刍议新疆金三角地区严寒气候对混凝土动弹性模量的影响*

闫红伟，院龙，张卫华

（新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200）

刍议新疆金三角地区严寒气候对混凝土动弹性模量的影响*

闫红伟，院龙，张卫华

（新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200）

混凝土的动弹性模量是混凝土的重要参数之一，是研究混凝土冻融破坏的主要指标。目前，国内对混凝土弹性模量的研究对多集中在 28d 龄期。本文结合新疆金三角地区严寒气候特点，研究了其混凝土在 28d 龄期后动弹性模量的影响，为通过动弹性模量的变化来研究结构的安全准备了理论基础。

严寒气候；动弹性模量；研究

1 研究目的和意义

新疆地处我国西北边陲，不但地域辽阔，拥有丰富的资源，还是重要的通道和战略要地。特别是“一带一路”发展战略的提出，更是将新疆的交通基础设施的建设和城镇化建设带入了黄金发展期。作为质优价廉的建筑材料——混凝土成了最为广泛使用的建筑材料，特别是在桥梁、涵洞、护坡、路缘石、硬化水渠等工程中都有大量应用。现有的关于冻融循环后混凝土性能的有关报道，多是混凝土试件龄期不超过 28d 的室内冻融循环试验，且研究区域多是北方寒冷地区[1-3]，新疆虽说属于北方地区，但新疆有其自身的特点，如地域辽阔、气候差异大。因此，现有混凝土冻融试验的研究对新疆各地缺少针对性和指导性。本文以混凝土的动弹性模量为切入点，研究在新疆金三角地区，混凝土在 28d 龄期以后，严寒气候对混凝土动弹性模量的影响。可以弥补学术研究在混凝土受冻融影响下 28d 龄期后的动弹性模量变化的空白，能够为下一步通过动弹性模量的变化来判定结构的安全和预测结构的剩余安全使用年限准备理论基础。

2 试验方案

水泥采用新疆某企业生产的强度等级为 32.5 的复合硅酸盐水泥；细骨料采用奎屯某砂场生产的机制砂，通过测定，细度模数在中砂范围内，石粉含量为 2.7%；粗骨料采用奎屯某采石场生产的河卵石，粒径为 5～40mm，含泥量为 0.6%。

2.2 试验方法

试件混凝土强度等级为 C20，混凝土的配合比见表 1，混凝土试件的成型方法采用振动台法，试件形状采用棱柱体，尺寸为 150mm×150mm×400mm。试验龄期为 28d、180d、365d，确保室外混凝土试件经历一个严寒的冬季，以此来研究严寒气候对混凝土动弹性模量增长的影响。试件混凝土的制作采用单卧轴强制式混凝土搅拌机制作，采用混凝土振动台振动成型，在标准养护条件下养护 28d 后取出，根据文献[4,5]中测定试件动弹性模量的公式，即：

Ed＝13.244×10-4×WL3f2/a4

式中：Ed——混凝土动弹性模量，MPa；

W——试件的质量，kg，精确到 0.01kg；

L——试件的长度，mm；

f——共振频率，Hz；

a——正方形截面试件的边长，mm。

计算试件的动弹性模量。试验用混凝土配合比见表 1。

2.1 原材料

表 1 试件混凝土的配合比

然后将该批试件分为两部分，一部分置于室外，接受新疆金三角地区严寒气候的影响；一部分置于室内，避免接受金三角地区严寒气候的影响，经过 180d 和 365d，分别测定置于室内和室外的混凝土试件的动弹性模量，分析研究试验结果。

3 试验结果与分析

3.1 室内外混凝土试件动弹性模量变化的试验结果

对不同龄期和不同条件下的混凝土试件进行试验，测得的试验数据如表 1 和表 2 所示，用带直线和数据标记的散点图表示如图 1 和图 2 所示。

图 1 室外混凝土试件在不同龄期时的动弹性模量

图 2 室内混凝土试件在不同龄期时的动弹性模量

3.2 试验结果分析

（1）从图 1 可以看出，室外混凝土试件在 28d 龄期时，动弹性模量平均值为 33.27GPa，测值中的最大值或最小值与平均值之差均不超过平均值的 15% 时，试验数据有效，标准差为 1.83，离散程度小，说明这一批混凝土试件的力学性质相同；当室外混凝土试件为 180d 龄期时，动弹性模量平均值为 33.95GPa，标准差为 5.12，当室外混凝土试件为 365d 龄期时，动弹性模量平均值为 34.17GPa，标准差为 5.62，说明这一批混凝土试件的力学性质发生比较大的波动。结合新疆金三角地区夏季酷热少雨、冬季严寒积雪较长的气候特点，这一批混凝土试件在室外经历一个完整的气候周期的过程中，在温度较高的阶段，部分相对密实的混凝土试件（编号为 3、4、5、7、13、15）接触到雨水或者冰雪融水后，混凝土动弹性模量有了部分增长，即使在严寒的冬季受到冻融后，动弹性模量没有降低或者有很小的降低，另一部分相对空隙较多的混凝土试件（编号为 1、6、8、9、10、11、12）即使接触到雨水或者冰雪融水后，混凝土动弹性模量有了部分增长或者零增长，但在严寒的冬季，受到冻融作用后，混凝土动弹性模量有了较大的降低。

