压应力状态下混凝土抗冻性能的试验研究

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发布时间：2021-09-03

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压应力状态下混凝土抗冻性能的试验研究
罗小勇，邹洪波，周奇峰，梁岩，王军
(1．中南大学土木工程学院，湖南长沙410075；2．湖南工程学院建筑工程学院，湖南湘潭411104)
摘要：通过对压力为0，0．10，0．25，0．50，0．75倍设计强度下混凝土抗冻性的比较，分析压应力对
混凝土抗冻性能的影响．结果表明：当混凝土压应力比控制在0．10～0．50时，随着压应力增加混凝
土冻融循环寿命提高；当压应力比提高到0．50～0．75时，随着压应力增加混凝土冻融循环寿命降
低；在临近损坏时，压应力越高，相对动弹性模量下降越快，其冻融破坏的突发性愈强；混凝土表面
的剥落损伤与预应力大小无明显关系，但与冻融次数关系较大．建立了不同预压应力下混凝土抗
冻预测模型，通过计算对比，证明该模型具有一定的工程价值．
关键词：受压混凝土；冻融；耐久性；动弹性模量
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A doi：10．3969／J．issn．1007—9629．2013．06．024
Experimental Study on Frost—Resistant Property of
Concrete at Pressure Stress State
LUO Xiao—yong ， ZOU Hong—bo ， ZHOUQi—feng ， LIANG Yan ， WANG Jun。
(1．School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China；
2．Department of Building Engineering，H unan Institute of Engineering，Xiangtan 411104，China)
Abstract：Through comparison analysis of frost—resistant property of concrete under 0，0．10，0．25，0．50，0． 75
times design strength pressure stress states，the relation between pressure stress and frost—resistant property of
concrete was found．It was concluded that the concrete freeze-thaw cycle life wil1 increase with the increase of cOn
crete pressure stress when the concrete pressure stress ratio iS 0．1 0—0．50，but when the stress ratio increases tO
0．50—0．75，the concrete freeze-thaw cycle life will deduce with the increase of concrete pressure stress． ApprOac—
hing the damage，the higher the stress，the relative dynamic elastic modulus decreased faster。the freeze-thaw
damage is in shorter time． Meanwhile it was found that the concrete surface spalling damage has no obvious re1a—
tionship with pre-stressed capacity，but is relative to freeze-thaw cycle times． The concrete frost_resistant forecast
model was established at the different pressure stress states finally． Through calculating and contrast，it is known
that the modeliS useful for engineering．
Key words：prestressed concrete；freeze—thaw ；durability；dynamic elastic modulus
地处寒冷地区的水电站、工业厂房、铁道桥涵、
桥梁及市政工程等的混凝土，其冻融破坏已成为建
筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物
的长期运行和安全运行】]．国内外对混凝土抗冻性
研究较多，但大多是无应力状态下的研究．应力状态
下混凝土抗冻性研究则多集中于受拉状态 ]．文献
Es]研究发现，拉应力和弯曲应力的存在可加速混凝
土的劣化过程和损伤程度，而且这种劣化过程和损
伤程度会随着应力比的增大而加快加深，在荷载和
冻融双因子作用下，混凝土的损伤程度远大于两个
因子单独作用时损伤程度的叠加．在实际工程中，很
多混凝土构件如柱、桥墩、预应力梁，其混凝土处于
收稿日期：2012-06—26；修订日期：2012-08—14
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51178470)；湖南省教育厅科研资助项目(12C0635，1 3B01 6)
第一作者：罗小勇(1 968～ )，男，湖南衡南人，中南大学教授，博士生导师，博士．Email：tud。u0522@163． c。m
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第6期罗小勇，等：压应力状态下混凝土抗冻性能的试验研究
受压状态，压应力对混凝土抗冻性的影响显然有别
于拉应力或无应力下的情况．因此，本文将通过对试
件施加预压力，研究不同压应力比下混凝土的抗冻
性能．
1 试验
1．1 试验材料及配合比
试验混凝土设计强度为C40，水泥采用42．5普
通硅酸盐水泥，细骨料为中河砂，其细度模数2．6O，
粗骨料为碎石，其最大粒径为15 mm．试验混凝土配
合比见表l，其28 d实测强度为C41，含气量A 为
l-1 (体积分数)．
表1 试验混凝土配合比
Table 1 Mix proportion of concrete kg／m。
1．2 试件制作
结合本文的研究内容，考虑到冻融箱的容积，制
作了压应力比( ／，为试件实际压应力，为试
件混凝土立方体抗压强度)为0，0．1O，0．25，0．50，
0．75这5种荷载等级的5组试件．试件尺寸为
lO0 mm×100 mm×400 mm，轴线位置预留孔道，上
下对称粘贴应变片，采用高强度螺杆对混凝土试件
加载．另外，为了防止进入预留孔道中的水结冰膨胀
导致混凝土破坏，在高强螺杆与预留孔中填充泡沫，
以起卸压作用，试件如图1所示．
图1 试件示意图
Fig．1 Specimen drawing(size：ram)
1．3 冻融试验方法
采用天津市惠达试验仪器厂生产的TDR型混
凝土快速冻融设备，在中国水电第八工程局材料
检测中心，按照GB／T 50082-2009《普通混凝土
长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法
进行冻融循环试验，试件中心温度分别控制在
一(18±2)℃ 和(5±2)℃ ，3 h左右完成1次冻融
循环．依据规范，当试件的动弹性模量下降60 9／6或
质量损失率达到5％，即认为混凝土破坏，停止冻
融循环试验．
2 试验结果及分析
每隔20次冻融循环测试试件横向基频和质量，
然后分别通过式(1)，(2)计算相对动弹性模量和质
量损失率．
P一[ ／ ]×100％ (1)
W 一[( 。一m )／m。]×100 (2)
式中：P为次冻融循环后试件的相对动弹性模
量，；为次冻融循环后试件的横向基频，Hz；
为冻融循环前试件的横向基频，Hz；W 为n次
冻融循环后试件的质量损失率，％；m 为次冻融
循环后试件的质量，kg；m。为冻融循环前试件的初
始质量，kg．
本次试验未出现质量损失率大于5 的情况，
而是以相对动弹性模量下降到60 来作为试件破
坏准则．
2．1 应力对动弹性模量的影响
不同压应力比下混凝土的相对动弹性模量见图
2．不同冻融循环次数下压应力对混凝土相对动弹性
模量的影响见图3．
三
言
鲁。
崔
号
． -J
晷
导
要
0
图2 不同压应力比F混凝土的相对动弹性模量
Fig．2 Concrete relative dynamic elastic modulus
at the different pressure stress ratio
从图2，3可以看出：(1)在压力荷载和冻融双因
素作用下，混凝土的动弹性模量随着冻融循环次数
的增加而降低．(2)当压应力比控制在0．10～0．50
之间时，初始动弹性模量随压应力比的提高而增加，
并且在相同冻融循环次数下，压应力比越高，相对动
弹性模量越高，冻融循环寿命越长；当压应力比提高
到0．5o～o．75时，初始动弹性模量开始下降，在相
同冻融循环次数下，预压应力的存在反而会降低混
凝土的相对动弹性模量，使冻融循环寿命降低．这表
明，一定范围内的预应力存在能延缓混凝土冻融损
伤，而超过这个范围的预应力则加速混凝土冻融损