亞森·肉孜，陳光亮

(1.石河子公路管理局，新疆 石河子 832000; 2.石河子公路管理局泉水地分局，新疆 石河子 832000)

0 前言

自從水泥出現后，混凝土材料對世界各國的土木工程建設起到了革命性的作用，混凝土材料具有強度高、耐久性好和價格便宜等優(yōu)點，是建筑、水利、鐵路和公路等土木工程建設的主要材料［1］。實際使用時，混凝土結構要面臨嚴峻的氣候考驗，尤其是溫度對混凝土材料的使用性能會產生重要的影響。一方面，溫度直接影響著水泥的水化硬化，另一方面由于溫度的大幅變化會使混凝土內部產生不同程度的溫度應力，因此對混凝土造成不同程度的損傷，使其性能發(fā)生劣化［2，3］。目前，對于火災發(fā)生后高溫對混凝土性能的影響，我國學者進行了大量的研究［4～7］，而對低溫作用下混凝土的性能，至今的研究較少?；诖?，本文通過試驗，研究了不同低溫作用后混凝土抗壓強度、抗壓彈性模量和抗壓應變峰值的變化，并與常溫時的結果作對比，為進一步研究混凝土材料的力學性能提供技術參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥選用湖北武當水泥有限公司生產的P.O42.5 水泥，其主要組成見表1;細集料采用普通河砂，細度模數為2.7，密度為2.63 g/cm3;粗集料為5～20 mm 連續(xù)級配碎石;礦物摻和料選用Ⅰ級粉煤灰和磨細礦渣，兩者的比表面積分別為565 kg/m3和500 kg/m3，其主要化學組成見表1;減水劑為聚羧酸系高效減水劑;混凝土配合比見表2。

表1 水泥、粉煤灰及礦渣的化學組成 %

表2 混凝土配合比設計

1.2 試驗方法

成型標準尺寸的混凝土抗壓試件，1 d 后脫模并養(yǎng)護至規(guī)定齡期后，將試件取出;然后將試件放入低溫室冷凍，冷凍室的溫度可以調至－40 ℃，其中制冷速度為35 ℃/h，將試件冷凍至一定時間后取出，按相關規(guī)定進行抗壓強度試驗、抗壓彈性模量試驗和抗壓強度峰值試驗。

2 試驗結果及分析

2.1 軸心抗壓強度

為了研究低溫作用下對混凝土抗壓強度的影響，測定不同溫度(20 ℃、－10 ℃、－20 ℃、－30 ℃和 －40 ℃)作用后混凝土3 d、7 d、14 d 和28 d 的抗壓強度，并由負溫時的抗壓強度除以20 ℃時的抗壓強度，計算抗壓強度相對值，試驗結果如圖1所示。

圖1 溫度對軸心抗壓強度的影響

從圖1可以看出，混凝土各齡期的軸心抗壓強度和軸心抗壓強度相對值都隨著溫度的降低而逐漸增大，當溫度由20 ℃降低至－40 ℃時，3 d 的軸心抗壓強度和抗壓強度相對值分別從16.73 MPa 和0.496 增長為 19.63 MPa 和 0.578，而 28 d 的軸心抗壓強度和抗壓強度相對值分別從33.05 MPa 和1.0 增長為38.93 MPa 和1.18。表明負溫越低，混凝土的軸心抗壓強度越高。這主要是因為，隨著負溫的降低，混凝土內部自由水結冰，在壓力作用下，冰晶會參與混凝土內部的受力，且溫度越低，冰晶越堅硬，承受荷載的能力越強，因此軸心抗壓強度越大;另外，由于試件無約束，在冷凍條件下試件整體發(fā)生收縮，其中溫度越低，試件收縮越嚴重，收縮使試件的密實度增大，因此抗壓強度提高。

相同溫度下，混凝土軸心抗壓強度隨著齡期的延長而增大，其中14 d 之前抗壓強度隨齡期的變化較快，而14 d 之后變化趨勢放緩;當溫度為20 ℃時，混凝土3 d 和7 d 的抗壓強度分別為16.73 MPa和22.51 MPa，分別達到了28 d 強度的50.6%和68.1%;而當溫度降低為 －40 ℃ 時，3 d 和7 d 的抗壓強度分別達到19.63 MPa 和26.41 MPa，分別為28 d 強度的50.4%和67.8%;說明低溫對混凝土的早期的抗壓強度有一定的負面影響，這主要是由于低溫使水結冰，阻止了水泥的水化作用。

