【正文】 ，所以它工程上特別是大壩建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛，因此對其性質(zhì)進行深入研究。通過對不同試件劈拉結(jié)果的對比分析，得到； 1）碾壓混凝土存在尺寸效應(yīng)，其總體規(guī)律與普通混凝土是相同的。 the roller pacted concrete stress analysis formula is determined ，and we deduce the fracture parameters of double K calculation formula。 based on the equivalent strength of roller pacted concrete induction seam through experimental test, we get the law of the weakening S the area of concrete effect on the strength.Key words：roller pacted concrete 。 fracture toughness 。碾壓混凝土筑壩技術(shù)是 20世紀70年代末80 年代初國際上發(fā)展起來的一種新的筑壩技術(shù)，至今已有30年歷史，目前全世界已建成碾壓混凝土壩323 座。中國于1986 年建成了第一座碾壓混凝土壩——坑口重力壩，在此之后的20 年，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在中國得到了快速發(fā)展，無論理論研究或工程實踐都有大量的創(chuàng)新與突破。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2005年，我國已建、在建的壩高超過30米的碾壓混凝土大壩有70余座。 碾壓混凝土在工程中的應(yīng)用及其發(fā)展歷程碾壓混凝土是一種干貧混凝土，水的用量少，同時水泥用量約為普通混凝土的一半甚至更少，它采用碾壓震動機械進行震動壓實。碾壓混凝土施工方法是將土石方施工機械容量大、速度快、大面積作業(yè)的優(yōu)點和混凝土強度高。 粉煤灰對混凝土的力學性能的影響(a)對于Ⅰ級粉煤灰，它的最顯著特點是具有較強的減水作用以固定水膠比的方式摻人粉煤灰，它的這一作用沒有得到體現(xiàn)。在晚齡期，由于粉煤灰火山灰作用和對水泥熟料水化反應(yīng)的促進作用，以及它的微集料效應(yīng)，使得在較小摻量情況下，粉煤灰混凝土的壓縮強度可以趕上和超過不摻粉煤灰混凝土的壓縮強度，但當粉煤灰摻量較大時，粉煤灰混凝土的壓縮強度則低于不摻粉煤灰混凝土的壓縮強度。由于I級粉煤灰具有較強的減水作用，在固定水膠比下，混凝土用水量的減少必將伴隨著膠材用量的減少，使得水泥漿體含量減少。以固定膠材用量的方式摻人I級粉煤灰，它的減水作用體現(xiàn)在降低水膠比上。因此，以這種方式摻用品質(zhì)優(yōu)良的I級粉煤灰可以在較大的范圍內(nèi)使混凝土強度提高，即便在較早的齡期，混凝土力學性能也不會顯著地降低。以粉煤灰取代砂的方式摻人工級粉煤灰，水泥用量沒有減少，粉煤灰的活性畢竟高于砂，加之它的優(yōu)良的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)，因而以這種方式摻入粉煤灰，混凝土力學性能必將提高。以這種方式摻入Ⅱ級粉煤灰，在早齡期，混凝土的力學性能隨粉煤灰摻量的增加而降低；在晚齡期，如若摻量較小，則粉煤灰混凝土的力學性能可以趕上和超過不摻粉煤灰的混凝土，但若摻量較大，粉煤灰混凝土的力學性能則低于不摻粉煤灰的混凝土。用Ⅱ級粉煤灰超量取代水泥，由于用水量基本不變，只有膠材用量的增加引起水膠比的變化，這是否能提高混凝土的力學性能，取決于粉煤灰的超代系數(shù)。以固定水膠比方式摻人這種粉煤灰，它的這種負作用將被蓋。這在早齡期尤其顯著，而在晚齡期，小摻量粉煤灰混凝土的壓縮強度可能趕上不摻粉煤灰混凝土的壓縮強度，但大摻量時仍將低于不摻粉煤灰混凝土的壓縮強度。以固定膠凝材料用量方式摻人Ⅲ級粉煤灰和等外粉煤灰，伴隨而來的不是水膠比的降低，而是水膠比的提高，因而將使得混凝土力學性能更大幅度的降低。