早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响研究_罗强.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，罗强早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响研究水利科学与寒区工程，（）：早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响研究罗强（甘谷县水务局，甘肃 甘谷 ）摘要：力学性能是影响再生骨料在水工混凝土领域广泛应用的重要因素，同时也是学术界所关注的重要领域。此次研究通过室内对比实验的方式，探讨了早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响。结果显示，与普通混凝土相比，早期受冻对再生骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响更大，需要在工程施工中格外注意保温措施。在龄期之后，受冻对再生混凝土力学性能并无更大的影响。关键词：早期受冻；再生骨料；水工混凝土；力学性能中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：罗强（），男，甘肃甘谷人，工程师，主要从事农田水利工程建设管理工作。：。试验材料与方法 试验材料水泥是混凝土制作中的主要胶凝材料，会对混凝土性能产生直接影响，此次研究选择的是水工混凝土制作中使用最广泛的普通硅酸盐水泥。水泥样品由本溪市宏鑫水泥厂出品，其强度等级为 ，经测定其主要性能指标满足相关规范的要求。试验用骨料包括粗骨料和细骨料，其含量一般占到水工混凝土体积的 。试验中按照 普 通混凝 土用 砂、石 质量 及 检 验 方 法 标 准（）选择。其中细骨料选择的是本溪市河道砂石厂生产的天然河沙，其细度模数为 ，属于中砂，其含泥量为 ，吸水率为 ，堆积密度为 。试验用粗骨料为再生混凝土骨料和普通天然骨料。其原料来自某水利工程除险加固施工现场拆除的溢洪道底板，根据工程资料，其底板混凝土的初始设计强度为 。对拆除的混凝土利用破碎机进行破碎和筛分，最终获得粒径范围为 的多级配再生骨料。经 测 定，其 吸 水 率 为 ，堆 积 密 度 为 ，压碎率为 。普通骨料为来自本溪市河道砂石厂的人工石灰岩碎石，粒径范围为；其 吸 水 率 为 ，堆 积 密 度 为 ，压碎率为 。根据 混凝土用水标准（）的相关规定，在混凝土制作过程中，其拌合水所含的物质不能影响混凝土的凝结和工作性能，一般符合国家标准的生活用水均可用于各种水工混凝土的拌制。基于此，此次研究使用的是试验室当地的普通自来水。试验中使用的减水剂为青岛宏利建材有限公司生产的聚羟酸高效减水剂，其减水率为 ，根据产品说明，其掺量为。试件制作在 试 验 中 使 用 的 是 的立方体标准试件。在试件制作过程中，首先按照水利工程中应用最广泛的 混凝土的推荐配合比称量好原料，然后将水泥、粗骨料和粗细骨料倒入搅拌机搅拌 ，然后加入水和减水剂继续搅拌 ，将配制好的混凝土倒入试模，边倒入边插捣，填满试模后再放到振动台上振动 成型。试验方案为了对比分析早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响，研究中以普通骨料混凝土作为对比方案。同时，对两种不用骨料混凝土在自然环境下的初凝和终凝时间进行试验测定，结果显示，两种骨料混凝土的初凝时间为 左右，终凝时间为 左右。此次研究主要针对早期受冻时刻，也就是养护龄期对混凝土性能的影响。鉴于混凝土在以内的水化初期强度增长幅度很快，对混凝土的最终强度水平存在较大影响。因此，此次研究中主要针对以内不同受冻时刻对混凝 土 强 度 的 影 响。基 于 此，试 验 中 设 置、等 种不同的养护龄期。也就是将达到相应龄期的混凝土放入恒温恒湿试验箱，在 低温环境下冷冻，然后在标准养护条件下养护至 龄期。结合初凝和终凝试验数据，试验方案受冻在混凝土初凝前、试验方案表示受冻在初凝后终凝前、和 分别在终凝后。试验中以没有受冻试件的试验结果作为对比。试验方法试件的抗压强度利用天水红山生产的微机控制电 伺 服 压 力 试 验 机 进 行 试 验，加 载 速 率 为 ，取三个试件的抗压强度均值作为本组试件 的 抗 压 强 度 值，并 将 计 算 结 果 精 确 至 。在进行劈裂抗拉强度试验过程中，以 的加载速率进行均匀加荷试验。由于此次研究采用的是标准立方体试件，因此试验结果应该乘以折减系数 。