冻融环境下混凝土耐久性试验及寿命预测.pdf

第4 5卷 第 1 3期 2 0 1 4 年 7 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r V0 1 45 No 1 3 J u l y， 2 0 1 4 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 4 ) 1 3 0 0 7 2 0 3 冻融环境下混凝土耐久性试验及寿命预测 王 丽 学， 单 晓 婷 ( 沈 阳农业大学 水利学院 ， 辽 宁 沈阳 l 1 0 8 6 6 ) 摘要 ： 为研 究经历冻融作用后 混凝土的耐久性 ， 选取混凝 土的相 对动 弹性模 量和抗 压强度作 为衡 量指标 ， 依据 混凝 土快速 冻融循环试验 方法。 对 5组混凝土试件展开冻融试验 ， 并利用 S P S S软件进行 了相应预测 。试验 结 果表 明： 随着冻融循环次数的增加 ， 混凝 土的相 对动弹性模 量损 失率及抗压强度损 失率上升 ； 冻融循 环次数 与 相 对动 弹性模量损 失率之 问具有 良好 的幂函数 关 系， 与抗 压强度损 失率之 闻具 有 良好 的二 次函数关 系； 水灰 比越 大 、 混 凝 土 随 冻 融 循 环 次 数 增 加 的 损 伤 程 度 越 大 。 关键词 ： 冻 融 循 环 ；水灰 比 ；相 对 动 弹 性 模 量 ；抗 压 强 度 中图法分 类号 ： T V 4 3 l 文献标志码 ： A 在 自然 环境 下 ， 混 凝 土 易受 到 各 种 劣 化 因素 的影 响而丧失其耐久性 ， 尤其在寒冷地区， 混凝土构筑物常 因冻融 循环 而损 坏 ， 这 已成 为 混 凝 土 耐 久性 方 面 的主 要 问题之一 。目前 ， 关于混凝土经冻融作用后力学 性能的研究主要集中在冻融循环试验上 J ， 而对冻融 数据进行 回归分析的研究很少 。本文通过对混凝土试 件 进 行冻 融循 环试 验 ， 以相对 动 弹性 模 量 及抗 压 强度 作为衡量指标 ， 预测在不同冻融次数下混凝土耐久性 的衰 减规 律 。 1 试验概况 1 1原材料及配合 比 配制 混凝 土 的原材 料包 括 ： P O 4 2 5普通 硅 酸 盐 水 泥 ； 细 度 模 数 为 2 7 ， 级 配 为 2区 的 中砂 ； 连 续 级 配 ( 52 0 m m) 的碎石 ； U N F一5高效减水剂 ； 饮 用 自来 水 。 以上 材料 均产 自沈 阳。 试验采用了 5种不 同配合 比的混凝土 ， 研究在冻 融环境下其相对动弹性模量及抗压强度 的变化规律。 表 1为混凝土配合 比设计的相关参数 。 1 2 试件尺寸 每 种配 合 比制备 1 0 0 m m 1 0 0 m m 4 0 0 m m试 件 1 组 ， 每 组 3个 ； 1 0 0 m m 1 0 0 m m 1 0 0 m m试 件 5组 ， 每组 3个 。 表 1混 凝 土 配 合 比 ( 材 料 用 量 ) 1 3 试验仪器 快速 冻融试 验 采用 HNK DA混 凝 土快 冻 试 验 台 ； 相对 动 弹性模 量采用 D T一1 2混 凝 土动 弹 仪 测试 ； 抗压 试验 采用 J WA W 一1 0 0 0电液伺 服万 能试 验机 。 1 4试验 方法 混凝 土 的冻 融 循 环 试 验 按 照 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 中“ 快冻 法” 进行 。试件成型 2 4 h后拆模 ， 放入标准养护室 ( 2 0- I- 2 ) o C， R H9 5 养护 2 8 d ， 开展冻融循环试 验前 ， 提前 4 d将试件浸泡在温度为 2 0 ( 2 的水中。本 次冻融 循 环试 验 的 时 间参数 为 ： 冷 冻 时 间 2 h ， 融化 时 收稿 日期 ： 2 0 1 40 31 8 基 金项 目： 辽 宁省水利科 学技术项 目“ 寒冷地 区大坝耐久性研 究与应 用” 作者简 介： 王丽学 ， 女 ， 教授 ， 博 士生导师 ， 研 究方 向为水利 工程 管理及 农业节水。Em a i l ： 1 3 7 7 0 8 7 5 3 q q c o rn 第 1 3期 王丽学 ， 等 ： 冻融环境下混凝土 耐久性试验及 寿命 预测 7 3 间 1 5 h ， 冷 液 和热液 回流时 间 0 5 h ， 一次 循 环 时 间 4 h 。冻融循环过程 中， 冻融箱 内温度控制在 一2 0 C 一 2 0 C之间， 混凝土试块 中心温度控制在 (一1 52 ) o C ( 1 0 2 ) o C之 间 。 每组试件分为 5组 ， 编号分别为 F ( 0 ) ， F ( 2 5) ， F ( 5 0 ) ， F ( 7 5 ) ， F ( 1 0 0 ) ， 括号 内数字即为冻融次数。