混凝土冻融损伤影响因素及本构模型的研究

技木与应用_叠垫筮墨丛堑型丝近年采，水泥混凝土结构、、、在大坝、桥梁公路海港码头及海洋平台中得到了广泛的应用，混凝土结构的应用在未来仍将处于土木工程建设的主导地位。然而，混凝土并非如人们，要求的那样耐久由于混凝土耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多。位于北方地区的钢筋混凝土桥梁梁板和桥墩、公路路面及海洋平台混凝、土结构水工大坝迎水面和溢流坝面在运行现混凝土剥落段时间后常出、整体物理力学。性能下降等情况通常工程中混凝土材料的内部细微结构都含有缺陷，在外界因素作用下，这些缺陷将，中国矿业大学建工学院黄红海孔，王建平、发生不可逆的演化缺陷的演化过程在宏观层次表现为混凝l生能的劣化直至最终混土力学，凝土材料单元体的破坏。并占有定的体积。这种毛结构、水饱和程度受冻龄期，、细孔中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素。混凝I的强度等因素有关而因此混凝土的孔结构及强度又主要取决于水灰比、，混凝土的宏观性质必定与混凝土内部的微观缺陷存在着某种因为水遇冷结冰会发生体积膨有无外加剂及胀坏，引起混凝士内部结构的破混凝土处于保水状态时当，，养护方法等水灰比。联系。在混凝I的研究中能直。。水灰比直接影响，接量测表征混凝d内部微观性质的物理量，毛细孔中的水结冰胶凝孔中。混凝土的孔隙率及孔结构随并采用这些物理的水就处于过冷状态凝I因为混着水灰比的增大，不仅可饱水，量来描述混凝土劣化现象的成果不多，孔隙中形成冰核的温度78cc以下。的开孔总体积增加孔径也增大，而且平均采用宏观物理量进行。在胶凝孔中处于过因而混凝I。的抗描述的居多本文在宏观层次冷状态的水分因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透细孔中又产生此外，冻性必然降低国内外有关规上对混凝土冻融损伤影响因素进行阐述，范均规定了用于不同环境条件下的混凝d最大水灰比及最小应用损伤力学建立，在毛。混凝土的冻融损伤破坏准则和冻融损伤后的本构关系，种渗透压力水泥用量。为遭胶凝水向毛细孔渗透两，含气量。含气量也是影响。受冻融循环作用的混凝I结构种压力当这两种压力超过混，混凝I抗冻性的主要因素特的计算分析提供强度判断依据和本构模型。凝土的抗拉强度时混凝土就，别是加入引气剂形成的微细气孔对提高混凝土抗冻性尤为重要。会开裂步积累后通，。经过反复冻融循环混逐混凝土冻融损坏的机理凝土中的损伤会不断扩大。，这些互不连通的微细气孔混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体拌制混凝土时，经过定的冻融循环在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减少作用。，。在混凝土中的裂缝会相互贯其强度也逐渐降低，，起到减压为了得到必要，最后甚在混凝土受冻结冰过程的和易性，加入的拌合水总要。至完全丧失使混凝土结构由。中这些孔隙可阻止或抑制水泥多于水泥的水化水这部分多表及里遭受破坏浆中微小冰体的生成混凝土拌合物都有。每种余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细冻融破坏主要影响因素个可防止。混凝土冻融破坏与内部孔其受冻的最小含气量维普资讯 http://www.cqvip.com

