劉海峰， 馬映昌， 張潤(rùn)奇， 邵 蔚， 馬菊榮

(寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院， 銀川 750021)

中國(guó)北方地區(qū)冬季氣候寒冷，具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和晝夜溫差大的特點(diǎn)，大溫差引起的凍融循環(huán)已成為影響混凝土耐久性的一個(gè)主要因素[1]. 目前針對(duì)混凝土抗凍性能方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多研究[2-5]. 文獻(xiàn)[2]分析了水灰比、含氣量和凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)混凝土動(dòng)彈性模量、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響；文獻(xiàn)[3]利用替代率為0%、20%、50%和100%再生細(xì)骨料等量替代天然細(xì)骨料，進(jìn)行了不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土抗凍性能研究；文獻(xiàn)[4]通過(guò)試驗(yàn)研究了凍融后混凝土受壓性能，分析了混凝土強(qiáng)度等級(jí)、凍融循環(huán)次數(shù)、相對(duì)動(dòng)彈性模量對(duì)混凝土受壓性能的影響；文獻(xiàn)[5]對(duì)荷載-凍融耦合作用下充填層自密實(shí)混凝土的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了在凍融循環(huán)作用、荷載-凍融循環(huán)耦合作用下自密實(shí)混凝土峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變等隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律.

砂是混凝土主要的原材料之一. 隨著中國(guó)西部地區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的增多，對(duì)砂的需求量逐漸增大. 過(guò)度開采河道與礦山作為建筑用砂，嚴(yán)重破壞了周圍的生態(tài)環(huán)境. 在西部沙漠周邊地區(qū)，研究者針對(duì)利用沙漠砂配制的混凝土性能進(jìn)行了一些研究[6-9]，結(jié)果表明：沙漠砂可以代替細(xì)骨料配制混凝土應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中. 文獻(xiàn)[6]對(duì)利用澳大利亞沙漠砂制備的沙漠砂混凝土進(jìn)行了力學(xué)性能研究，結(jié)果表明：當(dāng)砂灰比低于1.14時(shí)，沙漠砂混凝土強(qiáng)度明顯高于普通混凝土；文獻(xiàn)[7]對(duì)用毛烏素沙地砂替代細(xì)骨料配制的沙漠砂混凝土進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[8]利用霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)裝置對(duì)沙漠砂混凝土進(jìn)行了沖擊壓縮試驗(yàn)研究；文獻(xiàn)[9]通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)對(duì)高溫后沙漠砂高強(qiáng)混凝土進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了沙漠砂高強(qiáng)混凝土最佳配合比.

中國(guó)西部地區(qū)有豐富的沙漠砂資源，利用沙漠砂作為替代砂配制適合工程應(yīng)用的沙漠砂混凝土，對(duì)于減緩沙漠化壓力、降低工程造價(jià)和保護(hù)環(huán)境具有重要意義. 雖然研究者對(duì)高溫后沙漠砂混凝土性能進(jìn)行了許多研究[7-9]，但是針對(duì)凍融環(huán)境下?lián)缴衬盎炷凛S心受壓力學(xué)性能的研究較少. 本文通過(guò)快速凍融方法，進(jìn)行摻沙漠砂混凝土凍融后軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到不同凍融循環(huán)作用下?lián)缴衬盎炷疗茐奶卣骱蛻?yīng)力-應(yīng)變曲線，分析不同凍融循環(huán)下?lián)缴衬盎炷帘碛^特征、質(zhì)量損失率、動(dòng)彈性模量損失率及超聲波波速損失率的變化，為寒冷地區(qū)沙漠砂混凝土的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

1 試 驗(yàn)

