冻融损伤混凝土力学性能衰减规律.pdf
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1、第 1 5卷第 2期 2 0 1 2年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F B UI LDI NG M ATERI ALS Vo1 15, No 2 Ap r , 2 01 2 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 7 3 0 6 冻 融损伤 混凝土力学性能衰减规律 洪锦祥 。 , 缪 昌 文 , 刘加 平 , 万 赘 ( 1 江苏省建筑科学研究 院有限公 司 高性能土木工程材料 国家重点实验室 ,江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ; 2 江 苏博 特新 材 料有 限公 司 , 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要 :为研
2、 究冻融作用对混凝土力学性能的影响, 采 用快冻法将 混凝土盐冻或水冻至不 同损伤程 度 后 , 测其 动 弹性模 量 、 抗折 强度 、 抗 压 强度 和劈 裂抗 拉 强度 以动 弹性模 量 为损 伤 变 量 , 分析 了冻 融损 伤 与抗折 、 抗 压 强度 之 间的 关 系 , 采 用 回 归分 析 的 方 法 建 立 了抗 折 强度 衰减 方 程 结 果 表 明 , 混凝 土抗 压 、 抗 折 、 劈 裂抗 拉 强度 以及 动 弹 性模 量 均 随 冻 融 循 环 作 用 次 数 的 增 加 而逐 步 降低 ; 抗 折 、 劈 裂抗 拉 强度 以及 动 弹性模 量 的 衰 减速 率 随
3、 冻 融循 环 作 用 次数 的 增加 而 不 断增 大 , 但 抗 压 强 度 的衰减 速 率则是 先增 大后 减 小 ; 在 冻融循 环 次数 相 同 的情 况 下 , 合 气量 越 高、 水 灰 比越 低 , 混 凝 土的 强度 损 失越 小 , 其 力 学性能 损 失 的 大 小顺序 依 次 为 : 抗 折 强 度和 劈 裂抗 拉 强度 、 动 弹 性 模 量 、 抗压 强度 ; 冻 融损伤 与抗 折 强度 的相 关性 较好 , 但 与抗 压 强度 的相 关性 较 差 , 当冻融 损 伤 小 于 4 0 时 , 混凝 土的抗 压 强度 一般 不低 于其初 始 强度 的 7 O 关 键
4、词 :冻 融循环 ;损伤 ;力 学性 能 ;衰减规 律 中 图分类 号 : TU5 2 8 0 1 文 献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 O 1 2 0 2 0 0 5 De g r a d a t i o n La w o f M e c h a ni c a l Pr o p e r t i e s o f C o n c r e t e S u b j e c t e d t o F r e e z e T h a w C y c l e s HONG Ji n xi a n g 一, M I AO Ch
5、a n g we n , L U J i a p i n g , WAN Y u n ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Hi g h Pe r f o r ma n c e Ci v i l En g i n e e r i n g M a t e r i a l s , J i a n g s u Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e Co ,Lt d ,Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ,Ch i n a ;2 J i a n g
6、 s u B o t e Ne w M a t e r i a l s C o ,Lt d ,Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ,C h i n a ) Abs t r a c t :I n o r de r t o s t ud y t he i n f l ue nc e o f f r e e z e t ha w d a ma g e o n t he me c ha n i c a l pr o pe r t i e s o f c on c r e t e, r a pi d f r os t e xp e r i m e nt s we r e c on du c
7、 t e d o n s p e c i m e ns w i t h v a r i e d wa t e r t o c e me n t r a t i o a nd a i r c on t e n t , t he n t he t e s t s o f t he f l e x ur a l ,c o m p r e s s i v e,t e n s i l e s pl i t t i ng s t r e n gt h a nd d y na mi c a l e l a s t i c mo dul u s o f f r o z e n c o n c r e t e
8、we r e c a r r i e d o u t Th e d y n a mi c a l e l a s t i c mo d u l u s wa s c h o s e n a s d a ma g e v a r i a b l e s ,t h e r e l a t i on s hi p b e t we e n f r e e z e t ha w da m a g e a nd f l e xu r a l o r c o m p r e s s i v e s t r e n gt h we r e a na l y z e d,a nd a n a t t e nu
