冻融损伤对混凝土断裂性能的影响研究

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发布时间：2021-09-10

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冻融损伤对混凝土断裂性能的影响研究
杨静，张鹏，赵铁军，刘洪珠，张益杰
(青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033)
摘要：制备水灰比为0．4和O．5的普通混凝土和掺引气剂混凝土，通过冻融循环试验、楔形劈裂试验，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，100次冻融循环后水灰比为0．4和O．5的普
通混凝土相对动弹性模量分别下降3O％和55％，而掺加引气剂混凝土几乎无动弹性模量损失；冻融循环后，混凝土断裂能显著
下降，水灰比为0．5的普通混凝土100次冻融循环后断裂能损失71％，水灰比0．4时下降超过5O％，极大削弱了混凝土的软化韧
性；掺加引气剂混凝土具有良好的抗冻能力，虽然断裂能也随冻融次数的增大而降低，但基体内部大量气泡的存在使混凝土弹性
变形能力增大，从应变软化性能来看，其抗拉强度较普通混凝土高得多，呈现较好的韧性。
关键词：混凝土；冻融循环；楔形劈裂；断裂能；应变软化
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)04—0001—04
Influence of frost damage on fracture property of concrete
YANG．1ing，ZHANG Peng，ZHA0 Tiejun，u【，Hongzhu，ZHANG Yijie
(Department of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China)
Abstract：Both normal concrete and concrete with addition of air entraining agent with water cement ratio of 0．4 and 0．5 have been
prepared．Through freeze—thaw cycle test and wedge—splitting test，the influence of frost damage on fracture properties of concrete has
been studied．The fracture energy and the strain softening curves under different conditions have been analyzed by the program CON—
SOFT in particular．The results indicate that after 100 freeze—thaw cycles，the relative dynamic elastic modulus of normal concrete with
water cement ratio of O．4 and 0．5 was reduced by 30％ and 55％，respectively；while as for concrete with addition of air entraining a—
gent，the relative dynamic elastic modulus showed no decrease．After a certain number of cycles of freezing and thawing，the fracture en—
ergy of concrete decreased significantly．The fracture energy of normal concrete with water cement ratio of 0．5 loss 71％ after 100 cy—
cles：concrete with water cement ratio of0．4 loss higher than 50％．W ith addition of air entraining agent，concrete had good frost resistance．
The fracture energy also decreased with the increasing of freeze—thaw cycles，however，the big amount of small air bubbles intro—
duced by entraining agent lead to increasing of elastic deform ation capacity of concrete．Therefore，concrete with air entraining agent had
much higher toughness than normal concrete after freeze—thaw cycles．
Key words：concrete；freeze—thaw cycle：wedge—splitting test；fracture energy；strain—softening
0 引言
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，由于在寒冷地区的正负温度交替作用使混
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。而断裂能对冻融循环产生
的材料损伤较为敏感，近年来，围绕混凝土冻融循环的试
验研究主要集中于混凝土的冻融损伤、冻害机理或
混凝土宏观力学性能等方面，宁作君等人研究了冻
融循环对混凝土的力学损伤，张鹏等人研究了海水对混
凝土断裂能和应变软化性能的影响，但都未涉及冻融环境
下混凝土的断裂能和应变软化性能的试验研究，而混凝土
的断裂能和应变软化能够反映混凝土材料的韧性及骨料
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}昆凝土的防护采取相应
措施。
本试验对普通混凝土和掺加引气剂混凝土进行了不
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Con—
soft程序进行了逆向分析，按双线性模型模拟了}昆凝土的
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。