試驗(yàn)所用水泥為寧夏賽馬牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5R，初凝時(shí)間為142 min，終凝時(shí)間為198 min，3 d與28 d抗壓強(qiáng)度分別為28.2、52.7 MPa；3 d和28 d抗折強(qiáng)度分別為5.8、7.9 MPa；粗骨料采用寧夏鎮(zhèn)北堡生產(chǎn)的粒徑為5～20 mm人工碎石，由粒徑為10～20 mm大石子與5～10 mm小石子按照質(zhì)量比7∶3混合而成；中砂采用當(dāng)?shù)厝斯に瓷?；沙漠砂取自寧夏鹽池縣毛烏素沙地，其性能指標(biāo)和外觀特征見表1和圖1，級(jí)配曲線如圖2所示；采用減水率為25%以上的粉末狀聚羧酸高性能減水劑.

(a)人工水洗砂 (b)沙漠砂

表1 細(xì)骨料性能

圖2 細(xì)骨料級(jí)配曲線

在本文前期研究基礎(chǔ)上[8-9]，用沙漠砂等量替代中砂，配制水膠比為0.50，砂率為35%，強(qiáng)度等級(jí)為C35混凝土，具體配合比和材料用量見表2.

試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm，共制作18個(gè)沙漠砂替代率為50%摻沙漠砂混凝土試件和18個(gè)普通混凝土試件. 經(jīng)攪拌、成型、脫模后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24 d，再放入20 ℃±2 ℃水中浸泡4 d，使試件完全處于飽和狀態(tài)[10]. 試件達(dá)到28 d齡期后分別進(jìn)行凍融循環(huán)25、50、75、100和125次摻沙漠砂混凝土快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)定其在不同凍融循環(huán)次數(shù)下質(zhì)量損失、動(dòng)彈性模量和超聲波波速. 凍融試驗(yàn)采用天津市港源試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的TDR-28型快速凍融試驗(yàn)機(jī).

表2 混凝土配合比

凍融后試件進(jìn)行摻沙漠砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)加載設(shè)備采用MTS微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，最大負(fù)荷為1 000 kN，精度為0.001 N，如圖3所示. 加載方式采用應(yīng)力控制，加載速率為0.5 MPa/s；數(shù)據(jù)采集儀采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的DH3820高速靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，采樣頻率為10 Hz，應(yīng)變量測(cè)范圍為±0.05，分辨率為5×10-7；采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)股份有限公司制造的5G101型位移傳感器，靈敏系數(shù)為2.00，量程為50 mm，精度為5×10-4mm；應(yīng)變片電阻為120 Ω，軸向應(yīng)變片長(zhǎng)度為100 mm，橫向應(yīng)變片長(zhǎng)度為50 mm，應(yīng)變片采用十字交叉粘貼.

(a) 試驗(yàn)加載圖 (b) 加載示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 凍融后表觀特征

圖4為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土表觀特征. 由圖4可知，凍融循環(huán)前，兩組混凝土試件表面平整光滑，無(wú)掉角、裂縫；凍融循環(huán)后，部分水泥漿剝蝕，試件表面粗糙，出現(xiàn)微孔洞、微裂紋；隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，水泥漿剝蝕加重，試件表面孔洞、裂紋增多. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土試件表面剝蝕劣化程度比普通混凝土輕.

(a) 凍融前 (b) 凍融循環(huán)50次 (c) 凍融循環(huán)125次

2.2 質(zhì)量損失率

質(zhì)量損失率為凍融前、后試件的質(zhì)量差與凍融前試件的質(zhì)量比. 采用量程為30 kg、精度為1 g的電子秤測(cè)得不同凍融循環(huán)次數(shù)后試件質(zhì)量，將3個(gè)試件質(zhì)量損失率的平均值作為該組試件的質(zhì)量損失率. 圖5為普通混凝土和摻沙漠砂混凝土質(zhì)量損失率與凍融循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系. 由圖5可知，在125次凍融循環(huán)內(nèi)，兩種混凝土質(zhì)量損失均很小，低于0.33%.

