基金項(xiàng)目：

2020年廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)提升能力提升項(xiàng)目“方鋼管自密實(shí)橡膠混凝土柱軸壓性能試驗(yàn)研究”（編號(hào)：2020KY34013）；2022年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“再生骨料泵送混凝土性能研究與應(yīng)用”（編號(hào)：2022KY1139）

作者簡(jiǎn)介：

劉振華（1989—），碩士，講師，工程師，主要從事工程材料研究、混凝土組合結(jié)構(gòu)、橋梁工程施工、基建項(xiàng)目檔案建設(shè)與管理工作。

摘要：為研究海洋環(huán)境中振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土性能的影響，文章以振動(dòng)時(shí)間分別為0 s、10 s、20 s開(kāi)展了對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變、氯離子滲透深度的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：混凝土振動(dòng)后可提高其抗壓強(qiáng)度、抗變形能力及抗氯離子滲透性能，合理的振動(dòng)時(shí)間對(duì)提高混凝土質(zhì)量和性能至關(guān)重要；與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件抗壓強(qiáng)度分別提高了34%和51%，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升斜率明顯增加，氯離子滲透深度分別降低了19%和23%，但隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)其抗壓強(qiáng)度、抗變形能力及抗氯離子滲透性能的影響效果不顯著。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境；振動(dòng)時(shí)間；抗壓強(qiáng)度；氯離子滲透

中圖分類號(hào)：U414.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 08 023 2

0 引言

我國(guó)的海岸線有1.8×104 km，漫長(zhǎng)的海岸線造福了發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)地區(qū)，隨著我國(guó)著眼于海洋經(jīng)濟(jì)巨大的市場(chǎng)空間，加快了海洋工程發(fā)展步伐，跨海大橋、港口、碼頭等海洋工程結(jié)構(gòu)越來(lái)越多。提高海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性越來(lái)越受到學(xué)者們的關(guān)注。實(shí)際海洋環(huán)境中，氯離子侵入混凝土內(nèi)部，鋼筋出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，鹽類對(duì)混凝土的侵蝕過(guò)程降低了混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性，是縮短海洋工程結(jié)構(gòu)壽命的主要原因?；炷潦且环N復(fù)合型材料，由骨料、水、水泥組成，有時(shí)還包括化學(xué)添加劑，鹽類通過(guò)混凝土的孔隙進(jìn)入其內(nèi)部，直接影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性。為了減少混凝土孔隙率及較小孔徑含量，生產(chǎn)耐用的混凝土，必須減少困在混凝土內(nèi)部的空氣量，這通常是通過(guò)在攪拌階段或澆筑階段振動(dòng)混凝土來(lái)實(shí)現(xiàn)的。［1］眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入研究。鮑玖文等［2］研究表明：氯離子侵蝕已成為影響海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的因素。丁平祥等［3］研究表明：與普通強(qiáng)制攪拌相比，攪拌時(shí)間90～150 s范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)齡期3 d和7 d時(shí)，振動(dòng)攪拌提升了C50混凝土抗壓強(qiáng)度及其28 d抗氯離子滲透性能。李傳習(xí)等［4］研究表明：振動(dòng)攪拌相較強(qiáng)制攪拌可顯著提升超高性能混凝土的擴(kuò)展度；振動(dòng)攪拌相較強(qiáng)制攪拌可顯著提升超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度。攪拌工藝對(duì)其力學(xué)性能有顯著影響。姚運(yùn)仕等［5］研究表明：相比普通攪拌，采用振動(dòng)攪拌時(shí)，新拌混凝土坍落度筒排空時(shí)間明顯減少；與普通攪拌相比，振動(dòng)攪拌可以降低混凝土的塑性黏度，改善混凝土的工作性。

為研究海洋環(huán)境中振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土性能影響，本文考慮振動(dòng)時(shí)間分別為0 s、10 s、20 s開(kāi)展了對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變、氯離子滲透深度的試驗(yàn)研究，以期為實(shí)際海洋工程的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

本次試驗(yàn)所選用的水泥為海螺牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，密度為3 080 kg/m3；細(xì)集料采用Ⅱ區(qū)中砂，其表觀密度為2 580 kg/m3，粒徑大小為0～5 mm，細(xì)度模數(shù)FM為2.35；粗集料采用連續(xù)級(jí)配碎石，表觀密度為2 700 kg/m3，粒徑大小為5～20 mm；拌和水采用城市自來(lái)水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

混凝土的配合比根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)C50混凝土配合比見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)方案內(nèi)容

2.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

考慮振動(dòng)時(shí)間分別為0 s、10 s、20 s，依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG3420-2020）設(shè)計(jì)了3組9個(gè)圓柱形混凝土試件，尺寸為100 mm×200 mm。24 h后將試件脫模、編號(hào)，送入20±2 ℃、相對(duì)濕度＞95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，分析振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土軸壓性能的影響。

