胶凝砂砾石研究综述

黄晓琦

沈阳建筑大学 辽宁 沈阳 110000

胶凝砂砾石材料综合特性会受到材料用量、含砂率、水胶比、骨料级配、围压等诸多因素的影响。而要想真正了解胶凝砂砾石材料的性质，我们首先就要研究其力学特性，通过系统的实验，精确的数据来分析和探讨胶凝砂砾石的力学特性。

1 胶凝砂砾石材料力学特性

胶凝砂砾石是介于碾压型混凝土与堆石材料之间的一种新型胶凝材料，胶凝砂砾石的力学特性是坝体结构设计的基础，目前对于胶凝砂砾石的研究，多数是先选取合适的实验试件，然后通过反复的室内实验来完成的。为了研究胶凝砂砾石的力学特性，国内外的建筑材料研究人员对其进行了很多单轴、三轴实验。但是，由于胶凝砂砾石材料的特性会受到许多因素的影响，单从一个或几个方面来进行研究和实验，研究结果往往会缺少系统性和相关性。而只有通过全面、系统的试验，将影响胶凝砂砾石材料的各种因素都考虑在内，才能全面了解并掌握胶凝砂砾石材料的力学特性及强度变化规律。

1.1 胶凝砂砾石材料强度的研究

在对胶凝砂砾石强度进行全面研究的过程中，在考虑各种影响因素的情况下，通过全面、系统的拉、压实验及三轴剪切实验，才能真正了解胶凝砂砾石材料的力学特性，并掌握其强度的变化规律。胶凝砂砾石材料的抗拉、压及三轴剪切等强度会受到胶凝材料的含砂率、水泥含量、水胶比、粉煤灰含量、级配及试件尺寸等诸多因素的影响。例如，根据实验结果可知：胶凝砂砾石的含砂率在百分之二十左右时其实验试件的抗压强度最高，水泥用量和抗压强度是正比关系。此外，采取单一变量法来进行实验和分析，均可得到其他各因素对胶凝砂砾石强度的影响关系。

1.2 不同强度之间的关系

在胶凝砂砾石材料的抗压实验基础上，再进行试件同配合比的轴心抗压试验、弯曲强度试验、三轴剪切试验以及劈裂抗拉试验等实验。进一步来研究配合比对胶凝砂砾石材料强度的影响。通过大量的实验数据结果可以得出：胶凝砂砾石材料各强度指标均随着立方体抗压强度的增大而增大，并且呈现正相关性。

1.3 力学指标体系的建立

另外，再通过大量的单轴及三轴实验，来获得：胶凝砂砾石材料的抗拉、抗压、抗剪等强度指标，以及抗压弹性模量、抗弯弹性模量、泊松比等参数，然后来综合确定抗拉、抗压、抗剪等强度指标之间的相互关系，并以此建立系统的胶凝砂砾石材料力学指标体系[1]。

2 胶凝砂砾石的坝型研究以及坝数值分析

胶凝砂砾石是介于碾压混凝土和堆石料之间的胶凝材料。我国国内主要采用混凝土法和土工法来研究胶凝砂砾石材料的本构关系。混凝土法是将胶凝砂砾石材料视为改性的混凝土材料，采用线弹本构关系，按材料力学法计算坝体边缘应力，利用单轴拉压试验所得的强度标准来进行应力控制；而土工法则视胶凝砂砾石材料为改性土石料，它是采用非线弹本构关系来进行分析的。

大量实验结果表明：胶凝砂砾石的应变曲线大体可以分为直线上升段、曲线上升段及曲线下降段。目前，多数的本构模型将研究重点放在了模拟材料应力应变的非线性及软化特征方面，而实验本身缺乏模型试验，导致其结果缺乏实际的工程验证。因此，目前的胶凝砂砾石材料应变关系本构模型还有待进一步完善。

2.1 胶凝砂砾石材料本构模型的研究

在进行胶凝砂砾石材料本构模型的研究时，应结合胶凝砂砾石材料的应变特点，建立多种本构模型，来进一步分析各种模型的适用性。再通过不同本构模型的对比，选择适合胶凝砂砾石材料性能的本构模型来进行应力、位移的计算。最后，通过大量的计算分析，拟定合理的胶凝砂砾石坝剖面形式，研究胶凝砂砾石坝上、下游边坡确定的理论依据和计算方法。

2.2 坝体剖面设计

目前国内外已经建成的胶凝砂砾石坝一般多采用对称梯形断面，坝体剖面形式介于重力坝和土石坝之间，其坡比一般在十左右。胶凝砂砾石坝剖面设计要求标准是：既要满足整体稳定及应力要求，又要满足边坡设计的稳定要求。依据重力坝的设计理论和材料力学法的要求，以坝体不出现拉、压应力、满足材料抗压要求及整体稳定要求为控制条件，得到重力坝、胶凝砂砾石坝和土石坝剖面相互变化的规律。而采用对称梯形断面的原因是：坝体不会产生拉、压应力，使坝体整体稳定安全系数满足规范要求[2]。

3 温度变化及冻融影响对胶凝砂砾石耐久性的影响

胶凝砂砾石坝的使用寿命主要是由胶凝砂砾石材料的耐久性决定的。目前建筑材料领域中的混凝土技术研究相对比较成熟，其耐久性也得到了大大提高。而跟传统的混凝土材料不同，胶凝砂砾石是一种低胶结的材料，其本身性质就比较特殊。因此，要想研究并提高胶凝砂砾石的耐久性，就必须对胶凝砂砾石材料的耐久性进行专项研究。国内建筑材料领域研究水平比较突出的学校和单位，都对胶凝砂砾石材料的渗透溶蚀、抗渗进行了深入研究，此外，还对胶凝砂砾石材料的抗冻性进行专门探索。

要想深入研究胶凝砂砾石材料在温度变化及冻融影响下的耐久性，并掌握其变化规律，就必须经过严谨的理论分析、系统的试验过程、精确的数据计算。要采用先进的混凝土快速冻融试验设备，反复进行抗冻性能测试，选取合适的测试方法，确定耐久性指标来综合探讨提高胶凝砂砾石抗冻耐久性的途径和方法。

4 结束语

胶凝砂砾石是一种新型的胶凝材料，它本身就具备经济、安全、低碳、环保等优点，因此，胶凝砂砾石材料在未来具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景。而随着胶凝砂砾石材料研究的深入和应用的推广，胶凝砂砾石坝也会逐渐取代传统混凝土石坝，其在水利建设过程中的应用也前景广阔。但是，目前我们对胶凝砂砾石的了解和探究仍处在初级阶段，我们应该投入更多的科研精力，以此来促进胶凝砂砾石材料和胶凝砂砾石坝型的发展。