淺談混凝土凍融研究現狀

劉 歡

(西安建筑科技大學 陜西 西安 710055)

引言

在混凝土耐久性的研究領域中，凍融作為混凝土破壞的主要原因之一，具有舉足輕重的地位，因此從上世紀40年代起，就備受各國學者的關注。各國學者也逐漸認識到，凍融導致混凝土性能的劣化歸結到底還是力學性能的劣化，所以混凝土材料在凍融循環后力學性能劣化的研究層出不窮，同時取得了相當可觀的進展。遺憾的是，在混凝土凍融耐久性和混凝土構件抗震性能交叉領域部分的研究卻鮮有報道。而僅僅利用混凝土材料凍融損傷后力學性能的研究成果難以完全準確預測結構構件凍融損傷后力學性能的退化，因此有必要進行凍融環境下混凝土構件抗震性能的研究。鋼筋混凝土結構因耐久性不足而損傷破壞，給世界各國人民生命財產安全造成了重大損失。其中由凍融損傷所導致的混凝土力學性能退化問題，目前已得到國內外學者的廣泛關注，亦取得了一定的研究進展。

一、凍融對混凝土力學性能的影響

近年來，不少國內學者致力于研究凍融后混凝土的力學性能，旨在為混凝土結構的抗凍性研究奠定基礎。在凍融環境下，混凝土的力學性能，如抗壓強度、抗剪強度、劈拉強度以及彈性模量、泊松比、剪切模量等，對混凝土結構的影響起著至關重要的作用。

商懷帥、宋玉普等[1]研究了規定凍融循環次數的混凝土立方體試塊，如凍融方法，試件制作的過程中有無添加引氣劑等，得到結論:凍融循環后，普通混凝土單軸抗壓強度與抗拉強度均有明顯下降;凍融循環次數增加，普通混凝土單軸壓縮時峰值應力點對應的應變值也隨之增加，單軸拉伸時峰值應力點對應的應變值反而減小。

覃麗坤、宋玉普教授[2]研究了凍融循環次數不同時，混凝土在單軸應力狀態和多軸應力狀態下的強度和變形性能試驗。結果表明：隨著凍融次數的增加，混凝土主壓向的應變明顯增加。

于琦[3]在數值計算結果的基礎上建立凍融環境下混凝土碳化深度預測模型。

祝進鵬等[4]基于混凝土凍融試驗和混凝土細觀力學研究了混凝土凍融后的力學性能變化，建立了混凝土隨凍融循環次數變化的強度折減模型和彈性模量折減模型。采用快速凍融方法對混凝土試件以及砂漿試件進行100、200、300次的凍融循環，并檢測了凍融循環對海水中混凝土抗壓強度、彈性模量及應力應變關系的影響；對混凝土試件進行了數值模擬，各組成相的材料性質按照Weibull分布來賦值，以考慮各組成相的非均勻性，同時，砂漿的強度和彈性模量以砂漿凍融試驗所得結果為準，用來反映凍融對混凝土的影響。

洪錦祥[5]采用快凍法研究凍融作用對混凝土力學性能的影響，將混凝土鹽凍或水凍至不同損傷程度后，測其動彈性模量、抗折強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度，并用回歸分析的方法建立抗折強度衰減方程。

張延年[6]在室內外自然狀態兩種情況下，對2d、3d、7d、15d、20d、28d不同齡期的C30混凝土立方體試塊，進行了混凝土凍融試驗機和冬季混凝土的研究。研究表明:在室內20℃條件下，所有的混凝土立方體試塊均自然融化。

二、凍融對鋼筋與混凝土粘結性能的影響

冀曉東、宋玉普教授等[7]用中心拔出試驗的方法對凍融循環試件的鋼筋與混凝土粘結性能進行了試驗研究。以試驗數據為劃分鋼筋混凝土粘結滑移曲線的依據。得出結論：凍融循環是破壞光圓鋼筋與混凝土界面間之間粘結力的原因，光圓鋼筋與混凝土之間粘結性能退化的主要原因是鋼筋和混凝土界面間的摩擦系數變化。

徐港[8]用240mm×150mm×1200mm梁式黏結試件，通過50次、75次、100次的快速凍融循環試驗得出鹽凍循環作用對鋼筋混凝土黏結強度、黏結剛度，初始滑移值，極限滑移值，破壞形態等指標影響規律的研究結果，并采用最小二乘法擬合得到鹽凍循環作用后的黏結滑移本構方程。

三、多因素作用下抗凍性研究現狀

刁波等[9]通過快速凍融試驗，對不同持續荷載作用在鋼筋混凝土梁、耦合凍融循環及梁在NaCl和Na2SO4混合侵蝕溶液交替作用下的力學性能進行研究。

幕儒[10]研究了凍融與應力共同作用下損傷，發現彎曲應力會加速混凝土在凍融循環中的損傷速度，其對凍融循環過程中的重量損傷無明顯影響。同時，研究了凍融循環、除冰鹽與外部應力三因素損傷。

黃鵬飛等[11]研究了鹽凍循環、鋼筋銹蝕與彎曲應力協同作用下耐久性的實驗，通過測量在損傷演變過程中鋼筋混凝土的動彈性模量、鋼筋應變以及混凝土應變的變化，可較好地模擬在環境腐蝕與彎曲荷載協同作用下，工程實際中鋼筋混凝土梁構件的損傷演變過程。

謝曉鵬等[12]通過快速凍融和碳化試驗，測得混凝土凍融和碳化后的基本力學指標，結果表明：加強了混凝土的密實性，其混凝土的力學性能受到抗壓、凍融循環的損傷，而其碳化劈拉強度，也在一定程度上得到提高。

對己有研究進行分析可以發現，國內外研究有關凍融作用對混凝土性能影響的主要側重于靜載性能，很少涉及到動載性能。此外，在已有研究中發現，大多注重研究凍融循環次數對混凝土性能的影響。然而，由于含氣量和水灰比的不同，混凝土抗凍性存在很大差異。受相同次數的凍融循環作用后，水灰比和含氣量不同的混凝土的損傷程度存在很大差異。