冻融环境下对粉煤灰混凝土断裂能的试验研究

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发布时间：2021-09-10

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冻融环境下对粉煤灰混凝土断裂能的试验研究
Experimental Study of Fracture Energy of Fly Ash Concrete under Freezing and Thawing Cycle Condition
杨静，赵铁军，郭傲，刘洪珠
青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033
摘要：对水灰比为o．5的普通混凝土和掺加粉煤灰混凝土，通过冻融循环试验、楔形劈裂试验，以及Consoft软
件逆向分析和拟合，研究了冻融循环损伤对混凝土断裂能及其应变软化的影响。结果表明，1O0次冻融循
环后，水灰比为0．5的普通混凝土相对动弹性模量下降了65％，而掺加粉煤灰混凝土损失90％；冻融循环后，
混凝土断裂能显著下降，最大承栽力也随之降低，水灰比为0．5的普通混凝土100次冻融循环后承栽力和断
裂能分别损失56％、71％，而掺粉煤灰混凝土分别损失43％和7O％，；300次冻融循环后，普通混凝土试
块直接发生断裂，无法进行楔形劈裂试验；在冻融循环次数为0时，掺粉煤灰混凝土的断裂能要高出普通混
凝土的43％；掺粉煤灰的混凝土尽管断裂能也随冻融次数的增大而降低，但粉煤灰后期强度增长较快，从应
变软化性能来看。其抗拉强度较普通混凝土要高些，呈现较好的韧性。
关键词：粉煤灰；冻融循环；楔形劈裂；断裂能；应变软化
中图分类号：TU528．33 文献标志码：A
0 前言
冻融环境中的钢筋混凝土结构，如桥梁、码头、隧道
等受冻害破坏严重，无论是从混凝土耐久性还是结构安
全性的角度来看，在寒冷地区的正负温度交替作用下使
混凝土内部体积膨胀，产生微裂缝导致混凝土松散，最
终开裂破坏，影响结构的服役性能。断裂能对冻融循环
产生的材料损伤较为敏感。近年来，围绕粉煤灰混凝土
冻融循环的试验研究，主要集中于粉煤灰混凝土的冻害
机理⋯、粉煤灰对混凝土抗冻性影响研究【2- 】或大掺量粉
煤灰对高性能混凝土抗冻性【5J等方面，刘明辉等人『6- 】研
究了冻融循环作用下粉煤灰混凝土力学性能退化规律的
试验，孙志伟等人【8j研究了海水对混凝土断裂能和强度
的影响，但都未涉及冻融环境下粉煤灰混凝土的断裂能
和应变软化性能的试验研究。粉煤灰对于界面过渡区及
硬化水泥浆体有较强的改性作用，使得粉煤灰混凝土冻
融破坏呈现出与一般混凝土不同的特性，而混凝土的断
裂能p-to]和应变软化能够反映混凝土材料的韧性及集料
桥接能力，研究冻融损伤对混凝土断裂能及其应变软化
的影响，有助于深入理解冻融对混凝土材料造成的劣化
损伤，进而为低温和冻融环境下混凝土的防护采取相应
措施提供依据。
本文对普通混凝土和掺加粉煤灰混凝土进行了不同
次数的冻融循环，通过超声波测定了其冻融循环后的相
对动弹性模量变化，通过楔形劈裂试验测定了一定程度
冻融损伤后混凝土的荷载一裂缝张开位移曲线，并通过
Consoft程序进行了逆向分析，按双线性模型模拟了混凝
土的应变软化行为，计算得到了冻融损伤后混凝土的断
裂能，系统研究了冻融循环损伤对混凝土断裂能及其应
变软化性能的影响。
1 试验概况
1．1 原材料与试件制备
试验用混凝土原材料包括：青岛山水P．O 42．5普通
硅酸盐水泥；5—20 mm的花岗岩碎石集料；青岛本地河