冻融后水泥砂浆的单轴动态力学性能研究

杨波，张军, 熊良宵

(1. 重庆市地质矿产勘查开发局107地质队,重庆 401120;2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都 610059)

1 引言

目前有关冻融循环作用下混凝土的力学特性的试验和理论研究成果已比较多，但有关冻融循环作用下混凝土的动态力学特性相对偏少。张亚栋等[1]对C60混凝土进行了不同冻融次数后的单轴静压试验和霍布金森压杆冲击试验；刘呈呈[2]对经冻融循环作用后的普通混凝土进行了霍布金森压杆冲击试验；施冠银[3]对经冻融循环作用后的陶粒混凝土进行了霍布金森压杆冲击试验；王海涛等[4]对全级配混凝土进行不同冻融循环次数的冻融循环试验及不同应变速率的单轴动态抗压试验；朱孔峰等[5]对受冻融的混凝土试件进行单轴动态抗压试验，分析了冻融次数及应变速率对混凝土抗压强度、峰值应变和应力-应变曲线的影响；徐童淋等[6]对不同冻融劣化程度的混凝土在不同加载速率下进行单轴压缩试验。

为了丰富冻融循环作用下混凝土的动态力学特性试验成果。本文将3种水灰比的水泥砂浆试件先进行冻融循环作用，通过对经冻融后的试件进行单轴动态压缩试验，研究经不同冻融循环次数后的水泥砂浆试件在不同应变加载速率下的强度特性。

2 试验方案

水泥砂浆试件采用的水泥的强度为42.5 MPa。砂采用中级标准砂。

水泥砂浆试件为正方体试件，边长为70.7 mm。胶砂比为1∶2，水灰比包括3种，即0.55、0.60和0.65。试件经标准养护28 d后，然后放到冻融试验机内进行冻融。冻融温度为±20℃，当冻融循环次数分别为0次、25次和50次后，将试件取出进行单轴压缩试验。在进行单轴压缩试验时，加载的应变速率分为4种，即分别为10-2s-1、10-3s-1、10-4s-1和10-5s-1。

3 试验结果分析

3.1 应力应变全曲线

试件经冻融循环0次、25次和50次后的应力应变关系曲线见图1～3。

图1 冻融循环为0次时的应力应变关系曲线

图2 冻融循环为25次时的应力应变关系曲线

图3 冻融循环为50次时的应力应变关系曲线

由图1～3可知，3种水灰比的试件，经过冻融0次、25次和50次后，其峰值应力均随着应变加载速率的增加而增加。

3.2 水泥砂浆的抗压强度

试件在不同加载速率下的单轴抗压强度见图4。3种水灰比的试件，经过冻融0次、25次和50次后，其抗压强度均随着应变加载速率的增加而增加。

图4 试件的单轴抗压强度

定义混凝土的动态强度增长因数DIF为[7]：

DIF=fcd/fcs

(1)

其中，DIF是动态强度增长因素；fcd是当前应变加载速率下的抗压强度；fcs是准静态应变加载速率下的抗压强度。本文将准应变加载速率取为10-5s-1。

动态强度增长因数DIF与当前应变加载速率之间的关系可表达为[7]:

(2)

动态强度增长因数与应变率的关系见图5。

相同水灰比的试件，经过冻融0次时的b值最小，经过冻融50次时的b值最高。因此，说明试件经过冻融后强度会降低，但强度对应变率的敏感性会增加，这与熊良宵等[8]获得的结论相同。

3.3 水泥砂浆的弹性模量

本文弹性模量数值取50%峰值应力对应的应变计算出的割线弹性模量[8-10]。弹性模量的变化规律见图6。

3种水灰比的试件，经过冻融0次、25次和50次后，其弹性模量均随着应变加载速率的增加而增加。

4 结论

(1) 相同水灰比的水泥砂浆试件，经过冻融0次、25次和50次后，其抗压强度和弹性模量均随着应变加载速率的增加而增加。

(2) 相同水灰比的水泥砂浆试件，经过冻融后强度会降低，但强度对应变率的敏感性会增加。

图5 动态增长率与应变率的关系

图6 试件的弹性模量