由于粉煤灰品質(zhì)的復雜性，由于混凝土性能的多重性，由于摻入方式的多樣化，導致粉煤灰對混凝土力學性能影響的復雜性。20世紀60年代，世界各國開始碾壓混凝土的試驗研究，碾壓混凝土具備使用大型機械化施工的條件，從而達到縮短工期、降低造價的目的，并且采用高摻粉煤灰或礦渣的方式減少水泥用量，使溫度裂縫數(shù)量較常態(tài)混凝土壩明顯減少。1983 年在廈門機場工地進行了一次大型試驗。福建省坑口水電站是我國第一座碾壓混凝土試驗壩。我國在借鑒國外碾壓混凝土筑壩技術(shù)的基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況加以突破。由于水泥用量少，水化熱溫升減少，最大溫升12～160c。混凝土強度完全滿足設(shè)計R90l00 的要求。這有利于改善層面結(jié)合質(zhì)量且不影響混凝土強度，使碾壓混凝土的性能得到更好的發(fā)揮。通過摻入適量的水泥膠漿，經(jīng)強力插入式振搗器振搗密實而形成。這就使施工作業(yè)十分方便，消除了兩種混凝土結(jié)合不好的現(xiàn)象。在拱壩的誘導縫需進行灌漿，某工程研制出一套可進行重復灌漿的預制混凝土組合塊誘導縫造縫技術(shù)． 并在拱壩中推廣使用。普定工程中采用了翻轉(zhuǎn)模板，實行升程連續(xù)澆筑的方法，創(chuàng)造出連續(xù)40 多天不間歇施工，一次上升15m 的快速施工記錄我國根據(jù)20多年的研究成果和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，結(jié)合了我國粉煤灰資源極其豐富的實際情況，采用不設(shè)縱縫、少設(shè)橫縫、高摻粉煤灰膠結(jié)材料用量、連續(xù)式澆筑等有中國特點的施工方法。對設(shè)有橫縫的壩體，根據(jù)混凝土拌和澆筑系統(tǒng)的生產(chǎn)能力以及澆筑季節(jié)等具體情況，將2個或3個壩段合在一起，作為一個澆筑塊進行澆筑，然后再造橫縫。當需設(shè)橫縫時，可切割造縫，也可用鉆孔法造成郵票孔式誘導縫，滿足控制橫縫位置的要求。碾壓混凝土不設(shè)縱縫, 少設(shè)橫縫, 或者不設(shè)橫縫, 可以大面積施工作業(yè), 加快了澆筑速度。冷縫是形成碾壓混凝土滲漏的重要通道。針對這一情況, 現(xiàn)場施工時必須控制施工層間間隔時間小于允許間隔時間。碾壓混凝土是通過強力振動和碾壓的共同作用, 對超干硬性混凝土進行壓實的一種施工方法, 是把混凝土壩結(jié)構(gòu)與材料和土石壩施工方法兩者的優(yōu)越性加以綜合、改進、相互結(jié)合而形成的一種筑壩技術(shù)。碾壓混凝土筑壩技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)便很快引起我國大壩界的重視, 并于8 0 年代初進行了試驗和應(yīng)用, 目前我國已有福建坑口電站、龍門灘、大廣壩、觀音閣、棉花灘、五強溪、江埡、沙牌等碾壓混凝土壩5 0 余座。 碾壓混凝土壩的發(fā)展 (a)天生橋二級水電站工程20 世紀80 年代中期建設(shè)的天生橋二級水電站是我國首批在大型主體工程中應(yīng)用碾壓混凝土筑壩技術(shù)的工程之一，左岸重力壩段采用上游面常態(tài)混凝土作防滲護面、下游面預制模板護面兼作施工模板的技術(shù)方案，溢流壩段采用了碾壓混凝土外包常態(tài)混凝土，即“金包銀”方案。其配合比特點是：低用水量、低膠材用量、低水泥用量，高VC 值，低外加劑用量（%），關(guān)注到層面防滲問題，依靠迎水面的常態(tài)混凝土防滲。在材料研究的目標中，提出了要利用碾壓混凝土自身防滲而不另設(shè)防滲層的要求，其碾壓混凝土必須具有防裂、防滲、層面結(jié)合良好等性能。5 s，從而提高了碾壓混凝土的和易性和可碾性；首次提出要充分利用人工砂中 mm以下的石粉， mm以下與水泥細度相當?shù)牟糠?，作為碾壓混凝土的惰性混合材，以提高碾壓混凝土的可碾性、出漿率，從而提高其抗?jié)B性和層面結(jié)合性能；首次關(guān)注到碾壓混凝土自身收縮性能，希望能夠通過外摻MgO 和提高水泥中的MgO 含量，達到使碾壓混凝土自身體積變形呈微膨脹型，以補償部分溫降收縮，從而提高碾壓混凝土的抗裂能力，由于研究時間太短，該技術(shù)僅在壩體強約束區(qū)墊層混凝土中應(yīng)用。