每 2 5次冻融循环后 ， 取 出 1 0 0 ra m1 0 0 m m 4 0 0 mm试件 测定 相 对 动 弹 性 模 量 ， 另 取 1 0 0 mm 1 0 0 m m 1 0 0 m m试 件 1 组 测定 抗压 强 度 。 2 试验结果及 分析 2 1 混凝 土相对 动弹性模量变化 2 1 1 数 据 分 析 依据试验数据可得出混凝土相对动弹性模量损失 率 ( 见 表 2 ) 。 表 2 混凝土相对动弹性模量损 失率 如 表 2所示 ， 随 着冻 融循 环次 数 的增加 ， 混凝 土 的 相对动弹性模量损失率随之增大 ， 水灰 比不同， 其所受 到的损伤程度也不同。在 05 0次冻融循环时 ， 5组 混凝土的相对动弹性模量损失率差异较小 ； 而在 5 O一 1 0 0次 冻融 循环 时 ， D 和 E组 混 凝 土 的相 对 动 弹 性 模 量损 失 率 明显 上升 。 说 明 在冻 融 环 境 下 ， 水 灰 比对 混 凝土相对动弹性模量产生了较 大影 响， 若适 当降低水 灰 比则可提高混凝土的抗冻性能。 2 1 2 建立方程 使用 S P S S软件对表 2中的数据进行 回归 分析。 首先根据实际问题本身特点 ， 同时选择线性、 二次 、 幂 3种模型 ， 然后 由 S P S S软件 自动完成模 型 的参数估 计 ， 选择 R 最 大 的模 型 作 为 此 问题 的 回归 模 型 ， 并 作 相 应预 测 。 将 表 2中 5组混 凝 土 的冻 融次数 及 相应 的相 对 动 弹模 量 损失 率数 据输 入 S P S S软 件 ， 输 出结果 见表 3及 图 1 。 图 1给 出 了混 凝 土 A 的 相 对 动 弹性 模 量 损 失 率 与 冻融 次数 关 系 曲线 。从 表 3中可 以看 出 ， 在 所 选 的 曲线函数中 ， 幂 曲线 的拟合 优度最高 (R =0 9 9 9 ) ， 所 以选择幂函数模型拟合混凝土相对动弹模量损失率 随冻融次数 的变化趋势 。而且从 图 1中也可以看出 ， 表 3 回归模型参数估计值 图 1 Y 。 模 型 曲线 拟 合 幂函数的曲线的确与样本 的实 际观察值拟合更优 ， 同 理 ， 混凝土 B、 c 、 D、 E的分析可参考混凝 土 A， 其具体 模 型为 Y ，=0 3 9 3 X ( 1 ) l ， ： 0 4 3 0 X 盯 ( 2 ) = 0 4 7 5 X ( 3 ) Y 4=0 5 4 3 X ( 4) = 0 5 9 8 X ( 5 ) 式中，l ， 为混凝土相对 动弹模量 损失率 ； 为冻融次 数 。 2 1 3 混 凝 土 临界 破 坏 的 确 定 一 般 当相对 动弹 性模 量 降 至原 来值 的 6 0 ， 即动 弹模 损 失率 达到 4 0 时 ， 则认 为混 凝 土 已经 破 坏 。取 Y = 4 0 ， 代 人公 式 ( 1 )( 5 ) ， 可 以算 出 ， 混 凝 土 A、 B、 c 、 D、 E分别经 2 0 6 ， 1 7 3 ， 1 4 3 ， 1 1 2 ， 9 4次冻融循环后 出 现临界 破 坏 。 2 2混凝土抗压 强度变化 2 2 1 数据分析 依据试验数据可得出混凝土抗压强度损失率 ( 见 7 4 人 民 长 江 表 4) 。 由表 4可知 ， A、 B、 c组 混凝 土在冻融循 环过 程 中， 抗压强度损失率较小 ， D 、 E组混凝土抗压强度损 失率随冻融循环次数的增多其值增加非常明显 。说 明 在冻融环境下 ， 水灰 比对混凝 土抗压强度产生 了较大 的影响 ， 若适当降低水灰 比则 可以提高混凝 土的抗冻 性 能 。 表 4混凝土抗压强度损失率 2 2 2 建立方程 使 用 S P S S软件 对表 4中的数 据进行 回归分析 ， 具 体流程与相对动弹性模量数据的处理相 同， 输 出结果 见表 5及 图 2 。 表 5 抗压 强度损失率参数估计值 图 2 Z 模 型曲线拟合 图 2给出了混凝土 A的抗压强度损失 率与冻融 次 数关 系 曲线 。从表 5中可 以 看 出 ， 在 所 选 的 曲线 函 数中， 二次曲线 的拟合优度最高 (R = 0 9 9 7 ) ， 所 以 选择二次函数模型拟合混凝土抗压强度损失率 随冻融 次 数 的变化 趋势 。从 图 2中也 可 以看 出 ， 二 次 函数 的 曲线的确与样本的实际观察值拟合更优， 同理， 混凝土 B、 C、 D、 E的分析可参考混凝土 A， 其具体模型为 Z = 0 1 8 80 0 0 3 X +0 O 0 1 X ( 6 ) Z 2=0 3 1 1+0 0 5 7 X +0 0 0 2 X ( 7 ) Z 3=0 1 0 0+0 1 4 7 X +0 0 0 2 X ( 8 ) Z =一0 0 2 7+0 2 3 7 X+0 0 0 2 X ( 9 ) Z 5=一0 0 4 2+0 1 9 9 X +0 0 0 4 X ( 1 0 ) 式 中 ， z为混凝 土抗 压强 度损失 率 。 2 2 3 混 凝 土 l临界破 坏 的 确 定 尽管建筑行业对于冻融循环后混凝土的抗压强度 破坏 条件 尚无标 准规 范 ， 但 本 次 试 验 相 关 数据 可供 参 考 。