混凝土冻融变形的试验研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土冻融变形的试验研究
周志云，孙敏，吕礼春
(上海理工大学环境与建筑学院，上海200093)
摘要：进行了砂浆饱和水试件的水中和空气冻融试验，并通过测量砂浆试件中心的冻融变形和温度变化，以及对所测数据的分析，明
确了混凝土的冻结收缩、膨胀变形的发展规律。同时，通过测量试件冻融循环前后动弹性模量的变化，得出相对动弹性模量可以间接地反
映试件的残留冻融变形的大小。
关键词：冻融试验；冻结收缩；冻融变形；动弹性模量
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)04—0020—03
Deformations of concrere under diferent freeze—thaw test conditions
ZHOUZhi-)mn，SUNMin，LgLi—chun
(School ofEnvironment andArchitecture，UniversityofShanghaiforScience andTechnology，Shanghai 200093，China)
Abstract： Freeze—thaw tests were conducted with mortar specimens in air and in water．respectively．In the experiments．the variation of
freeze—thaw deformations and temperature in the mortar during freeze-thaw process were measured．By analyzing the measured data，the behavior
of frost shrinkage and expansion in the concrete was clarified．By measuring the dynamic elastic modulus before and after freeze—thaw process，
come to the relative dynamic elastic modulus Can be indirectly reflected in the residual specimen deform ation offi-eeze—thaw．
Keywords： freeze—thawtest；frost shrinkage；freeze—thawdeform ations；dyn amic elasticmodulus
0 引言
在自然环境下，混凝土受到各种劣化因素的影响而丧失其
耐久性。其中在寒冷地区，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【11。国内外在研究
硬化混凝土体积变化的冻融破坏机理时，主要有以下两种理论
作为学术界的主流。一种是Powers的静水压理论；另一种是
从热力学的平衡观点出发，探讨冻融破坏机理的理论。近些年
来，世界各国冻害研究专家正在从热力学平衡的角度进行细致
而深入的研究[3-6]，而硬化混凝土初冻冰核温度以及冻结收缩、
膨胀变形的发生规律尚未完全明确。为此，本文设置了一20℃到
+20℃的冻融循环温度，并设立水中及空气冻融的两种冻融环境，
进行了砂浆试件的冻融循环试验研究。
1 试验概况
1．1 试验概况
试验试件采用普通硅酸盐水泥，密度3．16 g／cm ；细骨料为
河砂，饱和面干密度2．77 g／cm，。考虑到砂浆和混凝土过渡区的
孔隙构造基本相同，本次试验采用砂浆制作试件，试件的类型
和冻融试验前的各种强度见表t。试验试件的材龄取3个月以
上，这是为了防止试验过程中由于水泥的水化作用而可能引起
的孔隙构造的变化。另外，冻融试验前试件一直养护在2O℃水
中，以保证试验时试件处于饱和水状态。在冻融过程中，试件中
心温度控制在一20℃至20℃之间，一次冻融循环为24 h左右，
表1 砂浆试件的配合比及其力学性能
温度随时问变化的曲线如图1。
试验测量了冻融循环过程中试验箱内温度、各类试件的中
心温度、试件中心的冻融变形以及冻融循环前后试件的动弹性
模量，并测量了各类试件的孑L隙构造。试件的中心温度、冻融变
形和动弹性模量的测量采用40 mmx40 mmxl60 mm的试件。
本试验中采用的记号c：s：w表示水泥：砂水的质量比分别
为砂浆试件的抗压强度及劈裂强度，丘为砂浆试件的静障『量。
1．2 试验方法
冻融试验温度的调节使用恒温恒湿器，试验在空气和水中
进行，如图2所示。为确保空气冻融试验的试件在试验过程中
其含水率不发生变化，用两层塑料袋包裹、橡胶皮筋封口；在水
中冻融试验的试件要完全浸入水中。
试件的冻融变形和中心温度分别采用事先预埋在试件中心的
埋入式应变计及电热对(hermocouples)~量，并用静态应变自动
记录器记录冻融循环过程中的全部冻融变形及试件的中心温度。
孔隙构造采用压汞法测量，试料是从冻融试验用试件40 nm1×
40 mmxl60 1Tfn中采集的。孔隙半径的计算用Washbum式，其
中水银的接触角和表面张力分别为139．6。、484 dyn／cm