混凝土在凍融循環(huán)下的抗壓強(qiáng)度研究

梁勝增

混凝土在凍融循環(huán)下的抗壓強(qiáng)度研究

梁勝增

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000）

混凝土是土木工程領(lǐng)域最常用的建筑材料之一，其耐久性直接影響整個建筑的安全，而凍融循環(huán)作用是影響混凝土耐久性的重要因素之一，因此也得到了越來越多的重視。通過對不同強(qiáng)度級別的混凝土做不同次數(shù)的凍融循環(huán)試驗(yàn)，探究了凍融循環(huán)對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，從而為受凍融循環(huán)作用影響地區(qū)的工程實(shí)踐提供依據(jù)。

混凝土；凍融循環(huán)；抗壓強(qiáng)度；粉煤灰

1 引言

眾所周知，作為建筑最常用的材料混凝土，因其整體性好、強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各個工程領(lǐng)域被廣泛使用。但正是由于其較高的安全性和可靠性，往往其耐久性卻被人們所忽視，而一旦混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生耐久性破壞，造成的后果也極其嚴(yán)重。混凝土的凍融循環(huán)作用是影響混凝土耐久性的重要因素之一。中國國土幅員遼闊，有很多地區(qū)處于嚴(yán)寒地帶，尤其是北方地區(qū)和西部高海拔地區(qū)，因混凝土凍融破壞日趨嚴(yán)重，不但要投入巨大的人力、財力、物力進(jìn)行維修，同時，也影響著人們的生命財產(chǎn)安全。因此，混凝土因凍融循環(huán)導(dǎo)致的耐久性問題，需要得到更多的重視。深入探討混凝土在凍融循環(huán)作用下的力學(xué)性能，可為研究混凝土耐久性問題提供必要的依據(jù)。本文將對不同等級的混凝土，在不同凍融循環(huán)次數(shù)下進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，得到各試驗(yàn)狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而為深入了解凍融循環(huán)對混凝土強(qiáng)度影響狀況提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)材料及配合比

本次試驗(yàn)所采用的水泥為德陽市黃許水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽42.5等級水泥；細(xì)骨料砂采用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，含泥量小于2%；粗骨料為碎石，粒徑5～30.5 mm，級配良好；粉煤灰采用德陽某電廠出場的Ⅱ級粉煤灰；外加劑采用四川宏開建材有限公司生產(chǎn)的混凝土高效減水劑；混凝土用水采用本地自來水。

各等級混凝土每立方米用料配合比如下。

C20：水泥248 kg，砂842 kg，石子1 054 kg，水186 kg，粉煤灰70 kg（配合比為1∶3.32∶4.25∶0.75∶0.28）。

C30：水泥320 kg，砂791 kg，石子1 048 kg，水174 kg，粉煤灰65 kg（配合比：1∶2.47∶3.28∶0.54∶0.20）。

C30：水泥413 kg，砂714 kg，石子1 065 kg，水170 kg，粉煤灰51 kg（配合比：1∶1.73∶2.58∶0.41∶0.12）。

2.2 試件的尺寸和數(shù)量

關(guān)于試件的尺寸和數(shù)量，根據(jù)《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002），用于測定抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試塊尺寸采用150 mm×150 mm×150 mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，C20、C30、C40三種強(qiáng)度的試塊各3組，每組3個試塊，試驗(yàn)凍融循環(huán)次數(shù)分別為0次、25次、50次。

2.3 試驗(yàn)方法

本次凍融試驗(yàn)采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）中規(guī)定的快凍法，實(shí)驗(yàn)方法如下：①在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)或同條件養(yǎng)護(hù)的試件應(yīng)在養(yǎng)護(hù)齡期為24 d時提前將凍融試驗(yàn)的試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出，隨后應(yīng)將凍融試件放在（20±2）℃水中浸泡，浸泡時水面應(yīng)高出試件頂面（20～30）mm。在水中浸泡時間應(yīng)為4 d，當(dāng)試件養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d時應(yīng)及時取出試件，用濕布擦除表面水分后應(yīng)對外觀尺寸進(jìn)行測量，并應(yīng)編號。將試件放入試件盒內(nèi)，試件應(yīng)位于試件盒中心，然后將試件盒放入凍融箱內(nèi)的試件架中，并向試件盒中注入清水，開始凍融試驗(yàn)。在整個試驗(yàn)過程中，為了保證溫度均勻，盒內(nèi)水位高度應(yīng)始終保持至少高出試件頂面5 mm。測溫試件盒應(yīng)放在凍融箱的中心位置。每次凍融循環(huán)應(yīng)在（2～4）h內(nèi)完成，且用于融化的時間不得少于整個凍融循環(huán)時間的1/4；在冷凍和融化過程中，試件中心最低和最高溫度應(yīng)分別控制在（－18±2）℃和（5±2）℃內(nèi)。在任意時刻，試件中心溫度不得高于7 ℃，且不得低于﹣20 ℃； 每塊試件從3 ℃降至﹣16 ℃所用的時間不得短于冷凍時間的1/2；每塊試件從﹣16 ℃升至3 ℃所用時間不得短于整個融化時間的1/2，試件內(nèi)外溫差不宜超過28 ℃； 冷凍和融化轉(zhuǎn)換時間不宜超過10 min。

