素混凝土抗冻性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 2 期 (总 第 2 9 2 期 】 Nu mb e r 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 0 2 素混凝土抗冻性能试验研究 方从启 ,张俊萌 ,段桂珍 ( 上海交通大学 土木工程系,上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要: 为了进一步研究约束混凝土和无约束混凝土的抗冻性能差异, 以约束混凝土模型为参照, 制作相
2、同配合比的素混凝土 立方体块并在相同条件下进行 0 、 2 0 、 4 O 、 6 0 、 1 0 0 、 1 2 0 次的冻融腐蚀试验 。 主要分析冻融腐蚀下素混凝土试块抗压强度 , 质量损失 以及吸水率等性能随冻融次数的变化规律 , 并建立素混凝土抗压强度和质量损失冻融损伤预测模型。 试验结果表明 : 随冻融循环 次数增加, 素混凝土的抗压强度呈抛物线下降, 干燥质量和饱水质量呈线性下降, 而吸水率则呈双折线下降。 从材料层次方面, 粉 煤灰对混凝土抗压强度损失 , 质量损失率和吸水率影响较大 , 而水灰比对以上指标影响较小 。 掺 1 5 粉煤灰的抗压强度损失比不 掺粉煤灰的混凝土大约
3、2 0 3 0 ; 质量损失率比不掺粉煤灰的大 5 6 , 粉煤灰不利于抗冻性能。 相同粉煤灰含量 , 低水灰 比 抗压强度损失 , 质量损失率和吸水率变化比高水灰t P , d , , 使用粉煤灰混凝土时易降低水灰比。 关键词: 素混凝土 ;冻融循环 ;抗压强度 ;质量损失 中图分类号: T U 5 2 8 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 0 5 0 4 E x p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n o n a n t i - f r e e z e b e h
4、a v i o r o f p l a i n c on c r e t e F ANG Co n gq i , ZHANGJ u n me n g, DUAN Gu i z he n ( D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y , S h a n gha i 2 0 0 2 4 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o f u r t h e r s t u
5、 d y也e a n t i f r e e z e p e rf o r ma n c e d i ffe r e n c e o f c o n fi n e d c o n c r e t e a n d p l a i n c o n c r e t e i n c o n fi n e d c o n c r e t e mo d e l f o r r e f e r e n c e, ma ki n g t h e s a me r a t i o o f pl a i n c o nc r e t e c ub i c b l o c k an d u n de r t he
6、s a me c o n d i t i o ns we r e a l s o t e s t e d u n d e r fre e z e - tha w c y c l e o f di ffe r e nt n umb e r s a s 0, 2 0, 4 0, 6 0, 1 0 0 a n d 1 20 t i me s, As the s e c o nd pa r t , ma i n l y a n a l y z e d t h e c o mp r e s s i v e s ffe ng t h o f p l a i n c o n c r e t e un d e
7、 r fre e z e tha w t e s t , ma s s l o s s o f s a mpl e s an d wa t e r a bs o r p t i o n p e r f o rm an c e c h an g i ng wi th t he n umb e r o f fre e z i ng an d tha wi n g, an d e s t a b l i s h the fre e z e - tha w d a ma g e p r e d i c t i o n mo d e l o f c o n c r e t e c o mp r e s
8、s i v e s e n g t h and ma s s l o s s r a t i o E x p e r i me n t s h o we d tha t wi t h t h e i n c r e a s e o f fr e e z e - tha w c y c l e s , the c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f p l a i n c o n c r e t e d e c r e a s e d p a r a b o l a , d r y i n g q u a l i ty and f u l l wa t
9、e r ma s s l i n e a r l y d e c r e a s e d, wh i l e wa t e r a b s o rpt i o n d e c r e a s e d by d o u bl e l i ne Fr o m the aspe c t s o fma t e r i a l l e ve l , fl y a s h h a d a g r e a t e r i n flu e n c e o n the l OS S o fc o n c r e t e c o mp r e s s i v e s ffe n g t h mass l o s
10、 s r a t e a n d wa t e r a bs o rpt i o n whi l e wa t e r c e me n t r a t i o ha d l i Rl e i n flue nc e o n the a t l o v e i n d i c a t o r s T h e l o s s o f c o m p r e s s i v e s tr e n g t h o f mi x i n g 1 5 fl y ash c o n c r e t e w a s a b o u t 2 0 t o 3 0 h i ghe r than m i x i n