2.3 動(dòng)彈性模量損失率

采用DT-15型混凝土動(dòng)彈性模量試驗(yàn)儀，測(cè)得不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土動(dòng)彈性模量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)3次，測(cè)量結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)測(cè)定值. 動(dòng)彈性模量損失率為凍融前、后測(cè)得的動(dòng)彈性模量之差與凍融前測(cè)得的動(dòng)彈性模量的比值. 圖6為動(dòng)彈性模量損失率與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系. 兩組混凝土動(dòng)彈性模量損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大，摻沙漠砂混凝土動(dòng)彈性模量損失率較小. 與相應(yīng)凍融前混凝土相比，25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土動(dòng)彈性模量損失率分別為4.2%、19%和32.3%，摻沙漠砂混凝土動(dòng)彈性模量損失率分別為2.3%、17.6%和27.9%. 由于混凝土中孔隙水結(jié)冰后體積會(huì)產(chǎn)生膨脹，未結(jié)冰水和溶液發(fā)生遷移引起各種壓力，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了損傷，經(jīng)過(guò)反復(fù)凍融循環(huán)，混凝土內(nèi)部損傷開始累積加劇[11-12]. 混凝土中摻入沙漠砂，有效填充了混凝土粗、細(xì)骨料之間孔隙，減小了混凝土中水的含量. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土由于水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致的損傷小于普通混凝土，故摻沙漠砂混凝土動(dòng)彈性模量損失率小于普通混凝土.

2.4 超聲波波速損失率

采用DJUS-05非金屬超聲綜合檢測(cè)儀，對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土超聲波波速進(jìn)行檢測(cè). 超聲波波速損失率為凍融前、后測(cè)得超聲波波速之差與凍融前測(cè)得超聲波波速的比值. 圖7為超聲波波速損失率與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系. 兩組混凝土超聲波波速損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大，摻沙漠砂混凝土超聲波波速損失率較小. 與相應(yīng)凍融前混凝土相比，25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土超聲波波速損失率分別為5.8%、11.9%和21.8%，摻沙漠砂混凝土超聲波波速損失率分別為3.5%、8.4%和21.3%，這主要是由于正負(fù)溫度使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生新的孔洞、裂紋等微缺陷，經(jīng)過(guò)正負(fù)溫度反復(fù)交替作用，試件的孔洞、裂紋、剝落等缺陷更加明顯[13]. 沙漠砂的摻入有效減小了混凝土孔隙率，使混凝土內(nèi)部更加密實(shí). 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，與普通混凝土相比，摻沙漠砂混凝土內(nèi)部損傷較小，所以摻沙漠砂混凝土超聲波波速損失率小于普通混凝土.

3 凍融后混凝土軸心抗壓強(qiáng)度

3.1 試驗(yàn)破壞形態(tài)

普通混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)破壞過(guò)程如圖8所示. 由圖8可知，在加載初期，混凝土試件表面無(wú)可見裂縫；加載至0.8fc～0.9fc時(shí)，試件中部開始出現(xiàn)細(xì)微的豎向裂縫，隨著荷載增大，裂縫逐漸增多，試件中部逐漸橫向膨脹；荷載達(dá)到峰值后，裂縫迅速擴(kuò)展、增多. 圖9為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土軸心受壓破壞后形態(tài). 由圖9可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，試件表面裂縫逐漸增多，破壞形態(tài)趨于嚴(yán)重. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，與普通混凝土相比，摻沙漠砂混凝土塑性變形大，破壞過(guò)程較緩慢.

(a)加載初期 (b)加載至0.8fc～0.9fc (c)峰值荷載后

(a)凍融前 (b)凍融循環(huán)50次 (c) 凍融循環(huán)125次

3.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線及分析

表3為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果. 由表3可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，普通混凝土與摻沙漠砂混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸減小. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土抗壓強(qiáng)度高于普通混凝土抗壓強(qiáng)度.