壁垫　墨　垄－技木与应用　混凝土的饱水状态。混凝　用三个主应力轴　ｌ、　２、　３表　示，用数学方法表达方便，可用　应力不变量Ｉｌ、Ｉ　ｚ、Ｉ　３来表示或　用八面体应力坐标轴来表示，　破坏曲面的函数方程式：ｆ（　、　２、　３保持不变，当应力大于０．８ｅｒ　时，泊松比增加很快，甚至可以　土的冻害与其孔隙的饱水程度　紧密相关，一般认为含水量小　于孔隙总体积的９１．７％就不会　大于０．５，根据实验对于遭受　三个方向力的作用条件下可取　下列计算式：　产生冻结膨胀压力，该数值被　称为极限饱水度。在混凝土完　全饱水状态下，其冻结膨胀压　力最大。混凝土的饱水状态主　）一０；ｆ（Ｉｌ、Ｉ　２、Ｉ　３）一０。　＝　一混凝土冻融损伤破坏准　（　一　）　则。混凝土的冻融损伤是由混　要与混凝土结构的部位及所处　自然环境有关。　混凑｝土受冻龄期。混凝土　的抗冻性随其龄期的增长而提　高，因为龄期越长，水泥水化越　充分，混凝土强度越高，抵抗膨　胀的能力越大。这一点对早期　受冻的混凝土更为重要。　水泥品，Ｉｔ及集料质量。混　凝土的抗冻性随水泥活性增高　而提高，普通硅酸盐水泥混凝　土的抗冻性优于混合水泥混凝　土，更优于火山灰水泥混凝土　的抗冻性。混凝土集料对抗冻　性的影响主要体现在集料吸水　量的影响及集料本身抗冻性的　影响。　外加剂及掺合料的影响。　减水剂、引气剂及引气减水剂　等外加剂均能提高混凝土的抗　冻性，引气剂能增加混凝土的　含气量，而减水剂则能降低混　凝土的水灰比，从而减少孔隙　率，最终都能提高混凝土抗冻　性。　’　混凝土冻融损伤本构模型　混凝土强度准则。钢筋混　凝土结构和构件非线性分析中　的一个重要问题是建立混凝土　强度准则，在单向应力状态下，　建立强度破坏条件比较容易，　但在复杂应力条件下，如何建　立强度破坏条件是研究中的问　题。对于混凝土强度准则来说，　般是指极限强度，采用空间　坐标的破坏面来描述混凝土的　破坏情况。通常混凝土破坏面　凝土孔溶液冻结，在混凝土内　部产生内应力直接作用于孔结　构产生的，导致混凝土内部产　生不可逆的微裂纹损伤，在冻　融循环作用下，内应力反复作　用于混凝土，使得混凝土内的　微裂纹损伤不断累积、扩展。冻　融循环对混凝土的破坏作用是　一种疲劳作用，由于冻融循环　作用导致混凝土的各项宏观性　能指标下降可以看作是疲劳损　伤。混凝土在遭受冻融循环作　用以后，作表面打磨处理以后　多轴强度试验仍然保持了稳定　材料的特征，因此其有效应力　空间的破坏面应具有光滑、外　凸的形式，经受冻融循环作用　后的混凝土材料仍然具有无损　混凝土材料破坏面的特点。　本构模型的建立。设某一　应力状态（　ｌ、　２、　３）的三个不　变量的参数为Ｉｌ、Ｉ　２、０，保持Ｉｌ　与０不变，增大Ｉ　使之到达破　坏，达到破坏Ｉ　时，非线性指　标可表达为：　一（Ｉｌ／Ｉ　２　）０　，则　‘在设定冻融循环次数Ｎ作用后　的条件下，某点的应力状态　（　ｌ　、　３　），应力偏量不变量　为Ｉ　２　，贝Ｕ　Ｉ　２ｎ一［（　ｌ　一　２　）　＋　（　２ｎ一　３ｎ）　＋（　３ｎ一　ｌｎ）　］／６。在　单轴应力应变关系中：非线性　指标为ｈ＝ｅｒ／ｅｒ。。对于任一应力　和应变ｘ，割线模量为二者比　值Ｅ＝ｅｒ／ｘ，且峰值割线模量为　Ｅ　／ｘ　。　在单轴应力下，当应力小　于０．８ｅｒ　时，泊松比（ｕ）几乎　通常取　。一０．７　５，ｕ。一　０．２５，Ｕｒｎ＝０．３４。在双轴或三轴　应力状态下，应力应变关系曲　线与单轴应力条件下有相同的　特征，但参数有些变化，在应用　以上所建立的公式时要做适当　的修正。在混凝土遭受双轴或　三轴作用的条件下，不仅破坏　应力增大，且峰值应变也增大，　因此，在已知初始弹模Ｅ和泊　松比ｕ，单轴应力状态应力应变　全曲线方程的情况下，就可以　计算复杂应力条件下冻融作用　后混凝土等效单轴应力应变关　系中的特征值：非线性指标　，　割线模量Ｅ和割线泊松比ｕ。　步骤如下：冻融作用后混凝土　在某一应力状态（　ｌ、　２、　３）下，　计算出相应的不变量Ｉ　、Ｉ　、Ｉ。　和０；根据　一（Ｉｌ／Ｉ　２ｒｎ）。＇　求出　非线性指标　；依据Ｅ＝ｅｒ／ｘ，计　算出割线模量、计算确定割线　泊松比ｕ；算出在该应力状态　（ｏ＂１、ｏ＂２、ｏ＂３）下的应变。　总之，混凝土冻融破坏与　内部孔结构、水饱和程度、受冻　龄期、混凝土的强度等因素有　关，而混凝土的孔结构及强度　又主要取决于水灰比、有无外　加剂及养护方法等。冻融后混　凝１－的力学性能和内部结构发　生了变化，其破坏准则与本构　方程也不能用常态下的破坏准　则和本构方程代替。口　责任编辑苑西军