在原材料上選用了MgO 含量較高的純硅酸鹽水泥，水泥廠家不需摻用混合材，而是在配合比設(shè)計中提高混合材摻量來降低水泥的水化熱溫升。其配合比用水量為84 kg/m，水泥用量僅為54 kg/m，膠凝材料用量為153 kg/m，較天生橋二級水電站三級配混凝土140 kg/m 的膠凝材料用量有較大幅度的提高。(c)石門子水庫和龍首拱壩工程20 世紀90 年代末期建設(shè)的新疆石門子水庫和甘肅龍首碾壓混凝土拱壩，是我國碾壓混凝土筑壩技術(shù)由溫和、濕潤的南方地區(qū)發(fā)展到干燥、溫差極大、氣溫很低的北方地區(qū)的典型代表。這兩個工程碾壓混凝土材料研究中，充分繼承了普定工程的成熟技術(shù)，其配合比特點鮮明：（1）采用低水膠比，大摻量粉煤灰，大摻量引氣劑聯(lián)合摻用，研究提高碾壓混凝土耐久性，掌握其變化規(guī)律，總結(jié)了在高摻粉煤灰情況下，如何才能有效提高碾壓混凝土的抗凍耐久性，并成功地將碾壓混凝土抗凍耐久性由50 次或100 次提高到300 次。（3）對如何在干燥、高蒸發(fā)地區(qū)有效延長碾壓混凝土的初凝時間進行了研究，提出外加劑相關(guān)類型及摻量對緩凝時間的影響成果，在配合比設(shè)計中，選用了能有效延長緩凝時間的外加劑，并根據(jù)工程實際進一步降低混凝土出機口VC 值，由最初的7～8 s 降低至3～5 s。VC 值降低后碾壓混凝土含氣量有所提高，也有利于提高碾壓混凝土的耐久性。（5）將普定水電站工程后期總結(jié)的變態(tài)混凝土技術(shù)成功運用在這兩個工程上，專門進行了變態(tài)混凝土配合比及其性能的研究，并且在溫控計算中，考慮了變態(tài)混凝土對壩體熱學性能、力學性能的影響，工程實際應(yīng)用是成功的。由于上述材料技術(shù)的綜合應(yīng)用，碾壓混凝土筑壩技術(shù)由南方向北方發(fā)展取得了成功，這是我國碾壓混凝土筑壩材料技術(shù)發(fā)展的又一大進步。僅在貴州省就有烏江索風營水電站、思林水電站、沙沱水電站、息烽魚簡河水電站、清水河大花水水電站（ m 高的碾壓混凝土拱壩）、格里橋水電站、北盤江光照水電站（高達200 m級的碾壓混凝土重力壩）等多個工程在進行建設(shè)。這些工程更進一步完善了碾壓混凝土筑壩材料技術(shù)，其配合比設(shè)計具有以下特點：較低的水膠比，迎水面防滲二級配混凝土具有超富膠凝材料總量，用水量適中，由于外加劑的效果較前幾代產(chǎn)品更好，因而強緩凝型減水劑的摻量有所下降，但仍保持較低的VC 值，一般控制在3～5 s 左右，經(jīng)運輸、攤鋪損失后倉面VC 值仍可保持在5～7 s，可碾性非常好，強度保證率很高，超強較多，均可滿足南方地區(qū)抗凍耐久性達到F100 或F150 的要求。在水泥選擇上，一般選用普通硅酸鹽水泥而很少選用中熱水泥，主要是由于中熱水泥的強度大都偏低，通過熱強比計算可知，中熱水泥的熱強比并不比普通硅酸鹽（或硅酸鹽）水泥低，綜合分析采用中熱或低熱水泥并不經(jīng)濟，而且碾壓混凝土本身的水泥用量并不高，因此沒有刻意追求低熱性能。 碾壓混凝土筑壩材料的發(fā)展趨勢從20 世紀80 年代中期至21 世紀，碾壓混凝土筑壩材料在我國經(jīng)歷了20 多年的發(fā)展和進步，已日趨成熟和完善。因此，總結(jié)碾壓混凝土發(fā)展歷程，從目前的技術(shù)和發(fā)展看，碾壓混凝土筑壩材料在性能上仍然以防裂、防滲、層面結(jié)合良好為追求目標，配合比研究及參數(shù)選擇上，將更加側(cè)重以下幾方面的研究：（1）迎水面防滲、耐久性要求高的混凝土仍將選擇較小的最大骨料粒徑，低水膠比和合適的摻和料品種及摻量。（3）仍將十分重視碾壓混凝土砂石骨料性能的選擇，特別是石子級配，砂子顆粒級配、細度模數(shù)和細顆粒含量的選擇。5（5）在外加劑的選擇上，仍將以強緩凝性的減水劑和引氣劑聯(lián)合摻用，以降低混凝土用水量，延長碾壓混凝土的初凝時間，提高碾壓混凝土的耐久性和層面結(jié)合性能。（7）VC 值將會以倉面碾壓不陷碾為控制條件，新拌碾壓混凝土出機口VC 值將會控制在3～5 s 甚至更低的水平。（9）碾壓混凝土的骨料選擇從灰?guī)r骨料向玄武巖、輝綠巖、變質(zhì)巖骨料發(fā)展。