凍融試驗(yàn)完成以后，應(yīng)立即進(jìn)行混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法如下。

將試件表面和上下承壓板表面擦干凈，將試件放置在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，承壓面與頂面垂直，中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對準(zhǔn)，使之接觸均衡。試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)均勻地加載，C20混凝土加載速度取每秒鐘0.3～0.5 MPa，C30、C40混凝土加載速度取每秒鐘0.5～0.8 MPa。當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞然后記錄破壞荷載?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計算：

cc=/（1）

式（1）中：cc為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，MPa；為試件破壞荷載，N；為實(shí)踐承壓面積，mm2。

每組試件的強(qiáng)度值取三個試件的算數(shù)平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

不同等級混凝土在不同凍融循環(huán)次數(shù)下測得的抗壓強(qiáng)度值如表1所示。

表1 凍融循環(huán)后混凝土試塊抗壓強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度等級凍融循環(huán)次數(shù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度/MPa平均值/MPafi/f0 試塊一試塊二試塊三 C20028.130.428.929.11.00 2526.627.526.726.90.92 5022.723.221.822.60.78 C30034.835.634.234.91.00 2533.633.932.733.40.96 5029.428.628.228.70.82 C40045.844.645.345.21.00 2544.142.943.643.50.96 5040.240.440.940.50.90

各級別混凝土抗壓強(qiáng)度及相對抗壓強(qiáng)度衰減與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度及相對抗壓強(qiáng)度衰減與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，各強(qiáng)度混凝土隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其抗壓強(qiáng)度均有不同程度衰減；其中C20混凝土強(qiáng)度衰減最多，經(jīng)過50次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度衰減為原來的78%；C50混凝土經(jīng)過50次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度衰減相對最小，為原來的90%；且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其抗壓強(qiáng)度衰減有加速趨勢。

4 結(jié)論

根據(jù)不同等級混凝土凍融循環(huán)作用下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到以下結(jié)論：①混凝土抗壓強(qiáng)度會隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加有不同程度衰減，C20混凝土抗壓強(qiáng)度衰減較多，C30混凝土次之，C40混凝土抗壓強(qiáng)度衰減相對較小?？梢?，在相同凍融循環(huán)次數(shù)作用下，混凝土級別越高，抗壓強(qiáng)度衰減越小。因此，采用高強(qiáng)度混凝土，可在一定程度上減小凍融循環(huán)作用對抗壓強(qiáng)度的影響。②隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各強(qiáng)度級別的混凝土強(qiáng)度衰減速度有增加趨勢，且強(qiáng)度級別越低，其抗壓強(qiáng)度衰減速度越快；反之越慢。由此可見，強(qiáng)度越高的混凝土，其抗凍性越好，也越有利于其耐久性提升。③鑒于試驗(yàn)條件的限制，本次沒有取得其他強(qiáng)度級別混凝土以及凍融循環(huán)次數(shù)超過50次混凝土的強(qiáng)度變化情況，建議以后在調(diào)減允許時，進(jìn)行更深入的研究。

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［2］曹大富，富立志，楊忠偉，等.凍融循環(huán)作用下混凝土受壓本構(gòu)特征研究［J］.建筑材料學(xué)報，2013，16（1）：17-23.

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［5］陳正發(fā)，劉桂鳳，馬建，等.機(jī)制砂混凝土在凍融循環(huán)下的強(qiáng)度和耐久性研究［J］.混凝土，2011（7）：79-81.

TU528

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.061

2095－6835（2019）13－0139－02

梁勝增（1981—），男，研究方向?yàn)橥聊竟こ?、巖土工程。

〔編輯：張思楠〕