试验 中 ， 当 混 凝 土 相 对 动 弹 性 模 量 损 失 率 达 到 4 0 时 ， 本 次试 验 的抗 压 强度 损 失 率 都 已 超 过 5 0 ， 可 见冻融 循环 对混凝 土抗 压强 度有 一定 的影 响 。 当 5种混凝土抗压强度损失率达到 5 0 时 ， 即 y = 5 0 ， 代人公式( 6 )( 1 0 ) ， 可以算 出， 混凝土 A、 B、 c、 D、 E分 别经 1 9 5 ， 1 4 4 ， 1 2 5 ， 1 0 9， 9 3次 冻 融 循 环 达 到 临界破 坏 。 3 结 语 本文试验结果表明 ， 冻融循环次数与相对动弹性 模量损失率之间具有 良好 的幂函数关 系， 而与抗压强 度 损失 率之 间具 有 良好 的二 次 函数 关 系 ； 随着 冻 融 循 环次数 增加 ， 混凝 土 的 相对 动 弹 性 模 量损 失 率 及 抗 压 强度损失率均有所上升 ； 水灰比越大 ， 混凝土的相对动 弹性模 量损 失率 及 抗 压 强 度损 失 率 越 大 。另 外 ， 利 用 冻融 循环 试 验 能 初 步 预 测 混 凝 土试 件 达 到破 坏 的 时 间， 可用于指导实际施工 ， 但本文试 验较 为单一 ， 今后 应进 一步 开展综 合试 验 ， 以确 定 较 为 准 确 的冻 融 破 坏 时 间 。 参考 文献 ： 1 金伟 良， 吕清芳 ， 赵羽 习， 等 混凝土结构 耐久性设 计方法 与寿命 预测研 究进展 J 建筑结构 学报 ， 2 0 0 7， 2 8 ( 1 ) ： 71 3 2 宁作君 ， 巴恒静 ， 杨英姿 冻融环境 下混凝土 的断裂损伤试 验研究 J 哈 尔滨工程 大学学报 ， 2 0 0 9， 3 0 ( 1 ) ： 2 73 2 3 覃丽坤 ， 宋玉普 ， 王玉杰 ， 等 冻融循环 对海水 中混凝土抗压 性能 的影响 J 混凝土 ， 2 0 0 4， 2 9 ( 1 ) ： 1 61 8 4 苏晓宁， 王碹 ， 迟道 才 混 凝土早 期 受冻 试验研 究 J 混凝 土 ， 2 0 0 5， ( 6 ) ： 8 7 8 9 ， 9 2 ( 编辑 ： 胡旭 东) ( 下转第 1 0 5页) 第 1 3期 李进 勇， 等 ： 观 音岩电站移民安置现状与发展趋势分析 1 0 5 ( 上接第 7 4页 ) Du r a b i l i t y t e s t a nd l i f e pr e d i c t i o n o f c o n c r e t e i n f r e e z i n g - t ha wi ng c i r c u m s t a nc e W ANG Li x u e， S HAN Xi a o t i n g ( I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y ， S h e n y a n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 6 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I n o r d e r t o r e s e a r c h t h e d ur a b i l i t y o f c o nc r e t e a fte r f r e e z i n g a n d t ha wi ng，t h e r e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo du l us a nd c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a r e t a ke n a s t wo i mp o r t a n t me a s u r e me n t i n d e x e s，a n d fiv e c o n c r e t e s a mp l e s a r e r e s p e c t i v e l y t e s t e d i n f r e e z - i ngt h a wi n g c i r c ums t a n c e a c c o r d i n g t o r a pi d c o nc r e t e f r e e z i n gt h a wi n g c y c l e s t e s t me t h o dFu r t he r mo r e，t he t e s t d a t a a r e p r o c e s s e d b y S PS STh e t e s t a n d a na l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t wi t h t h