凍融后水泥砂漿的單軸動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究

楊波，張軍, 熊良宵

(1. 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局107地質(zhì)隊(duì),重慶 401120;2. 成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059)

1 引言

目前有關(guān)凍融循環(huán)作用下混凝土的力學(xué)特性的試驗(yàn)和理論研究成果已比較多，但有關(guān)凍融循環(huán)作用下混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性相對(duì)偏少。張亞棟等[1]對(duì)C60混凝土進(jìn)行了不同凍融次數(shù)后的單軸靜壓試驗(yàn)和霍布金森壓桿沖擊試驗(yàn)；劉呈呈[2]對(duì)經(jīng)凍融循環(huán)作用后的普通混凝土進(jìn)行了霍布金森壓桿沖擊試驗(yàn)；施冠銀[3]對(duì)經(jīng)凍融循環(huán)作用后的陶粒混凝土進(jìn)行了霍布金森壓桿沖擊試驗(yàn)；王海濤等[4]對(duì)全級(jí)配混凝土進(jìn)行不同凍融循環(huán)次數(shù)的凍融循環(huán)試驗(yàn)及不同應(yīng)變速率的單軸動(dòng)態(tài)抗壓試驗(yàn)；朱孔峰等[5]對(duì)受凍融的混凝土試件進(jìn)行單軸動(dòng)態(tài)抗壓試驗(yàn)，分析了凍融次數(shù)及應(yīng)變速率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響；徐童淋等[6]對(duì)不同凍融劣化程度的混凝土在不同加載速率下進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。

為了豐富凍融循環(huán)作用下混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性試驗(yàn)成果。本文將3種水灰比的水泥砂漿試件先進(jìn)行凍融循環(huán)作用，通過(guò)對(duì)經(jīng)凍融后的試件進(jìn)行單軸動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，研究經(jīng)不同凍融循環(huán)次數(shù)后的水泥砂漿試件在不同應(yīng)變加載速率下的強(qiáng)度特性。

2 試驗(yàn)方案

水泥砂漿試件采用的水泥的強(qiáng)度為42.5 MPa。砂采用中級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砂。

水泥砂漿試件為正方體試件，邊長(zhǎng)為70.7 mm。膠砂比為1∶2，水灰比包括3種，即0.55、0.60和0.65。試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，然后放到凍融試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行凍融。凍融溫度為±20℃，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)分別為0次、25次和50次后，將試件取出進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。在進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)時(shí)，加載的應(yīng)變速率分為4種，即分別為10-2s-1、10-3s-1、10-4s-1和10-5s-1。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€

試件經(jīng)凍融循環(huán)0次、25次和50次后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線見(jiàn)圖1～3。

圖1 凍融循環(huán)為0次時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

圖2 凍融循環(huán)為25次時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

圖3 凍融循環(huán)為50次時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

由圖1～3可知，3種水灰比的試件，經(jīng)過(guò)凍融0次、25次和50次后，其峰值應(yīng)力均隨著應(yīng)變加載速率的增加而增加。

3.2 水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度

試件在不同加載速率下的單軸抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖4。3種水灰比的試件，經(jīng)過(guò)凍融0次、25次和50次后，其抗壓強(qiáng)度均隨著應(yīng)變加載速率的增加而增加。

圖4 試件的單軸抗壓強(qiáng)度

定義混凝土的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因數(shù)DIF為[7]：

DIF=fcd/fcs

(1)

其中，DIF是動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因素；fcd是當(dāng)前應(yīng)變加載速率下的抗壓強(qiáng)度；fcs是準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變加載速率下的抗壓強(qiáng)度。本文將準(zhǔn)應(yīng)變加載速率取為10-5s-1。

動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因數(shù)DIF與當(dāng)前應(yīng)變加載速率之間的關(guān)系可表達(dá)為[7]:

(2)

動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因數(shù)與應(yīng)變率的關(guān)系見(jiàn)圖5。

相同水灰比的試件，經(jīng)過(guò)凍融0次時(shí)的b值最小，經(jīng)過(guò)凍融50次時(shí)的b值最高。因此，說(shuō)明試件經(jīng)過(guò)凍融后強(qiáng)度會(huì)降低，但強(qiáng)度對(duì)應(yīng)變率的敏感性會(huì)增加，這與熊良宵等[8]獲得的結(jié)論相同。

3.3 水泥砂漿的彈性模量

本文彈性模量數(shù)值取50%峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變計(jì)算出的割線彈性模量[8-10]。彈性模量的變化規(guī)律見(jiàn)圖6。

3種水灰比的試件，經(jīng)過(guò)凍融0次、25次和50次后，其彈性模量均隨著應(yīng)變加載速率的增加而增加。

4 結(jié)論

(1) 相同水灰比的水泥砂漿試件，經(jīng)過(guò)凍融0次、25次和50次后，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量均隨著應(yīng)變加載速率的增加而增加。

(2) 相同水灰比的水泥砂漿試件，經(jīng)過(guò)凍融后強(qiáng)度會(huì)降低，但強(qiáng)度對(duì)應(yīng)變率的敏感性會(huì)增加。

圖5 動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)率與應(yīng)變率的關(guān)系

圖6 試件的彈性模量