C20喷射混凝土冻融力学试验设计和分析

C20喷射混凝土冻融力学试验设计和分析

梁胜增

四川建筑职业技术学院618000

摘要：本文介绍了混凝土冻融力学试验的作用和方法，介绍了C20喷射混凝土冻融力学试验下冻融循环的变化规律，总结了冻融对喷射混凝土的抗拉和抗压强度的影响，对比了C20喷射混凝土和C20普通混凝土的耐久性和抗冻能力了，以期对C20喷射混凝土的耐冻研究有所贡献。

关键词：混凝土C20喷射冻融循环设计分析

冻融实验是研究土体在冻融过程中的水分迁移、溶质扩散、温度分布的现象，能够检测实验对象各项指标的稳定性和有效性。目前喷射混凝土作为一种结构工程的支护手段已经开始普遍应用于修复工程和建筑工程中。喷射混凝土的耐久性也成为工程界普遍关注的核心问题，尤其是在严寒地区，由于低温而造成的动土循环会损害劣化喷射混凝土，降低喷社会的使用寿命，因此对C20喷射混凝土冻融力学进行实验分析其特性具有十分重要的意义。

一．冻融循环下的混凝土实验设计

（一）试件制备

本次实验试件均取自施工现场，试件按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（ＪＴＧＥ３０—２００５）中要求的水泥混凝土动弹性模量试验规格制作【1】，分别截取多个尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍ的长方体试件和１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ的立方体试件。把他们分为12组，每组3快试件。试件有干燥和饱和两种状态。干燥状态的制备方式是将试件放入烘箱，烘至衡重后称量记录其质量。饱和状态的试件制备方式是放入20°C的石灰水（水的深度要高出试件2cm）中浸泡4天后取出，分别对它们进行冻融实验。

（二）冻融循环试验流程

实验采用模拟自然界中的年温度变化的速冻法，使用混凝土自动快速冻融实验机。冻融试验中应注意满足以下条件：第一，每次冻融循环的试件控制在3小时左右；第二，冻结循环的起始温度在6°C左右，循环尾端在—19°C左右，上下幅度不超过2摄氏度。第三，每循环20次测量一次C20喷射混凝土的各项指标，检查损害情况。第四，满足以下任意一种情况可通知实验，分别是：最多循环动容次数为300次，到达次数之后停止实验；混凝土的相对弹性降低到原来的60%或以下停止试验；混凝土质量损失达到5%停止试验【2】。混凝土的相对动弹性计算公式是：Ｐ＝f2n/f2n，单块混凝土的质量损失率公式是：Wn=(Wo-Wn)/Wo×100

各组混凝土的平均质量损失率公式是：Wn=Wni/3×100。公式中n是指冻融循环的次数，ｆｎ为ｎ次冻融循环后试件的横向基频；ｆｏ为冻融循环试验前试件的横向基频初始值【3】。

冻融循环下C20喷射混凝土实验流程图如下：

（三）实验结果与分析

由于C20喷射混凝土在制备时就有不同程度的损伤，在冻融循环中观察混凝土都出现的不同程度的加剧损伤，这里，分别提取了经历25、50、75和100次冻融循环的喷射混凝土的表面和内部（内部的损伤通过抗压强度值和抗拉强度值的百分比进行比较）的损伤情况。经过25次冻融循环之后，喷射混凝土试件表面出现小孔并有少量水泥脱落，抗压强度值下降到原来的20%，抗拉强度值下降到原来的75%；经过50次冻融循环的喷射混凝土试件表面呈现块状分离的现象，并出现了肉眼可见的细微裂痕，抗压强度值下降到了原来的28%，抗拉强度值下降到原来的70%；经过75次冻融循环后的喷射混凝土试件表面骨料与水泥砂浆开始逐渐剥离、骨料外露并伴有棱角块落现象，试件棱角处表面砂浆伴有酥化的迹象，试件结构变得疏松；抗压强度值和抗拉强度值反而有回弹的现象；经过100次冻融循环后的喷射混凝土试件表面呈现水泥砂浆剥离严重，表面外露的骨料也有脱落现象，骨料大面积外漏，棱角处脱落，裂纹遍布的现象。抗压强度依然是原来的28%，抗拉强度回弹到51%【4】。

随着冻融循环次数增多，混凝土表面损坏程度如下图所示：

通过以上观察和测量的数据可得，冻融循环对喷射混凝土的抗压强度和抗拉强度都有一定的影响，对抗拉强度的影响更大，冻融循环前期喷射混凝土的质量损失率幅度大，随着冻融循环次数增加，质量损伤率幅度逐渐减小。

根据以上对C20喷射混凝土的实验，与已有的将C20普通混凝土的研究数据对比可得，C20喷射混凝土比C20普通混凝土的耐久性指数更低，C20喷射混凝土比C20普通混凝土的抗冻能力更差。

二．结语

通过C20喷射混凝土冻融力学试验设计和分析，发现了C20喷射混凝土随着冻融次数的增加，其表面和内部的不损坏程度的规律，通过数据统计和公式计算，发现了C20喷射混凝土的耐久性、抗压、抗拉能力呈现出在冻融循环初期衰减幅度较大，在冻融后期衰减幅度减小，直至试件损毁的规律。测试损害程度较大的喷射混凝土的相对动弹性模量时应该优先使用超声波测试法，减小测试过程中对混凝土的损害，通过对C20喷射混凝土和C20普通混凝土的数据对比得知，C20喷射混凝土比C20普通混凝土的抗冻能力更低，所以在寒冷地区C20喷射混凝土无法满足建筑工程的要求，建议使用C25或以上标号的喷射混凝土。

参考文献：

[1]丑亚玲,郏书胜,张庆海.基于冻融作用的非饱和黄土-混凝土界面力学模型[J].工程地质学报,2018,26(4):825-834.

[2]严武建,牛富俊,吴志坚,等.冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土的力学性能[J].交通运输工程学报,2016,16(4):37-44.

[3]王宇,钟山.冻融循环再生混凝土基本力学性能试验研究[J].科技创新与应用,2018,(34):98-99.

[4]周禹辛,周晶.冻融循环下混凝土的动态数值模拟分析[J].水利与建筑工程学报,2018,16(5):181-184,189.