混凝土擾動損傷機理研究

顧 凱 楊 宇 耿彬彬 張 勇

（1.江蘇南水科技有限公司；2.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）（3.江蘇南水科技有限公司；4.水利部南京水利水文自動化研究所）

1 混凝土的特點

普通混凝土一般指以水泥為主要膠凝材料，與水、砂、石子，必要時摻入化學(xué)外加劑和礦物摻合料，按適當(dāng)比例配合，經(jīng)過均勻攪拌、密實成型及養(yǎng)護硬化而成的人造石材。混凝土主要劃分為兩個階段與狀態(tài)：凝結(jié)硬化前的塑性狀態(tài)，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的堅硬狀態(tài)，即硬化混凝土或混凝土。

當(dāng)前隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，混凝土施工技術(shù)日新月異?；炷凉嘧毒哂谐休d力高、沉降量小、施工速度快、施工時無振動、適應(yīng)性強等特點，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程、高層建筑等各種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)工程中。灌注樁屬于隱蔽工程，施工過程無法對混凝土質(zhì)量進行監(jiān)測，更為關(guān)鍵的是灌注樁混凝土無法振搗，這就要求混凝土在澆筑前必須具有良好的工作性，澆筑灌注樁混凝土?xí)r，為保證整體工程的進度和連續(xù)性，其他工程可能會在混凝土凝結(jié)硬化的早期不間斷施工，因此灌注樁周圍會不可避免地存在施工振動（例如強夯施工、爆破開山等），這些施工振動勢必會對擾動初凝階段混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一些不可彌合的微裂紋，從而影響混凝土的強度。這些裂紋不僅直接影響建筑裝飾的美觀，而且影響飾面的耐久性和使用壽命。

對混凝土進行貫入阻力測試，根據(jù)貫入阻力與時間的關(guān)系，采用繪圖擬合方法得到不同齡期所對應(yīng)的混凝土貫入阻力，并因此劃分貫入阻力區(qū)段。在不同貫入阻力區(qū)段對混凝土施加擾動，分析受擾混凝土 1d、3d、7d、28d齡期的抗壓、抗折強度與受擾時段的關(guān)系，找出混凝土受擾敏感期。通過改變擾動參數(shù)（振動的振幅、頻率、持續(xù)時間）和混凝土強度等級，對處于受擾敏感期內(nèi)的混凝土施加擾動?；谑軘_混凝土強度試驗結(jié)果，得到影響混凝土性能的臨界擾動能量。應(yīng)用超聲波技術(shù)測試混凝土受擾前后聲學(xué)參數(shù)的變化，以混凝土損傷度表征其損傷劣化程度，建立受擾混凝土材料損傷演化方程。

2 混凝土擾動損傷機理

2.1 擾動對混凝土抗折強度的影響

在凝結(jié)初期，骨料與膠凝材料之間的鏈接鍵尚未形成，處于分離狀態(tài)，混凝土在塑性階段。振動可以使粗細骨料、膠凝材料充分結(jié)合，使其在后期凝結(jié)硬化過程中各個界面充分結(jié)合，從而提高了其抗折強度。

在凝結(jié)中期，擾動使得混凝土 28d的抗折強度明顯降低。混凝土在貫入阻力達到7.4MPa時對其進行擾動，其28d的抗折強度最低。在貫入阻力在3.5MPa到7.4MPa時對其施加擾動，混凝土的抗折強度降低較大，當(dāng)貫入阻力在7.4MPa到終凝時對其施加擾動，混凝土的抗折強度降低較少。其原因跟骨料與膠凝材料的粘結(jié)程度有很大關(guān)系，在初凝后，材料之間的連接鍵已經(jīng)形成，混凝土開始失去塑性，振動會使剛剛形成的連接鍵受擾而分離，由于塑性剛剛開始消失，所以在40min的擾動后，其凝結(jié)可以繼續(xù)并不受太大影響，所以此時段受擾的時間抗折強度損失較小。隨著凝結(jié)硬化的進行，隨后振動的時間由于連接鍵形成的越來越多，導(dǎo)致振動時破壞的也越大。數(shù)據(jù)表明，在凝結(jié)中期后段進行纖維混凝土的振動，由于其連接鍵的形成，塑性的損失達到一定階段，所以進行振動對纖維混凝土抗折強度的影響逐漸減小，在終凝后對混凝土進行擾動已不影響28d的抗折強度。

2.2 擾動對混凝土內(nèi)部缺陷的影響

在凝結(jié)初期，混凝土的內(nèi)部缺陷較小，其處于塑性階段，連接鍵形成較少，40min的振動使骨料、膠凝材料之間的連接鍵被破壞，但停止振動后混凝土還在塑性期或剛剛失去塑性，其后還可以重新形成。振動會使骨料之間分離從而產(chǎn)生缺陷。

在凝結(jié)中期，對其進行振動，其7d和28d損傷度均有提高，在凝結(jié)中期前段對其進行擾動，7d和28d的損傷度遞增較大，當(dāng)在貫入阻力達到15.29MPa時，7d和 28d的其損傷度到達最大。這是因為此時段材料之間的連接作用較小，且停止振動后連接作用形成也越來越難，所以受擾的影響愈加增大。在貫入阻力達到15.29MPa以后對其進行振動，由于塑性即將結(jié)束，脆性漸漸表現(xiàn)出來，其骨料、膠凝材料之間的粘結(jié)作用較大，所以受振動的影響也越來越小。終凝時對其振動已無明顯影響。

7d的混凝土抗折強度要高于28d的抗折強度，因為在7d后混凝土繼續(xù)硬化，從而提高了抗折強度。

3 結(jié)論與展望

擾動對于混凝土的影響是不可忽略的，在實際應(yīng)用中有著重大的意義。

1、在凝結(jié)中期對混凝土進行擾動，其抗折強度較未振試件低大約21%。在凝結(jié)中期的各個時段進行振動，在凝結(jié)中期對其在各個時間段進行擾動，其抗折強度會隨時間段先增加，后減少，終凝時的擾動對混凝土的影響已很小。而在凝結(jié)前期直到初凝，擾動使混凝土的抗折強度有較大提高。

2、在凝結(jié)前期階段對混凝土進行擾動，其內(nèi)部損傷、缺陷相對不大，損傷率較小。在凝結(jié)中期，損傷率先增加，后降低，在終凝后擾動對其造成的損傷率很小。