持续荷载作用下混凝土吸水特性试验研究

杨季 回泽

（长安大学建筑工程学院）

0 引言

混凝土作为目前最广泛使用的建筑工程材料，在荷载作用下，其内部产生的微裂缝，会加快水及侵蚀物质进入混凝土内部，从而降低混凝土的耐久性能。

现有关于荷载作用对混凝土吸水特性的研究，因液压加载设备中不便设置吸水液面，而采用在试件卸载后取出进行吸水试验的研究方式。考虑到实际情况下，混凝土多为在承压情况下吸水，且卸载后会使混凝土内部产生的微裂缝部分闭合，为解决这一问题，本文设计混凝土试件持载吸水试验装置，以实现混凝土试件毛细吸水过程中荷载的持续施加。试验中设置不同的持载水平（极限荷载的0%、15%、30%、45%、60%、75%），不同的水灰比（0.4、0.5、0.6）作为混凝土吸水特性的影响因素，并通过数据分析得出影响规律。

1 试验概况

1.1 原材料与试块制作

本试验采用的原材料有P·O42.5 普通硅酸盐水泥；ISO 标准砂；有机硅密封胶；砂浆水灰比如表1 所示。本试验共制作36 个40mm×40mm×40mm 轴心受压砂浆试件，按照水灰比不同分为3 组（每组12 个）。试验前需将试块放入105℃的烘干箱中进行烘干（约24h)，然后取出置于室内干燥处，待其自然冷却后，将各试块侧面均匀刷上有机硅密封胶，处理完毕后用塑料袋将所有试块分组封存待用。试件的几何平面尺寸及加载形式如图1所示。

表1 砂浆的水灰比

图1 试件的几何平面尺寸及加载形式示意图

1.2 持载吸水试验

本试验设计混凝土试件持载吸水试验装置，以实现混凝土试件毛细吸水过程中荷载的持续施加。持载吸水试验装置如图2 所示。

图2 持载吸水试验装置示意图

向装置水槽内注水，直至水槽内支撑完全淹没。设置6 个持载水平，分别为试块极限荷载的0%、15%、30%、45%、60%、75%。通过调节夹具四角的螺帽进行加载，待施加荷载达到持载水平后，停止调节。将6 个（相同水灰比）不同持载水平的试块分别置于水槽内支架上，设置前密后疏的时间间隔称量各试块与夹具的总质量。每次称量前人工擦拭试件及夹具，时间间隔前后的质量差值即为该时段内的吸水量。

时间间隔设置：试验开始间隔5min；试验开始30min 后，时间间隔扩大为10min；试验开始60min 后，时间间隔扩大为20min；试验开始180min 后，时间间隔扩大为30min；试验开始240min 后，结束试验。根据砂浆试块水灰比（0.4，0.5，0.6）的不同，共进行三次试验。

混凝土累积吸水量与时间的1/2 次方有以下关系：

式中：

i——单位面积累积吸水量，mm；

t——吸水时间，min；

k——吸水率，mm/min1/2；

b——激增吸水量，mm；

单位面积累积吸水量i 的计算式如下：

式中：

Δm（t）——0 时刻与t 时刻试块质量的差值，g；

ρ——水的密度，g/cm3；

S——试件与水接触的面积，cm2；

2 试验结果及分析

2.1 累积吸水量曲线

持续荷载作用下砂浆试块的累积吸水曲线如图3所示。从图3 中可以看出，在持续荷载作用下试件的累积吸水量随时间的变化趋势相同；同一水灰比的砂浆试块，在持续荷载作用下，其累积吸水量较无荷载作用下有明显提升；同一持载水平下，试件的水灰比越高，其累积吸水量越大。

图3 累积吸水量曲线

从图3 中还可以看出，在0～5min 时段内其吸水率k1明显大于5～240min 时段内的吸水率k2，说明持续荷载作用下的混凝土试块初期吸水量存在激增现象。

2.2 吸水率分析

由累积吸水量曲线分析可知，初期吸水率k1远大于后期吸水率k2，且初期吸水阶段持续时间极短，较长期持载的构件而言其时间可忽略。故主要分析后期吸水阶段，以i 轴截距b 作为初期吸水阶段的激增吸水量。

不同持载水平或不同水灰比的后期吸水率曲线如图4 所示。从图4 中可以发现，持载水平和水灰比对吸水率的影响不是单一递增关系：在持载水平为0%时，即无荷载作用下时，水灰比越大，其吸水率越大，呈正相关；在持载水平为60%时，同样满足正相关；在持载水平为75%时，呈负相关。

图4 后期吸水率曲线

并且，水灰比为0.6 的试块在持载水平为45%和75%时，出现了吸水率低于持载水平为0%时的情况。由图1 分析可知，受压持载方向与毛细吸水方向正交，毛细吸水通道不能排除部分被压密而闭合的可能，从而降低了吸水率。

3 结论

⑴持续荷载的作用会加快混凝土的吸水率，持载大小对吸水率的影响不是完全正相关。

⑵持续荷载作用下的混凝土试块初期吸水量存在激增现象，初期吸水率远大于后期吸水率，呈双线性变化。

⑶混凝土在持续荷载作用下的最大累积吸水量与水灰比呈正相关，水灰比越大，其吸水能力越强。

⑷当持续荷载作用方向与毛细吸水方向正交时，存在某一持载水平下混凝土的后期吸水率降低的情况。