e i n c r e a s i n g t i me s o f f r e e z i n gt ha wi n g，t h e c o nc r e t e r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s l o s s a nd c o mp r e s s i v e s t r e ng t h l o s s i nc r e a s e Th e c yc l i n g t i me s o f f r e e z i n g t h a wi n g a n d r e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo du l u s l o s s r a t e ha s a g o o d po we r f u nc t i o n r e l a t i o ns hi p wh i l e t h e c y c l e s a n d c o mpr e s s i v e s t r e n g t h l o s s r a t e h a s a g o o d q ua dr a t i c f un c t i o n r e l a t i o ns hi pTh e g r e a t e r t h e wa t e rc e me n t r a t i o o f c o nc r e t e，t h e mo r e s e v e r e d e g r e e o f d a ma g e wi t h t he i n c r e a s i ng c y c l e s o f f r e e z i ng t h a wi ng Ke y wo r ds： f r e e z i n gt h a wi n g c y c l e；wa t e rc e me n t r a t i o；r e l a t i v e d yn a mi c e l a s t i c mo d ul us ；c o mp r e s s i v e s t r e ng t h ( 上接 第 7 8页 ) S t u dy o n s e c o nd a r y i n t e r f a c e m i c r o s t r u c t ur e o f s p e c i a l fin e s a nd c o n c r e t e 】， S HAO Xi n ， WANG P e n g s h e n g ， Z HAN G Hu a n j i n g ( 1 C o l l e g e of E n g i n e e r i n g T e c h n i c a l ， C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， L e s h a n 6 1 4 0 0 7 ， C h i n a ； 2 Y a l o n g R i v e r H y d r o p o w e r D e v e l o p me n t C o ， L t d ， C h e n g d u 6 1 0 0 51 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o r e s e a r c h t h e r e a s o n o f c r a c k a pp e a r i ng a nd s t r e ng t h r e d u c t i o n o f s p e c i a l f i n e s a n d c o n c r e t e，s e v e r a l e s p e c i a l f i n e s a n d c o n c r e t e s p e c i me ns wi t h d i ffe r e nt wa t e r c e me n t r a t i o s a r e p r e p a r e d a n d p r o c e s s e d i n t o e l e c t r o n mi c r o s c o pe s a m- pi e s Ac c o r di ng t o s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e a nd e n e r g y s pe c t r u m a n a l y s i s，t h e i n flu e n c e o f v a r i a t i o n o f wa t e rc e me n t r a t i o o n s e c o n da r y i n t e r f a c e mi c r o s t r u c t u r e o f c o nc r