11、 g n o fl y a s h c o n c r e t e ; M a s s l os s r a t e wa s a b o u t 5 t o 6 l arg e r than n o t mi x i n g fl y a s h, f l y a s h i s n o t c o n d u c i v e t o the an t i fre e z e p e r f o r man c e o f c o nc r e t e As the s a me fl y a s h , t h e l o s s o f c o mp r e s s i v e s e
12、n g t h , ma s s a n d b i b u l o u s r a t e i n l o w w a t e r - c e m e n t r a t i o c o n c r e t e c h ang e d l a g e r t h an h i gh w a t e r c e me n t r a t i o W h e n u s i n g fly ash c o n c r e t e, i t i s e a s y t o r e d uc e the wa t e r c e me nt r a t i o K e y w o r d s : p
13、 l a i n c o n c r e t e ; fre e z e - tha w c y c l e ; c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ; mass l o s t 0 引 言 冻融破 坏是我 国东北 、 西北和华北地 区水工混凝土结 构 , 在运行过程 中产生的主要病害 , 因此抗冻性是混凝土 耐久性研究 的重要指标之一 。 国内外关 于混凝土抗冻性能 研究主要包括冻融破坏机理 , 影响混凝土抗冻性能的因素 , 冻融对混凝土力学性能影响等 。 昂 旱 关于混凝 土 涛 是美国混凝士专家T C P o we r s 】 等人从微观角度提出了静
14、水压理论和渗透压理论。 但是 , 关 于混凝土冻融破坏机理仍存在很多质疑 , 张子明 2 1 指出混 凝土 的冻融破坏理论 , 大概有 4种 : “ 奶瓶” 理论 、 膨胀压力 理论 、 渗透压力理论 、 L i v t a n理论 。 关 于混凝土抗冻性能影 响因素主要有水灰 比, 含气量 , 矿物掺合料等 。 文献 3 分析 了有无引气剂条件下水灰比对抗冻耐久性的影响, 认为无 论是否掺加引气剂, 混凝土抗冻性能随着水灰 比的增大而 减小。 文献 4 认为含气量是影响混凝土抗冻性 的主要 因素 , 提出每一种混凝土拌合物都有一个可防止其受冻的最小 含气量 。 文献 5 通过轻骨料混凝土的抗
15、冻性试验 , 发现硅 灰掺量存在一定临界范围, 增加硅灰掺量并不总能提高轻 骨料混凝土 的抗冻性 。 对粉煤灰对混凝土对抗冻性能影响 一 直存在争议。 游有鲲、 缪昌文等嘲 对粉煤灰高性能混凝土 抗冻耐久性 的研究发现对 于水胶 比在 0 2 5 0 2 7范围内的 收稿 日期 :2 0 1 3 _ 0 8 _ J 0 4 基金项目:铁道部科技研究开发计划项 目( J 2 0 1 1 G 0 0 3 ) ; 国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 2 6 4 ) 5 混凝土 , 最佳的粉煤灰掺量为 3 0 。 在冻融循环对混凝土力学性能损伤方面。 商怀帅f 7及覃 丽坤等嘲 通过试验
16、, 测定了不同冻融次数下普通混凝 土的 单轴拉压强度及其弹性模量等性能指标 , 并建立 了数学表 达式 。 罗昕等 研究 了混凝土 由冻融引起 的损伤 演变 和强 度的相关性 。 邹超英及李家正等 】 研究 了冻融作用下 混 凝土的各项性能退化规律及抗疲劳荷载能力。 姚家伟等 12 】 建立了三轴压混凝土在冻融循环后的破坏准则。 洪锦祥等【 1 3 发现在冻融循环次数相同时 , 混凝土的抗折强度 和劈裂抗 拉强度损失 、 动弹性模量损失 、 抗压强度损失依次降低。 关 于混凝土冻融研究虽然取得了丰富 的成果 , 但大部 分是从纯物理 的模型 出发 , 经假设和推导而得出的 , 有些 是以水泥净
17、浆或砂浆试件通过部分试验得 出的 , 因此迄今 为止 , 对混凝土的冻融破坏研究 , 国内外 尚未得到统一 的 认识和结论。 笔者基于试验设置不同水灰比和粉煤灰掺量 的约束混凝 土柱和素混凝土试块 , 均在相同条件下进行冻 融循环试验 , 主要研究约束混凝土抗冻性能以及约束混凝 土和素混凝土抗冻性能差异。 为了进一步和文献 1 4 约束 混凝 土抗冻性能对 比分析 , 本试验主要研究非约束混凝 土 抗冻性能 , 主要分析了试块抗压强度 , 质量损 失以及吸水率 等性能随冻融次数和配合 比的变化规律 , 并建立素混凝 土 抗压强度冻融损伤预测模型。 1 试验设计 试验试件尺寸为 1 0 0 m
18、mx 1 0 0 m mx 1 0 0 m m 素混凝 土 立方体块。 试块的材料配合 比和冻融循环条件 和文献 1 4 约束混凝土的相同, 为了区分两批试件, 本试验素混凝土 块在强度等级前加 C即普通强度 C P ( 高水灰比) 的混凝土 和高强 C H( 低水灰 比) 昆 凝土 , 不掺粉煤灰与掺 1 5 粉煤 灰的混凝土。 试件的具体材料配合比和冻融循环条件请参 考文献 1 4 1 。 试块共分为 7 组 , 其 中一组测试 2 8 d 抗压强度标准值 作为对 比, 其余 6 组按照冻融次数 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 1 0 0 、 1 2 0 次 分为 6 组 ,
19、每组 3 个试块 。 2 结果 分析 2 1 抗压强度 随冻融次数 的变化 如图 1 为素混凝土块试件抗压强度平均值随冻融循 环 的变化规律 , 从图 1 抗 压强度总的趋 势可见 , 随着冻融 次数 的增加 , 素混凝土块的抗压强度逐步降低。 对于高水灰 比试件 , 在 0 - 1 2 0 次冻融循环过程 中, C P 1 组由最初未冻融 时 5 3 MP a , 经历 3 8 、 3 2 、 2 8 MP a 降低至 2 5 MP a , 总降低损 失率约为 5 2 8 。 C P 2 组 由最初未冻融时 4 0 MP a , 经历 2 5 、 2 3 、 1 5 MP a 降低至 8 M
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