表3 凍融前后混凝土單軸抗壓強(qiáng)度

圖10為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線. 由圖10可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，上升段曲線斜率減小，峰值應(yīng)力下降迅速，曲線趨于扁平.

(a)普通混凝土

(b)摻沙漠砂混凝土

圖11為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較. 由圖11可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，加載初期上升段應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸呈現(xiàn)下凹形狀；在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，普通混凝土加載初期曲線下凹與沙漠砂混凝土相比更明顯，這主要是由于與普通混凝土相比，摻沙漠砂混凝土更加密實(shí)，經(jīng)多次凍融循環(huán)后損傷較小，使得加載初期曲線下凹趨勢(shì)不明顯.

3.2.1 相對(duì)峰值應(yīng)力

圖12為相對(duì)峰值應(yīng)力與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系. 兩組混凝土相對(duì)峰值應(yīng)力隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加逐漸減小. 與相應(yīng)凍融前混凝土相比，25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土相對(duì)峰值應(yīng)力分別減小1.4%、13.7%和25.6%，摻沙漠砂混凝土分別減小0.8%、9.4%和22.3%. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土相對(duì)峰值應(yīng)力均高于普通混凝土，這主要是由于細(xì)小的沙漠砂摻入混凝土后，使混凝土內(nèi)部粗細(xì)骨料之間微小間隙填充更加均勻、密實(shí)，減小了混凝土中水的含量，同時(shí)沙漠砂中細(xì)小的顆粒被認(rèn)為是一種礦物物質(zhì)，在凍融循環(huán)過(guò)程中，這些礦物物質(zhì)能夠繼續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)，提高了混凝土強(qiáng)度[6,14-16]. 普通混凝土和摻沙漠砂混凝土相對(duì)峰值應(yīng)力與凍融循環(huán)次數(shù)之間呈線性關(guān)系. 普通混凝土：fCD/fC0=-0.002 1N+1.019 8，R2=0.978 5；摻沙漠砂混凝土：fSD/fS0=-0.001 7N+1.026 1，R2=0.931 0. 其中fC0為凍融前普通混凝土軸心受壓峰值應(yīng)力，fCD為不同凍融循環(huán)次數(shù)下普通混凝土軸心受壓峰值應(yīng)力，fS0為凍融前摻沙漠砂混凝土軸心受壓峰值應(yīng)力，fSD為不同凍融循環(huán)次數(shù)下?lián)缴衬盎炷凛S心受壓峰值應(yīng)力，N表示凍融循環(huán)次數(shù).

(a)凍融前 (b)凍融循環(huán)50次 (c)凍融循環(huán)125次

圖12 相對(duì)峰值應(yīng)力與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系

3.2.2 相對(duì)峰值應(yīng)變

圖13為相對(duì)峰值應(yīng)變與凍融循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系. 隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，兩組混凝土相對(duì)峰值應(yīng)變逐漸增大. 與凍融前混凝土相比，25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土相對(duì)峰值應(yīng)變分別為1.089、1.340和1.833，摻沙漠砂混凝土分別為1.015、1.301和1.782. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土相對(duì)峰值應(yīng)變小于普通混凝土，這主要是由于沙漠砂有效地填充了混凝土粗、細(xì)骨料之間孔隙，形成堅(jiān)固骨架，降低了混凝土可變形性. 普通混凝土和摻沙漠砂混凝土相對(duì)峰值應(yīng)變與凍融循環(huán)次數(shù)之間呈線性關(guān)系. 普通混凝土：εCD/εC0=0.007 0N+0.911 9，R2=0.925 5；摻沙漠砂混凝土：εSD/εS0=0.006 5N+0.897 0，R2=0.927 2. 其中εC0表示凍融前普通混凝土軸心受壓峰值應(yīng)變，εCD表示不同凍融循環(huán)次數(shù)下普通混凝土軸心受壓峰值應(yīng)變，εS0為凍融前摻沙漠砂混凝土軸心受壓峰值應(yīng)變，εSD為不同凍融循環(huán)次數(shù)下?lián)缴衬盎炷凛S心受壓峰值應(yīng)變.