在弹性模量试验中，使用型弹性模量测定仪测试试件的轴心抗压强度，然后再计算获取混凝土的弹性模量。试验结果与分析 抗压强度试验中对不同养护龄期、不同粗骨料种类试件的抗压强度值进行测试，并计算出相对于没有受冻的试件的抗压强度损失率，结果如表所示。由表中的试验结果可以看出，在各种试验工况下，再生骨料混凝土的抗压强度值均低于普通天然骨料混凝土。由此可见，采用再生骨料会降低混凝土的抗压强度，这与相关研究结论一致，主要是再生骨料的性质决定的，这里不再复述。无论是天然骨料还是再生骨料，在早期受冻的情况下，均会对混凝土的 抗压强度造成比较显著的不利影响，受冻龄期越早影响就越大。以再生骨料混凝土为例，在龄期工况，也就是初凝前受冻的情况下，其 龄期抗压强度值为 ，与没有受冻的标准养护工况相比，其抗压强度值损失高达 。当龄期在以上时，两种不同骨料混凝土的 龄期抗压强度损失率均降至以下，说明受冻对混凝土抗压强度的影响不大。究其原因，主要是早期混凝土，特别是初凝前的混凝土还未完全固化，内部的含水量较高，当混凝土遭遇低温环境时内部自由水开始结冰时，就会产生体积膨胀，从而在混凝土内部产生拉应力，一旦超过其早期抗拉强度，就会造成混凝土内部的微裂纹。虽然在温度恢复之后混凝土内部的水化反应仍旧会继续进行，但是微裂纹造成的损伤并不会完全修复，最终导致混凝土的抗压强度降低。从两种不同种类骨料的试验结果来看，在小于 的早龄期工况下，再生骨料混凝土的抗压强度损失率明显大于天然骨料混凝土，且龄期越早差距越明显。究其原因，主要是再生骨料混凝土的吸水率较高，而较多的内部水分会造成混凝土早期冻胀损害更为明显。表抗压强度损失率试验结果龄期抗压强度 抗压强度损失率再生骨料天然骨料再生骨料天然骨料没有受冻 劈裂抗拉强度试验中对不同养护龄期、不同粗骨料种类试件的劈裂抗拉强度值进行测试，并计算出相对于没有受冻试件的劈裂抗拉强度损失率，结果如表所示。由表中的试验结果可以看出：首先，各试验工况下再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度值小于普通天然骨料混凝土；其次，随着龄期的增加，无论是再生骨料还是天然骨料，其劈裂抗拉强度损失率均呈现出不断减小的趋势。由此可见，早第期罗强早期受冻对再生骨料水工混凝土力学性能的影响研究期受冻对混凝土劈裂抗拉强度的影响较大。最后，与天然骨料相比，再生骨料混凝土劈裂抗拉强度损失率明显偏大。造成上述现象的原因与抗压强度类似，这里不再复述。表劈裂抗拉强度损失率试验结果龄期劈裂抗拉强度 劈裂抗拉强度损失率再生骨料天然骨料再生骨料天然骨料没有受冻 弹性模量试验中对不同养护龄期、不同粗骨料种类试件的弹性模量进行测试，并计算出相对于没有受冻试件的弹性模量损失率，结果如表所示。由表中的试验结果可以看出，弹性模量的变化规律表弹性模量损失率试验结果龄期弹性模量 弹性模量损失率再生骨料天然骨料再生骨料天然骨料没有受冻 呈现出与抗压强度和劈裂抗拉强度类似的规律：一是在其他条件相同时，再生骨料混凝土的弹性模型明显偏小；二是无论再生骨料还是天然骨料混凝土，其弹性模量损失率均会随着龄期的增加而迅速减小并趋于稳定，早期受冻对混凝土弹性模量的影响较大。三是早期受冻的情况下再生骨料混凝土弹性模量损失率明显偏大，而之后两者的弹性模量损失率较为接近。结论（）在其他条件相同时，再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量值明显小于普通骨料混凝土。（）随着龄期的增加，两种骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量损失率明显减小并趋于稳定，因此早期受冻对混凝土力学性能的影响较大。（）与普通混凝土相比，早期受冻对再生骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响更大，需要在工程施工中格外注意保温措施。参考文献：徐存东，高德坤，张鹏，等早期受冻对混凝土耐久性劣化的影响 研 究 水 利 与 建 筑 工 程 学 报，（）：石妍，李家正，董芸，等水工混凝土矿物掺和料的开发与应用研究综述长江科学院院报，（）：，康建氧化石墨烯掺量对再生骨料砂浆抗冻性影响的试验研究中国水能及电气化，（）：李记明，宋文浚，武晓菲纤维长度对水工混凝土力学性能影响 的 试 验 研 究 水 利 建 设 与 管 理，（）：马智法，温学军，肖阳，等大吸水率粗骨料对寒区水工混凝土性能的影响研究东北水利水电，（）：，水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