混凝土在冻融循环下的抗压强度研究

梁胜增

混凝土在冻融循环下的抗压强度研究

梁胜增

（四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）

混凝土是土木工程领域最常用的建筑材料之一，其耐久性直接影响整个建筑的安全，而冻融循环作用是影响混凝土耐久性的重要因素之一，因此也得到了越来越多的重视。通过对不同强度级别的混凝土做不同次数的冻融循环试验，探究了冻融循环对混凝土抗压强度的影响，从而为受冻融循环作用影响地区的工程实践提供依据。

混凝土；冻融循环；抗压强度；粉煤灰

1 引言

众所周知，作为建筑最常用的材料混凝土，因其整体性好、强度高、可塑性强等优点，在各个工程领域被广泛使用。但正是由于其较高的安全性和可靠性，往往其耐久性却被人们所忽视，而一旦混凝土结构发生耐久性破坏，造成的后果也极其严重。混凝土的冻融循环作用是影响混凝土耐久性的重要因素之一。中国国土幅员辽阔，有很多地区处于严寒地带，尤其是北方地区和西部高海拔地区，因混凝土冻融破坏日趋严重，不但要投入巨大的人力、财力、物力进行维修，同时，也影响着人们的生命财产安全。因此，混凝土因冻融循环导致的耐久性问题，需要得到更多的重视。深入探讨混凝土在冻融循环作用下的力学性能，可为研究混凝土耐久性问题提供必要的依据。本文将对不同等级的混凝土，在不同冻融循环次数下进行抗压试验，得到各试验状态下的试验数据，并对试验数据进行对比分析，从而为深入了解冻融循环对混凝土强度影响状况提供依据。

2 试验概况

2.1 试验材料及配合比

本次试验所采用的水泥为德阳市黄许水泥厂生产的普通硅酸盐42.5等级水泥；细骨料砂采用中砂，细度模数为2.7，含泥量小于2%；粗骨料为碎石，粒径5～30.5 mm，级配良好；粉煤灰采用德阳某电厂出场的Ⅱ级粉煤灰；外加剂采用四川宏开建材有限公司生产的混凝土高效减水剂；混凝土用水采用本地自来水。

各等级混凝土每立方米用料配合比如下。

C20：水泥248 kg，砂842 kg，石子1 054 kg，水186 kg，粉煤灰70 kg（配合比为1∶3.32∶4.25∶0.75∶0.28）。

C30：水泥320 kg，砂791 kg，石子1 048 kg，水174 kg，粉煤灰65 kg（配合比：1∶2.47∶3.28∶0.54∶0.20）。

C30：水泥413 kg，砂714 kg，石子1 065 kg，水170 kg，粉煤灰51 kg（配合比：1∶1.73∶2.58∶0.41∶0.12）。

2.2 试件的尺寸和数量

关于试件的尺寸和数量，根据《混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002），用于测定抗压强度试验的试块尺寸采用150 mm×150 mm×150 mm标准立方体试块，C20、C30、C40三种强度的试块各3组，每组3个试块，试验冻融循环次数分别为0次、25次、50次。

2.3 试验方法

本次冻融试验采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）中规定的快冻法，实验方法如下：①在标准养护室内或同条件养护的试件应在养护龄期为24 d时提前将冻融试验的试件从养护地点取出，随后应将冻融试件放在（20±2）℃水中浸泡，浸泡时水面应高出试件顶面（20～30）mm。在水中浸泡时间应为4 d，当试件养护龄期达到28 d时应及时取出试件，用湿布擦除表面水分后应对外观尺寸进行测量，并应编号。将试件放入试件盒内，试件应位于试件盒中心，然后将试件盒放入冻融箱内的试件架中，并向试件盒中注入清水，开始冻融试验。在整个试验过程中，为了保证温度均匀，盒内水位高度应始终保持至少高出试件顶面5 mm。测温试件盒应放在冻融箱的中心位置。每次冻融循环应在（2～4）h内完成，且用于融化的时间不得少于整个冻融循环时间的1/4；在冷冻和融化过程中，试件中心最低和最高温度应分别控制在（－18±2）℃和（5±2）℃内。在任意时刻，试件中心温度不得高于7 ℃，且不得低于﹣20 ℃； 每块试件从3 ℃降至﹣16 ℃所用的时间不得短于冷冻时间的1/2；每块试件从﹣16 ℃升至3 ℃所用时间不得短于整个融化时间的1/2，试件内外温差不宜超过28 ℃； 冷冻和融化转换时间不宜超过10 min。

冻融试验完成以后，应立即进行混凝土立方体抗压强度试验。混凝土立方体抗压强度试验方法如下。

将试件表面和上下承压板表面擦干净，将试件放置在试验机的下压板或垫板上，承压面与顶面垂直，中心与试验机下压板中心对准，使之接触均衡。试验过程中应连续均匀地加载，C20混凝土加载速度取每秒钟0.3～0.5 MPa，C30、C40混凝土加载速度取每秒钟0.5～0.8 MPa。当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏然后记录破坏荷载。混凝土立方体抗压强度应按下式计算：

cc=/（1）

式（1）中：cc为混凝土立方体抗压强度，MPa；为试件破坏荷载，N；为实践承压面积，mm2。

每组试件的强度值取三个试件的算数平均值。

3 试验结果分析

不同等级混凝土在不同冻融循环次数下测得的抗压强度值如表1所示。

表1 冻融循环后混凝土试块抗压强度

混凝土强度等级冻融循环次数混凝土立方体抗压强度/MPa平均值/MPafi/f0 试块一试块二试块三 C20028.130.428.929.11.00 2526.627.526.726.90.92 5022.723.221.822.60.78 C30034.835.634.234.91.00 2533.633.932.733.40.96 5029.428.628.228.70.82 C40045.844.645.345.21.00 2544.142.943.643.50.96 5040.240.440.940.50.90

各级别混凝土抗压强度及相对抗压强度衰减与冻融循环次数的关系如图1所示。

图1 混凝土抗压强度及相对抗压强度衰减与冻融循环次数的关系

根据试验结果数据可以发现，各强度混凝土随冻融循环次数的增加，其抗压强度均有不同程度衰减；其中C20混凝土强度衰减最多，经过50次冻融循环后，抗压强度衰减为原来的78%；C50混凝土经过50次冻融循环后，抗压强度衰减相对最小，为原来的90%；且随着冻融循环次数的增加，其抗压强度衰减有加速趋势。

4 结论

根据不同等级混凝土冻融循环作用下的试验数据，可得到以下结论：①混凝土抗压强度会随着冻融循环次数的增加有不同程度衰减，C20混凝土抗压强度衰减较多，C30混凝土次之，C40混凝土抗压强度衰减相对较小。可见，在相同冻融循环次数作用下，混凝土级别越高，抗压强度衰减越小。因此，采用高强度混凝土，可在一定程度上减小冻融循环作用对抗压强度的影响。②随着冻融循环次数的增加，各强度级别的混凝土强度衰减速度有增加趋势，且强度级别越低，其抗压强度衰减速度越快；反之越慢。由此可见，强度越高的混凝土，其抗冻性越好，也越有利于其耐久性提升。③鉴于试验条件的限制，本次没有取得其他强度级别混凝土以及冻融循环次数超过50次混凝土的强度变化情况，建议以后在调减允许时，进行更深入的研究。

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TU528

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.061

2095－6835（2019）13－0139－02

梁胜增（1981—），男，研究方向为土木工程、岩土工程。

〔编辑：张思楠〕