圖13 相對(duì)峰值應(yīng)變與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系

3.2.3 極限應(yīng)變

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[17]，極限應(yīng)變?nèi)?yīng)力-應(yīng)變曲線下降段0.5fc時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)變. 圖14為普通混凝土和摻沙漠砂混凝土極限應(yīng)變與凍融循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系. 由圖14可知，兩組混凝土極限應(yīng)變隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加逐漸增大. 25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土極限應(yīng)變分別是凍融前普通混凝土極限應(yīng)變的1.04、1.21和1.72倍，摻沙漠砂混凝土極限應(yīng)變分別是凍融前摻沙漠砂混凝土極限應(yīng)變的1.14、1.41和1.87倍，摻沙漠砂混凝土相對(duì)極限應(yīng)變高于普通混凝土，這主要是由于沙漠砂有效地填充了混凝土粗、細(xì)骨料之間的孔隙，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，摻沙漠砂混凝土內(nèi)部損傷累積與普通混凝土相比較少，從而使得摻沙漠砂混凝土破壞過(guò)程比較緩慢.

圖14 極限應(yīng)變與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系

3.2.4 彈性模量

混凝土彈性模量取應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€上升段0.4fc處的割線模量. 圖15為普通混凝土和摻沙漠砂混凝土彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系. 由圖15可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，摻沙漠砂混凝土彈性模量先增加后減小，普通混凝土彈性模量不斷降低. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土彈性模量明顯大于普通混凝土彈性模量，這主要是由于沙漠砂中細(xì)小顆粒被認(rèn)為是一種礦物質(zhì)，在凍融循環(huán)過(guò)程中，這些礦物質(zhì)能夠繼續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)，提高了混凝土自身剛度[6,14-15].

圖15 彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系

3.2.5 橫向變形系數(shù)

混凝土橫向變形系數(shù)是混凝土橫向變形與縱向變形的比值，是計(jì)算混凝土結(jié)構(gòu)工程抗裂、變形的一個(gè)重要參數(shù). 圖16和圖17分別為凍融前后普通混凝土和摻沙漠砂混凝土荷載比[18]λ與橫向變形系數(shù)關(guān)系曲線. 由圖16和圖17可知，λ<0.6時(shí)，普通混凝土和摻沙漠砂混凝土軸向變形較大，橫向變形較小，橫向變形系數(shù)增長(zhǎng)緩慢；λ>0.6時(shí)，普通混凝土和摻沙漠砂混凝土橫向變形快速增大，橫向變形系數(shù)增長(zhǎng)加快.

圖18為荷載比λ=0.4時(shí)普通混凝土和摻沙漠砂混凝土橫向變形系數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系.

由圖18可知，兩組試件的橫向變形系數(shù)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加逐漸減小. 與相應(yīng)凍融前混凝土相比，25、75和125次凍融循環(huán)后，普通混凝土橫向變形系數(shù)分別減小了6%、26%和43%，摻沙漠砂混凝土分別減小了2%、14%和37%. 由此可知，摻沙漠砂混凝土橫向變形系數(shù)減小率低于普通混凝土，這主要是由于隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，摻沙漠砂混凝土內(nèi)部損傷較小，使得摻沙漠砂混凝土塑性變形較好.

3.3 本構(gòu)模型

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)常溫下混凝土單向受壓時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型研究較多，主要有Sargin[19]、Hogenestad[20]、過(guò)鎮(zhèn)海[21]等模型. 由于各種因素影響，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€下降段不太理想. 過(guò)鎮(zhèn)海提出的本構(gòu)模型參數(shù)少、形式簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，能把上升段與下降段的參數(shù)區(qū)分開，上升段：y=Ax+(3-2A)x2+(A-2)x3，01，其中x(x=ε/ε0)為相對(duì)應(yīng)變，y(y=σ/fc)為相對(duì)應(yīng)力,fc和ε0分別為峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變.