9、 a t i o n e q u a t i o n o n f l e x u r a l s t r e n g t h o f d a ma g e d c o n c r e t e wa s p r o p o s e d t h r o u g h r e g r e s s i o n a n a l y s i s Th e e x p e r i me nt a l r e s ul t s s ho w t ha t f l e x ur a l ,c o m pr e s s i ve,t e ns i l e s pl i t t i ng s t r e n gt h
10、 a nd d y na mi c a l e l a s t i c mo du l u s d e c r e a s e wi t h t he i nc r e a s i n g f r e e z e - t ha w c y c l e s ;a nd t he de c a y r a t e of fle x ur a l ,t e n s i l e s p l i t t i n g s t r e n gt h a nd d yn a mi c a l e l a s t i c m o du l us i nc r e a s e s On t he ot he r
11、ha nd,t h e d e c a y r a t e o f c omp r e s s i v e s t r e ng t h i n c r e a s e s a t f i r s t wi t h t h e i nc r e a s i ng of f r e e z e t ha w c y c l e s ,a nd t h e n de c r e a s e s Fo r t h e s a m e f r e e z e t ha w c yc l e s, t he h i gh e r i s a i r c o nt e nt or t h e l o we
12、 r i s t he r at i o o f wa t e r t o c e me n t ,t he l e s s i s s t r e n gt h l os s The de s c e nd i n g o r d e r o f l o s s o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s wa s a s f o l l o ws : f l e x u r a l a n d t e n s i l e s p l i t t i n g s t r e n g t h,d y n a mi c a l e l a s t i c
13、 mo d u l u s ,c o mp r e s s i v e s t r e n g t h Th e d a ma g e d e g r e e a n d t h e f l e x u r a l s t r e n g t h we r e we l l c o r r e l a t e d whi l e i t s c or r e l a t i o n t o t he c ompr e s s i v e s t r e n gt h wa s we a k W h e n d a m a ge de g r e e i s l e s s t h a n 4
14、0 ,t he 收稿 日期 : 2 0 1 0 1 2 1 0 ;修订 日期 : 2 0 1 1 - 0 2 2 3 基金项 目: 国家重点基础研究发展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 5 ) 第一作者 : 洪锦祥 ( 1 9 7 6 一) , 男 , 安徽安庆人 , 江苏省建筑科学研究 院有 限公 司高级工程 师, 工学博士 E ma i l : h o n g j i n x i a n g c n j s j k c a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 4 建筑材料学报 第 1 5 卷 c o m p
15、 r e s s i v e s t r e ng t h of f r e e z e t ha w d a ma ge d c o n c r e t e i s no t l owe r t h a n 7 0 o f i t s o r i g i na l s t r e ng t h Ke y wo r d s:f r e e z e t h a w c y c l e;da m a ge;m e c h a ni c a l pr o pe r t y;d e g r a d a t i o n l a w 冻融 循环 作用 是 中国北 方寒 冷地 区混 凝 土结 构 损伤失效
16、的主要原 因之一 为 了在结构设计 中合理 量化冻融损伤对混凝土强度的影 响, 对冻融损伤混 凝土结构进行安全性和耐久性评 估并制定 维修决 策 、 研究 冻融 循 环 作用 对 混 凝 土 力 学 性 能 的影 响 已 受 到重 视 如程 红 强 等 研 究 了普 通 非 引 气 混 凝 土 在冻融循环作用下 的抗压 、 抗 折、 劈拉 强度 以及质 量 、 动 弹 性 模 量 的 变 化 ; 李 金 玉 等 。 和 Ma r z o u k 等 研究了引气混凝土和高强混凝土在冻融循环过 程 中力学 性能 的变 化 特性 ; 高 丹盈 等 研 究 了钢 纤 维混凝土经冻融作用后抗压强度 、
17、劈拉强度 、 抗折强 度 的变化 ; 而 大 连 理工 大 学 则 对 经 冻 融 循 环 作 用 后混凝 土 的单 轴 、 多轴 强度 进行 了系 统 的研 究 ; 施 士 升 不但 研究 了 冻 融循 环 对 混 凝 土 抗 压 、 抗 拉 强 度 及 弹性 模量 等 常规 力 学 性 能 的 影 响 , 还研 究 了冻 融 循 环对 混凝 土抗 剪 强度 、 泊 松 系 数 和 剪 切模 量 的影 响 ; S h i h E 8 , 任慧 韬 等l_ g 。 则 研 究 了冻 融 循 环作 用 对 混 凝土 黏结 强度 的影 响 ; 覃 丽 坤等 1 研 究 了盐 冻对 混凝 土抗压 性