e t e i s a n a l y z e dTh e r e s e a r c h r e s u l t s h o ws t h a t t h e s e c o n d a ry i n t e r f a c e mi c r o s t r u c t ur e o f c o nc r e t e wi t h l o we r wa t e rc e me nt r a t i o i s r e l a t i v e l y mo r e u n i f o r m a n d c o mp a c t ，mo r e o v e r，t h e Ca S i r a t i o o f C SH g e l s i n s e c o n da r y i nt e r f a c e i s di ffe r e n t i n c o nc r e t e wi t h l o we r wa t e rc e me n t r a t i o，bu t c ha n g e l i t t l e K e y w o r ds： s e c o nd a ry i n t e r f a c e；mi cr o s c op e； Ca Si r a t i o； s p e c i a l f i n e s a n d c o nc r e t e ( 上接第 9 3页) 】一 De s i g n o f h y dr o l o g i c a l m o ni t o r i ng s y s t e m ba s e d o n wi r e l e s s s e n s o r t e c hn o l o g y W U J i n me i ， KE Yue q i a n ( C o l l e g e of P h y s i c s a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， Q u a n z h o u N o r m a l U n i v e r s i t y ， Q u a n z h o u 3 6 2 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I n t h e l i g h t o f wi d e a r e a，mu l t i p l e hy dr o l o g i c a l pa r a me t e r s a n d t h e p r o b l e ms e x i s t e d i n c o nv e nt i o n a l h y dr o l o g y mo ni t o r i n g s y s t e m ，a nd a i mi ng a t t h e ch a r a c t e r i s t i c s o f mo ni t o r i n g po i nt s，a h y d r o l o g i c a l m o n i t o r i n g s y s t e m ba s e d on wi r e l e s s s e n s o r t e c h n o l o g y i s d e v e l o pp e d b y Zi g b e e a n d GPRS，s o a s t o r e a l i z e wi r e l e s s t r a n s mi s s i o n o f h y d r o l o g i c a l d a t a Zi g b e e ha s a dv a nt a g e s o f a d ho c n e t wo r k，l o w c os t ，l e s s e ne r g y c o n s u mp t i o n，e t c Th e s y s t e m c a n t r a n s mi t t he c o l l e c t e d da t a s uc h a s t e mp e r a t u r e，pH a n d wa t e r l e v e l t o c e n t r a l s t a t i o n b y Zi g be e，a n d t h e n t h e c e nt r a l s t a t i o n c a n s e nd t h e a l a r m i n f o r ma t i o n t o t h e c e l lph o n e s us e r s b y S MS f u nc t i o n o f GP RS Ke y wo r ds： Zi g be e，GRPS，wi r e l e s s t r a ns mi s s i o n；h y dr o l o g i c a l mo n i t o r i n g