圖19為凍融前后普通混凝土與摻沙漠砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線擬合. 由圖19可知，上升段吻合程度很好，下降段由于各種因素影響曲線擬合程度稍差. 表4為凍融前后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的控制參數(shù)值. 由表4可知，不論是普通混凝土，還是摻沙漠砂混凝土，擬合曲線上升段控制參數(shù)A值隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加而逐漸降低，擬合曲線下降段控制參數(shù)a隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加逐漸增加. 在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土擬合曲線上升段控制參數(shù)A值高于普通混凝土，擬合曲線下降段控制參數(shù)a低于普通混凝土.

(a)凍融前 (b)凍融循環(huán)50次 (c)凍融循環(huán)125次

表4 混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線控制參數(shù)A與a

3.4 動(dòng)彈性模量與峰值應(yīng)力關(guān)系

圖20為不同凍融循環(huán)作用下普通混凝土和摻沙漠砂混凝土動(dòng)彈性模量與峰值應(yīng)力之間關(guān)系. 隨著動(dòng)彈性模量的增大，兩組混凝土峰值應(yīng)力逐漸增加，峰值應(yīng)力與動(dòng)彈性模量之間呈線性關(guān)系. 普通混凝土：fc=0.776 2Ed+6.731 9，R2=0.982 1；摻沙漠砂混凝土：fc=0.683 9Ed+11.434 7，R2=0.908 2.

3.5 超聲波波速與峰值應(yīng)力關(guān)系

圖21為不同凍融循環(huán)作用下普通混凝土和摻沙漠砂混凝土超聲波波速與峰值應(yīng)力之間關(guān)系. 隨著超聲波波速的增大，兩組混凝土峰值應(yīng)力逐漸增加. 兩組混凝土峰值應(yīng)力與超聲波波速之間有良好的線性相關(guān)性. 普通混凝土：fc=14.579 5v-12.143 1，R2=0.949 9；摻沙漠砂混凝土：fc=12.452 9v-4.263 5，R2=0.973 5.

圖20 動(dòng)彈性模量與峰值應(yīng)力關(guān)系

圖21 超聲波波速與峰值應(yīng)力關(guān)系

4 結(jié) 論

1)進(jìn)行了凍融后沙漠砂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了沙漠砂對(duì)混凝土抗凍性能的影響，探究了在不同凍融循環(huán)次數(shù)下沙漠砂混凝土表面特征、質(zhì)量損失率、動(dòng)彈性模量損失率及超聲波波速損失率的變化規(guī)律，建立了不同凍融循環(huán)次數(shù)下沙漠砂混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程.

2)隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多，摻沙漠砂混凝土表面剝落越嚴(yán)重，質(zhì)量損失率變化較小，動(dòng)彈性模量損失率和超聲波波速損失率均增大；摻沙漠砂混凝土軸心受壓破壞特征愈加明顯，軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線趨于扁平，彈性模量、相對(duì)峰值應(yīng)力和橫向變形系數(shù)均減小，相對(duì)峰值應(yīng)變和極限應(yīng)變均增加；摻沙漠砂混凝土擬合曲線上升段控制參數(shù)A值逐漸降低，下降段控制參數(shù)a逐漸增加.

3)在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，摻沙漠砂混凝土動(dòng)彈性模量損失率和超聲波波速損失率均小于普通混凝土；摻沙漠砂混凝土相對(duì)峰值應(yīng)變小于普通混凝土，相對(duì)峰值應(yīng)力、彈性模量和橫向變形系數(shù)高于普通混凝土；摻沙漠砂混凝土擬合曲線上升段控制參數(shù)A值高于普通混凝土，下降段控制參數(shù)a低于普通混凝土.