為了進一步探索混凝土軸心抗壓強度與低溫的關系，對各齡期混凝土的軸心抗壓強度和溫度進行二次函數回歸，回歸結果見表3。

表3 軸心抗壓強度與溫度的回歸結果

從表3可以看出，在試驗所選溫度區(qū)間內，混凝土各齡期的軸心抗壓強度與溫度之間呈二次函數關系變化，其中相關性系數都大于0.99，說明回歸曲線與試驗結果的吻合度很高，結果較為準確。

2.2 抗壓彈性模量

測定不同溫度作用后，混凝土不同齡期的抗壓彈性模量，并計算抗壓彈性模量相對值，研究負溫對混凝土抗壓強度模量的影響，試驗結果如圖2所示。

圖2 溫度對抗壓彈性模量的影響

從圖2可以看出，隨著齡期的延長，混凝土的抗壓彈性模量逐漸增大，但總體的增長趨勢小于軸心抗壓強度;當齡期相同時，抗壓彈性模量相對值隨著溫度的降低逐漸增大。這主要是因為，對混凝土而言，其彈性主要取決于主要組分的密度與所占體積的百分比，以及過渡區(qū)的性質;隨著溫度的降低，混凝土發(fā)生收縮，密實度增大，因此，抗壓彈性模量增大。

2.3 抗壓峰值應變

當壓力作用時，混凝土會產生縱向和橫向變形，隨著荷載的增大，試件中部的橫向變形將逐漸達到混凝土的極限值，并產生縱向裂紋，當荷載繼續(xù)增加時裂紋逐漸擴展，直至混凝土發(fā)生破壞，因此研究壓應力作用下，混凝土的抗壓峰值應變十分重要，測定不同負溫作用后混凝土的抗壓峰值應變，并計算抗壓峰值應變相對值，結果見圖3。

圖3 溫度對抗壓峰值應變的影響

從圖3可以看出，當溫度相同時，混凝土養(yǎng)護齡期越長，抗壓峰值應變和抗壓峰值應變相對值越大。當養(yǎng)護齡期相同時，隨著溫度的降低，混凝土抗壓峰值應變和抗壓峰值應變相對值逐漸減小，例如當溫度由20 ℃降低至－20 ℃和－40 ℃時，混凝土28 d的抗壓峰值應變分別從2.57 ×10－3降低至2.43 ×10－3和 2.21 × 10－3，分別降低了 5.45% 和 14.0%。這主要是因為隨著溫度的降低，尤其是低溫時，水結冰對混凝土內部產生的損傷逐漸加大，混凝土中出現的缺陷數量逐漸增多，在外力作用下出現破壞時的變形減小，因此抗壓峰值應變逐漸減小。

3 結論

1)混凝土各齡期的軸心抗壓強度和軸心抗壓強度相對值都隨著溫度的降低而逐漸增大;混凝土軸心抗壓強度隨著齡期的延長而增大，其中14 d 之前抗壓強度隨齡期的變化較快，而14 d 之后變化趨勢放緩;在試驗所選溫度區(qū)間內，混凝土各齡期的軸心抗壓強度與溫度之間呈二次函數關系變化，其中相關性系數都大于0.99。

2)隨著齡期的延長，混凝土的抗壓彈性模量逐漸增大，但總體的增長趨勢小于軸心抗壓強度;當齡期相同時，抗壓彈性模量相對值隨著溫度的降低逐漸增大。

3)當養(yǎng)護齡期相同時，隨著溫度的降低，混凝土抗壓峰值應變和抗壓峰值應變相對值逐漸減小，當溫度由20 ℃降低至－20 ℃和－40 ℃時，混凝土28 d 的抗壓峰值應變分別降低了5.45%和14.0%。

［1］陳文峰，劉芳玲.影響混凝土抗?jié)B性能主要因素分析［J］.淮南職業(yè)技術學院學報，2008，4(8):109 －111.

［2］顏家露，雷昌聚，王玉梅.淺談溫度對混凝土性能的影響及溫度控制［J］.施工技術，2002，31(4):30 －31.

［3］張國學，劉曉凱.溫度對混凝土材料性能的影響［J］.華東公路，2000(1):56 －57.

［4］王丹芳，施養(yǎng)杭.混雜纖維混凝土高溫性能研究［J］.安全與環(huán)境工程，2010，17(2):119 －122.

［5］邊松華，朋改非，趙章麗，等.含濕量和纖維對高性能混凝土高溫性能的影響［J］.建筑材料學報，2005，8(3):321 －327.

［6］蔣玉川，張利俊，諸葛順金，等.補償收縮混凝土高溫性能試驗研究［J］.膨脹劑與膨脹混凝土，2009(3):10 －13.

［7］羅 旋，田 軍，吳偉國.某特大橋橋墩墩身火災后安全性評定及修復［J］.公路工程，2013(1):158 －162.