混凝土扰动损伤机理研究

2018-03-28耿彬彬

四川水泥 2018年12期

顾凯杨宇耿彬彬张勇

（1.江苏南水科技有限公司；2.广西交通职业技术学院）（3.江苏南水科技有限公司；4.水利部南京水利水文自动化研究所）

1 混凝土的特点

普通混凝土一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。

当前随着建筑业的蓬勃发展，混凝土施工技术日新月异。混凝土灌注桩具有承载力高、沉降量小、施工速度快、施工时无振动、适应性强等特点，被广泛应用于桥梁工程、高层建筑等各种结构的基础工程中。灌注桩属于隐蔽工程，施工过程无法对混凝土质量进行监测，更为关键的是灌注桩混凝土无法振捣，这就要求混凝土在浇筑前必须具有良好的工作性，浇筑灌注桩混凝土时，为保证整体工程的进度和连续性，其他工程可能会在混凝土凝结硬化的早期不间断施工，因此灌注桩周围会不可避免地存在施工振动（例如强夯施工、爆破开山等），这些施工振动势必会对扰动初凝阶段混凝土的微观结构，产生一些不可弥合的微裂纹，从而影响混凝土的强度。这些裂纹不仅直接影响建筑装饰的美观，而且影响饰面的耐久性和使用寿命。

对混凝土进行贯入阻力测试，根据贯入阻力与时间的关系，采用绘图拟合方法得到不同龄期所对应的混凝土贯入阻力，并因此划分贯入阻力区段。在不同贯入阻力区段对混凝土施加扰动，分析受扰混凝土 1d、3d、7d、28d龄期的抗压、抗折强度与受扰时段的关系，找出混凝土受扰敏感期。通过改变扰动参数（振动的振幅、频率、持续时间）和混凝土强度等级，对处于受扰敏感期内的混凝土施加扰动。基于受扰混凝土强度试验结果，得到影响混凝土性能的临界扰动能量。应用超声波技术测试混凝土受扰前后声学参数的变化，以混凝土损伤度表征其损伤劣化程度，建立受扰混凝土材料损伤演化方程。

2 混凝土扰动损伤机理

2.1 扰动对混凝土抗折强度的影响

在凝结初期，骨料与胶凝材料之间的链接键尚未形成，处于分离状态，混凝土在塑性阶段。振动可以使粗细骨料、胶凝材料充分结合，使其在后期凝结硬化过程中各个界面充分结合，从而提高了其抗折强度。

在凝结中期，扰动使得混凝土 28d的抗折强度明显降低。混凝土在贯入阻力达到7.4MPa时对其进行扰动，其28d的抗折强度最低。在贯入阻力在3.5MPa到7.4MPa时对其施加扰动，混凝土的抗折强度降低较大，当贯入阻力在7.4MPa到终凝时对其施加扰动，混凝土的抗折强度降低较少。其原因跟骨料与胶凝材料的粘结程度有很大关系，在初凝后，材料之间的连接键已经形成，混凝土开始失去塑性，振动会使刚刚形成的连接键受扰而分离，由于塑性刚刚开始消失，所以在40min的扰动后，其凝结可以继续并不受太大影响，所以此时段受扰的时间抗折强度损失较小。随着凝结硬化的进行，随后振动的时间由于连接键形成的越来越多，导致振动时破坏的也越大。数据表明，在凝结中期后段进行纤维混凝土的振动，由于其连接键的形成，塑性的损失达到一定阶段，所以进行振动对纤维混凝土抗折强度的影响逐渐减小，在终凝后对混凝土进行扰动已不影响28d的抗折强度。

2.2 扰动对混凝土内部缺陷的影响

在凝结初期，混凝土的内部缺陷较小，其处于塑性阶段，连接键形成较少，40min的振动使骨料、胶凝材料之间的连接键被破坏，但停止振动后混凝土还在塑性期或刚刚失去塑性，其后还可以重新形成。振动会使骨料之间分离从而产生缺陷。

在凝结中期，对其进行振动，其7d和28d损伤度均有提高，在凝结中期前段对其进行扰动，7d和28d的损伤度递增较大，当在贯入阻力达到15.29MPa时，7d和 28d的其损伤度到达最大。这是因为此时段材料之间的连接作用较小，且停止振动后连接作用形成也越来越难，所以受扰的影响愈加增大。在贯入阻力达到15.29MPa以后对其进行振动，由于塑性即将结束，脆性渐渐表现出来，其骨料、胶凝材料之间的粘结作用较大，所以受振动的影响也越来越小。终凝时对其振动已无明显影响。

7d的混凝土抗折强度要高于28d的抗折强度，因为在7d后混凝土继续硬化，从而提高了抗折强度。