18、 能 的影响 ; 杨 力 _ 】 。 研 究 了经 自然 冻融 循 环试 验 后混 凝 土试 件 的强 度 国 内外 虽 然 对 经过 冻 融作 用 后 的混凝 土 力学 性 能 进 行 了一些 研 究 , 但 分析 已有 研究 可 以发 现 , 从 定性 的角 度来说 , 已有 的 研究 结论 比较 一 致 , 即混 凝 土 在 冻 融循 环 作 用 下 其 力学 性 能会 出现不 同程 度 的下 降 , 变 形增 大 , 且 抗 折 或抗 拉强 度 比抗 压 强 度 损 失 严重 , 但 不 同 的研 究 文 献对 冻融 作 用下混 凝 土力学 性 能衰减 规律 的描述 却 存在较大差异
19、这主要是 因为 已有研究都 注重研究 冻融 循环 次数 对 混凝 土力 学 性 能 的影 响规 律 , 并 试 图建 立这 两者 之 间的关 系 然 而 , 由于含 气量 和 水灰 比的不 同 , 混 凝土抗 冻性 存在 很 大差异 如 对 于含气 量小 于 3 9 6 的 中低 强 度 混凝 土 , 其 抗 冻 能 力 可 能 还 不 到 1 0 0次冻 融 循 环 , 但 对 于 含 气 量 约 为 5 的 高 强混 凝 土 , 其 抗冻 能力 可超 过 1 0 0 0次冻 融 循 环 上 述两种混凝土经受相 同次数的冻融循环作用后 , 其 损伤程度和力学性能衰减程度必然存在很大差异 因此
20、 , 直接 建立 冻 融 循 环作 用 次 数 与 混 凝 土 力学 性 能之 间 的关 系 是很 困难 的 , 且 只适 用于特 定 混凝 土 , 不具 有普 适性 因此 , 需 要进 一步深 入研 究 冻融 循 环 作用 对混 凝土 力 学 性 能 的影 响规 律 本 文 选 择 合适 的损 伤变 量 , 从 损 伤 的角 度 研究 冻 融 循 环 作 用 对 混 凝 土力 学性 能 的影 响 规律 , 并 建 立 冻融 损 伤 与混 凝 土强度 之 间的关 系 1 配合 比与试验方法 1 1原材 料与 配合 比 水泥 ( C ) : 江南 水 泥 厂 生产 的金 宁羊 P 4 2 。 5
21、 硅酸 盐水 泥 , 其 化 学 组 成 ( 质 量 分 数 , 本 文 所 涉 及 的 组成 、 水灰 比等除特别说 明外均为质量分数或质量 比) 见表 1 , 基本 物理 力学 性能 见表 2 表 1 水 泥的化 学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o m p o s i t i o n ( b y ma s s )o f c e me n t 表 2水泥的物理 力学性能 Ta b l e 2 Ph y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c e me n t 细集 料 ( F
22、A) : 河 砂 , 细 度模 数 为 2 6 , 表 观 密 度 为 2 6 4 0 k g m。 粗集料( C A ) : 玄武岩碎石, 公称粒径为 5 2 0 m i t t , 表 观密 度为 2 8 7 0 k g m。 水 ( w ) : 自来 水 , 符合 J GJ 6 3 8 9 混 凝 土拌 合 用 水标 准 要求 外 加剂 : 江 苏博 特新 材料 有 限公 司 生产 的 J M B 型萘 系 高 效 减 水 剂 和 J M一 2 O O O C 型 松 香 热 聚 物 引 气 剂 由于水灰 比( mw ) 和含气 量对混凝 土抗冻 性能的影响最为明显 , 因此 , 配合
23、比设计时主要考虑 了含气量 ( 体积分数 , 下 同) 和水灰 比的变化 J TG F 3 0 2 O ( 3 公路 水泥 混凝 土 路 面 施 工 技 术规 范 规 定 : 非 抗冻 混凝 土的 含气 量应 为 3 左 右 , 有 抗 冻要 求 的混 凝 土含 气 量 应 为 5 左 右 , 有 抗 盐 冻 要 求 的 混凝 土含 气 量 为 6 左 右 因此 , 含 气 量 共 设 计 了 3 9 6 , 5 , 7 这 3个 水 平 水 灰 比 共 设 计 了 0 3 9 , 0 4 4 和 0 5 0这 3 个 水平 由于实 际工 程 中 以水 灰 比 学兔兔 w w w .x u e
24、 t u t u .c o m 第 2 期 洪锦祥 , 等 : 冻 融损 伤混凝土力学性能衰减 规律 1 7 5 为 0 3 9左 右 的 混凝 土最 为 常 用 , 因此 , 只 对 水灰 比 为 0 3 9的混 凝 土含 气 量 进 行 了变 化 ( 3 , 5 0A, 7 ) 对 于水 灰 比为 0 4 4 , 0 5 0的混 凝 土 , 其 含气 量 为 5 混凝土的配合比及其含气量设计值见表 3 表 3混凝土配合比 Ta b l e 3 M i x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e 1 2试 验方 法 混 凝 土 的 冻 融 循 环 试
25、验 按 照 J TG E 3 0 - 2 0 0 5 公 路 工程水 泥 及水 泥混 凝土 试验 规程 中的水 泥 混 凝土抗冻性试验方法 ( 快冻法) 进行 冻融试件尺寸 为 1 0 0 mm1 0 0 mmx 4 0 0 mm 冻融试验根据使用 的不同液体介质, 分为盐冻和水冻两种 , 但只对含气 量 为 7 的 C 3 9 A7试 件 进行 盐冻 试 验。 盐 冻 试 验 方 法除冻融介质不同外 , 其余的与水冻试验基本相同 根据文献E 1 3 , 盐冻试验 中冻融介质采用质量分数 为 3 5 的 Na C 1 溶液 因混凝土冻融试验持续时间较长, 为避免冻融 试验期间混凝土强度发生变化
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- 关 键 词:
- 损伤 混凝土 力学性能 衰减 规律
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