2.2 抗氯離子滲透性能測(cè)試

以相同條件制備尺寸為100 mm×200 mm的圓柱形混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28 d后將試件沿垂直軸向兩端各切下25 mm，余下部分切成50 mm厚的圓柱體切片作為試件。考慮振動(dòng)時(shí)間分別為0 s、10 s、20 s，備制3組9個(gè)切片試件。切片試件側(cè)表面涂上環(huán)氧樹(shù)脂。在室溫20±2 ℃條件下，將切片試件置于10%的NaCl溶液中浸泡28 d；取出晾干后，將切片試件劈成兩半，用毛刷清除劈裂面碎屑；豎向放置切片試件劈裂面，大致沿劈裂面中心線向下快速噴灑0.1 mol/L AgNO3溶液；5～10 min后將劈裂面旋轉(zhuǎn)180°，以同樣方法再噴灑一次。劈裂面上氯離子滲透的區(qū)域呈現(xiàn)乳白色，沒(méi)有氯離子滲透的區(qū)域一般顯灰色。30～60 min后用筆標(biāo)出灰白分界線，并測(cè)量出白色區(qū)域的寬度。以3個(gè)切片試件測(cè)值的平均值作為該組切片試件氯離子滲透深度試驗(yàn)結(jié)果。

海洋環(huán)境下振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土強(qiáng)度及氯離子滲透性能的影響研究/劉振華

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 振動(dòng)時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)相同參數(shù)的3個(gè)平行試件單軸受壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值得到抗壓強(qiáng)度值。不同振動(dòng)時(shí)間的抗壓強(qiáng)度如圖1所示。圖中試件以“V”字母開(kāi)頭，其后數(shù)字代表振動(dòng)時(shí)間，3組試件分別為V-0試件、V-10試件和V-20試件。由圖1可以看出，V-0試件、V-10試件和V-20試件的平均抗壓強(qiáng)度分別為30.10 MPa、40.45 MPa和45.31 MPa。在混凝土攪拌過(guò)程中，振動(dòng)源增加了混凝土中的膠凝材料顆粒運(yùn)動(dòng)，減小了微顆粒團(tuán)聚，促進(jìn)了混凝土水化產(chǎn)物的早期形成，由此可見(jiàn)，經(jīng)振動(dòng)后的混凝土的抗壓強(qiáng)度提高明顯提高。與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件抗壓強(qiáng)度分別提高了34%和51%。隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，V-20試件較V-10試件抗壓強(qiáng)度提高了12%，抗壓強(qiáng)度差別減小。振動(dòng)的目的是使混凝土達(dá)到勻質(zhì)。研究表明，在此過(guò)程存在勻質(zhì)性與離析性相互主導(dǎo)，較長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間易造成混凝土離析性大于勻質(zhì)性，隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)勻質(zhì)性逐漸減弱，混凝土抗壓強(qiáng)度差別逐漸減小。試驗(yàn)結(jié)果表明，合理的振動(dòng)時(shí)間對(duì)提高混凝土質(zhì)量和性能至關(guān)重要。

3.2 振動(dòng)時(shí)間對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變的影響

對(duì)相同參數(shù)的3個(gè)平行試件單軸受壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖2所示。由圖2可以看出，各組試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線走勢(shì)基本相同，全曲線形狀均為上升曲線，呈線性增長(zhǎng)。與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件曲線表現(xiàn)為更明顯的線性增長(zhǎng)，上升斜率明顯增加。振動(dòng)時(shí)間與混凝土的抗變性能力密切相關(guān)，混凝土振動(dòng)后可提高其抗變性能力。隨振動(dòng)時(shí)間的增加，V-10試件和V-20試件曲線斜率稍有增加，但增加并不明顯。

3.3 振動(dòng)時(shí)間對(duì)抗氯離子滲透性能的影響

將試件置于10%的NaCl溶液中浸泡28 d，獲取不同振動(dòng)時(shí)間下混凝土28 d氯離子滲透深度，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，V-0試件、V-10試件和V-20試件的平均氯離子滲透深度分別為26.78 mm、21.61 mm和20.51 mm。振動(dòng)時(shí)間與混凝土的氯離子滲透深度密切相關(guān)?；炷琳駝?dòng)后可提高其抗氯離子滲透性能。與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件氯離子滲透深度分別降低了19%和23%。隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，V-20試件較V-10試件氯離子滲透深度降低了5%，滲透深度差別減小，影響效果不顯著。這是由于未振動(dòng)混凝土中的空隙數(shù)量較多，使氯離子很容易滲透到混凝土中。振動(dòng)減少了混凝土的孔隙含量和毛細(xì)孔含量。

4 結(jié)語(yǔ)

為研究海洋環(huán)境中振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土性能的影響，本文考慮振動(dòng)時(shí)間分別為0 s、10 s、20 s，開(kāi)展了對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變、氯離子滲透深度的試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

（1）混凝土振動(dòng)后可提高其抗壓強(qiáng)度、抗變性能力及抗氯離子滲透性能。合理的振動(dòng)時(shí)間對(duì)提高混凝土質(zhì)量和性能至關(guān)重要。

（2）與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件抗壓強(qiáng)度分別提高了34%和51%。隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度差別減小，影響效果不顯著。

（3）與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升斜率明顯增加。隨振動(dòng)時(shí)間的增加，V-10和V-20曲線斜率稍有增加，但增加并不明顯。

（4）與未振動(dòng)V-0試件相比，振動(dòng)后的V-10試件和V-20試件氯離子滲透深度分別降低了19%和23%。隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，滲透深度差別減小，影響效果不顯著。

參考文獻(xiàn)

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［5］姚運(yùn)仕，劉歡建，任 峰，等. 高性能混凝土振動(dòng)攪拌試驗(yàn)研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2020，39（3）：730-733.