从图 1 还可以看出，180d 龄期的混凝土试件动弹性模量与 28d 龄期的混凝土试件动弹性模量相比，有 60% 的试件动弹性模量是降低的，365d 龄期的混凝土试件动弹性模量与28d 龄期的混凝土试件动弹性模量相比，有 60% 的试件动弹性模量是降低的，365d 龄期的混凝土试件动弹性模量与 180d龄期的混凝土试件动弹性模量相比，有 66.7% 的试件动弹性模量是降低的，这说明混凝土试件在室外受新疆金三角地区恶劣天气的影响后，大部分试件的动弹性模量是降低的，并且随龄期的增长而加剧。

（2）从图 2 可以看出，当室内混凝土试件在 28d 龄期时，动弹性模量平均值为 34.14GPa，测值中的最大值或最小值与平均值之差均不超过平均值的 15% 时，试验数据有效，标准差为 0.84，离散程度小；当室外混凝土试件为 180d 龄期时，动弹性模量平均值为 34.77GPa，标准差为 1.15；当室外混凝土试件为 365d 龄期时，动弹性模量平均值为35.56GPa，标准差为 1.25；以上数据说明这一批混凝土试件的力学性质稳定且在 28d 后随之龄期增长有非常小的增加，这是因为室内混凝土试件动弹性模量随龄期仍有缓慢的增长，又不受恶劣环境的侵蚀，故性质稳定。

表 1 室外混凝土试件在不同龄期时的动弹性模量 GPa

表 2 室内混凝土试件在不同龄期时的动弹性模量 GPa

（3）由图 1 和图 2 可知，混凝土试件的动弹性模量受恶劣天气影响后会有较大的波动，且 60% 混凝土试件的动弹性模量会有降低，离散的程度随龄期的增长而严重。

4 结语

本文通过试验研究了新疆金三角地区严寒气候对混凝土在 28d 龄期后动弹性模量的影响，试验结果表明：当混凝土不受该地区严寒气候的影响时，它的动弹性模量是有微小的增长的，且离散程度很小，但当混凝土受该地区严寒气候影响后，大部分混凝土的动弹性模量会降低，且随着龄期的增长而降低增加。通过试验可以预计，金三角地区的混凝土结构，受严寒气候多年作用以后，动弹性模量会降低到危害结构的安全，具体经过多长时间尚需更多的研究。

[1] 张士萍，邓敏，唐明述．混凝土冻融循环破坏研究进展[J].材料科学与工程学报，2008,26(6)∶ 990-993．

[2] 唐光普，刘西拉，施士升．冻融条件下混凝土破坏面演化模型研究[J]．岩石力学与工程学报，2006,5(12)∶ 2572-2578．

[3] 覃丽坤，宋玉普，陈浩然，等．冻融循环对混凝土力学性能的影响[J]．岩石力学与工程学报，2005,24(增刊)∶ 5048-5053．

[4] GB/T50082—2009．普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]．

[5] JTG E30-2005．公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S]．

Discussion on the inf l uence of the cold climate on concrete dynamic modulus of elasticity in Golden Triangle Area of Xinjiang

Yan Hong Wei, Yuan Long, Zhang Weihua
(Xinjiang Vocation&Technical College of Application, Xinjiang Kuitun 833200)

Concrete dynamic elastic modulus is one of the important parameters of concrete, is the main index of concrete freeze-thaw damage. At present, the domestic study of concrete elastic modulus to the more concentrated in less than 28 d age stage, combining with the characteristics of cold climate in golden triangle area of xinjiang, this paper studied the age of concrete at 28 d after the inf l uence of dynamic elastic modulus, by the change of dynamic modulus of elasticity prepared theoretical basis to study the safety of the structure.

the cold climate; the dynamic modulus of elasticity; research

闫红伟（1986—），男，新疆奎屯，硕士，主要从土木工程教学及研究。

新疆应用职业技术学院科研启动基金项目，项目编号：XYZY2015YJ006。

［通讯地址］新疆奎屯市北京西路 62 号 新疆应用职业技术学院 建筑工程系（833200）