碾壓混凝土壩由于在施工過程中層層碾壓,因而存在眾多的施工層面. 與普通混凝土壩相比,碾壓混凝土壩的碾壓層本體與常規(guī)混凝土壩的滲漏性態(tài)相似,而碾壓層的施工層面則與常規(guī)混凝土壩的滲漏性態(tài)相差較大,因此,在建立碾壓混凝土壩滲漏安全監(jiān)控模型時要綜合考慮碾壓層本體和施工層面不同的滲漏特性. 對于碾壓混凝土壩壩體,庫水位、溫度以及時效的變化是影響大壩滲漏的重要因素 . 庫水位及溫度的變化引起壩體孔隙水壓力及滲漏量的變化。這在當時就引起了學術(shù)界的注意和重視。起初只是模仿研究金屬材料所采用的方法，但由于混凝土是由水泥、砂子、石子等經(jīng)過化學反應(yīng)而生成的多相的復合材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復雜，因而其破壞機理也很復雜，因此隨著研究工作的不斷深入，舍棄了不符合碾壓混凝土特點的一些基本假定、理論及試驗方法，采用了能反映碾壓混凝土本身特點的新假定、新理論及新的試驗方法，從而逐漸形成了斷裂力學在非金屬方面的又一分支—混凝土斷裂力學。國際結(jié)構(gòu)與材料研究所聯(lián)合會也于1979年舉行了第一次碾壓混凝土斷裂力學專題討論會，交流了在碾壓混凝土斷裂力學方面的研究成果和最新進展。但研究者都在實驗中發(fā)現(xiàn)，采用線彈性斷裂力學公式用最大荷載和初始縫長求得的或存在著明顯的尺寸效應(yīng)。目前，對碾壓混凝土斷裂韌度的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象尚未有令人滿意的解釋。另一種看法是，產(chǎn)生尺寸效應(yīng)的原因是未考慮縫端微裂區(qū)和裂縫的亞臨界開展長度。這是學術(shù)界仍有爭論的課題之一。研究結(jié)果表明，水灰比對混凝土的影響較大，隨水灰比w/c的增大，減少。骨料種類對也有影響，一般地講，碎石混凝土比卵石的要大圖，隨骨料尺寸的增大，混凝土也有變化，并且和混凝土的強度有直接關(guān)系。鑒于用一般力學方法難以分析裂縫的穩(wěn)定性，因而水科院結(jié)構(gòu)所首次進行了混凝土斷裂韌度試驗，并用斷裂力學方法分析了閘墩裂縫的穩(wěn)定性。同時，也出現(xiàn)了應(yīng)用斷裂力學概念改進水工建筑物設(shè)計方法的探討圈。在長期的研究過程中，人們往往忽略碾壓混凝土的復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。顯然，這無法揭示碾壓混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成與力學性能之間的關(guān)系。 另外，人們認識碾壓混凝土最重要的途徑就是通過混凝土的力學試驗。特別是在復雜應(yīng)力狀態(tài)下，主要取決于試驗裝置的加載系統(tǒng)及載荷和變形量測系統(tǒng)的可靠性。此外，碾壓混凝土的力學性質(zhì)都由大量的分散的試驗結(jié)果來標定，并且重復試驗具有很大的困難。一般從特征尺寸和研究方法的側(cè)重點不同將混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三個層次：(1)微觀層次(Microlevel)。由晶體結(jié)構(gòu)及分子結(jié)構(gòu)組成，可用電子顯微鏡觀察分析，是材料科學的研究對象；(2)細觀層次(Mesolevel)。在這個層次上，混凝土被認為是一種由粗骨料、硬化水泥砂漿和它們之間的過渡區(qū)(粘結(jié)帶)組成的三相材料。相同配合比、相同條件的砂漿試件，通常其力學性能也比較穩(wěn)定，可以由試驗直接測定。特征尺寸大于幾厘米，混凝土作為非均質(zhì)材料存在著一種特征體積，一般認為是相當于3～4倍的最大骨料體積。有限元計算結(jié)果反映了一定體積內(nèi)的平均效應(yīng)，這個特征體積的平均應(yīng)力和平均應(yīng)變的關(guān)系成為宏觀的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。為了研究其材料組織結(jié)構(gòu)和裂縫的開展以及在單軸、雙軸、三軸應(yīng)力的作用與強度之間的關(guān)系，人們