砂礫石的應變曲線大體可以分為直線上升段、曲線上升段及曲線下降段。目前，多數的本構模型將研究重點放在了模擬材料應力應變的非線性及軟化特征方面，而實驗本身缺乏模型試驗，導致其結果缺乏實際的工程驗證。因此，目前的膠凝砂礫石材料應變關系本構模型還有待進一步完善。

2.1 膠凝砂礫石材料本構模型的研究

在進行膠凝砂礫石材料本構模型的研究時，應結合膠凝砂礫石材料的應變特點，建立多種本構模型，來進一步分析各種模型的適用性。再通過不同本構模型的對比，選擇適合膠凝砂礫石材料性能的本構模型來進行應力、位移的計算。最后，通過大量的計算分析，擬定合理的膠凝砂礫石壩剖面形式，研究膠凝砂礫石壩上、下游邊坡確定的理論依據和計算方法。

2.2 壩體剖面設計

目前國內外已經建成的膠凝砂礫石壩一般多采用對稱梯形斷面，壩體剖面形式介于重力壩和土石壩之間，其坡比一般在十左右。膠凝砂礫石壩剖面設計要求標準是：既要滿足整體穩定及應力要求，又要滿足邊坡設計的穩定要求。依據重力壩的設計理論和材料力學法的要求，以壩體不出現拉、壓應力、滿足材料抗壓要求及整體穩定要求為控制條件，得到重力壩、膠凝砂礫石壩和土石壩剖面相互變化的規律。而采用對稱梯形斷面的原因是：壩體不會產生拉、壓應力，使壩體整體穩定安全系數滿足規范要求[2]。

3 溫度變化及凍融影響對膠凝砂礫石耐久性的影響

膠凝砂礫石壩的使用壽命主要是由膠凝砂礫石材料的耐久性決定的。目前建筑材料領域中的混凝土技術研究相對比較成熟，其耐久性也得到了大大提高。而跟傳統的混凝土材料不同，膠凝砂礫石是一種低膠結的材料，其本身性質就比較特殊。因此，要想研究并提高膠凝砂礫石的耐久性，就必須對膠凝砂礫石材料的耐久性進行專項研究。國內建筑材料領域研究水平比較突出的學校和單位，都對膠凝砂礫石材料的滲透溶蝕、抗滲進行了深入研究，此外，還對膠凝砂礫石材料的抗凍性進行專門探索。

要想深入研究膠凝砂礫石材料在溫度變化及凍融影響下的耐久性，并掌握其變化規律，就必須經過嚴謹的理論分析、系統的試驗過程、精確的數據計算。要采用先進的混凝土快速凍融試驗設備，反復進行抗凍性能測試，選取合適的測試方法，確定耐久性指標來綜合探討提高膠凝砂礫石抗凍耐久性的途徑和方法。

4 結束語

膠凝砂礫石是一種新型的膠凝材料，它本身就具備經濟、安全、低碳、環保等優點，因此，膠凝砂礫石材料在未來具有巨大的開發潛力和廣闊的應用前景。而隨著膠凝砂礫石材料研究的深入和應用的推廣，膠凝砂礫石壩也會逐漸取代傳統混凝土石壩，其在水利建設過程中的應用也前景廣闊。但是，目前我們對膠凝砂礫石的了解和探究仍處在初級階段，我們應該投入更多的科研精力，以此來促進膠凝砂礫石材料和膠凝砂礫石壩型的發展。