芻議新疆金三角地區嚴寒氣候對混凝土動彈性模量的影響*

閆紅偉，院龍，張衛華

（新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

芻議新疆金三角地區嚴寒氣候對混凝土動彈性模量的影響*

閆紅偉，院龍，張衛華

（新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

混凝土的動彈性模量是混凝土的重要參數之一，是研究混凝土凍融破壞的主要指標。目前，國內對混凝土彈性模量的研究對多集中在 28d 齡期。本文結合新疆金三角地區嚴寒氣候特點，研究了其混凝土在 28d 齡期后動彈性模量的影響，為通過動彈性模量的變化來研究結構的安全準備了理論基礎。

嚴寒氣候；動彈性模量；研究

1 研究目的和意義

新疆地處我國西北邊陲，不但地域遼闊，擁有豐富的資源，還是重要的通道和戰略要地。特別是“一帶一路”發展戰略的提出，更是將新疆的交通基礎設施的建設和城鎮化建設帶入了黃金發展期。作為質優價廉的建筑材料——混凝土成了最為廣泛使用的建筑材料，特別是在橋梁、涵洞、護坡、路緣石、硬化水渠等工程中都有大量應用。現有的關于凍融循環后混凝土性能的有關報道，多是混凝土試件齡期不超過 28d 的室內凍融循環試驗，且研究區域多是北方寒冷地區[1-3]，新疆雖說屬于北方地區，但新疆有其自身的特點，如地域遼闊、氣候差異大。因此，現有混凝土凍融試驗的研究對新疆各地缺少針對性和指導性。本文以混凝土的動彈性模量為切入點，研究在新疆金三角地區，混凝土在 28d 齡期以后，嚴寒氣候對混凝土動彈性模量的影響。可以彌補學術研究在混凝土受凍融影響下 28d 齡期后的動彈性模量變化的空白，能夠為下一步通過動彈性模量的變化來判定結構的安全和預測結構的剩余安全使用年限準備理論基礎。

2 試驗方案

水泥采用新疆某企業生產的強度等級為 32.5 的復合硅酸鹽水泥；細骨料采用奎屯某砂場生產的機制砂，通過測定，細度模數在中砂范圍內，石粉含量為 2.7%；粗骨料采用奎屯某采石場生產的河卵石，粒徑為 5～40mm，含泥量為 0.6%。

2.2 試驗方法

試件混凝土強度等級為 C20，混凝土的配合比見表 1，混凝土試件的成型方法采用振動臺法，試件形狀采用棱柱體，尺寸為 150mm×150mm×400mm。試驗齡期為 28d、180d、365d，確保室外混凝土試件經歷一個嚴寒的冬季，以此來研究嚴寒氣候對混凝土動彈性模量增長的影響。試件混凝土的制作采用單臥軸強制式混凝土攪拌機制作，采用混凝土振動臺振動成型，在標準養護條件下養護 28d 后取出，根據文獻[4,5]中測定試件動彈性模量的公式，即：

Ed＝13.244×10-4×WL3f2/a4

式中：Ed——混凝土動彈性模量，MPa；

W——試件的質量，kg，精確到 0.01kg；

L——試件的長度，mm；

f——共振頻率，Hz；

a——正方形截面試件的邊長，mm。

計算試件的動彈性模量。試驗用混凝土配合比見表 1。

2.1 原材料

表 1 試件混凝土的配合比

然后將該批試件分為兩部分，一部分置于室外，接受新疆金三角地區嚴寒氣候的影響；一部分置于室內，避免接受金三角地區嚴寒氣候的影響，經過 180d 和 365d，分別測定置于室內和室外的混凝土試件的動彈性模量，分析研究試驗結果。

3 試驗結果與分析

3.1 室內外混凝土試件動彈性模量變化的試驗結果

對不同齡期和不同條件下的混凝土試件進行試驗，測得的試驗數據如表 1 和表 2 所示，用帶直線和數據標記的散點圖表示如圖 1 和圖 2 所示。

圖 1 室外混凝土試件在不同齡期時的動彈性模量

圖 2 室內混凝土試件在不同齡期時的動彈性模量

3.2 試驗結果分析

（1）從圖 1 可以看出，室外混凝土試件在 28d 齡期時，動彈性模量平均值為 33.27GPa，測值中的最大值或最小值與平均值之差均不超過平均值的 15% 時，試驗數據有效，標準差為 1.83，離散程度小，說明這一批混凝土試件的力學性質相同；當室外混凝土試件為 180d 齡期時，動彈性模量平均值為 33.95GPa，標準差為 5.12，當室外混凝土試件為 365d 齡期時，動彈性模量平均值為 34.17GPa，標準差為 5.62，說明這一批混凝土試件的力學性質發生比較大的波動。結合新疆金三角地區夏季酷熱少雨、冬季嚴寒積雪較長的氣候特點，這一批混凝土試件在室外經歷一個完整的氣候周期的過程中，在溫度較高的階段，部分相對密實的混凝土試件（編號為 3、4、5、7、13、15）接觸到雨水或者冰雪融水后，混凝土動彈性模量有了部分增長，即使在嚴寒的冬季受到凍融后，動彈性模量沒有降低或者有很小的降低，另一部分相對空隙較多的混凝土試件（編號為 1、6、8、9、10、11、12）即使接觸到雨水或者冰雪融水后，混凝土動彈性模量有了部分增長或者零增長，但在嚴寒的冬季，受到凍融作用后，混凝土動彈性模量有了較大的降低。

從圖 1 還可以看出，180d 齡期的混凝土試件動彈性模量與 28d 齡期的混凝土試件動彈性模量相比，有 60% 的試件動彈性模量是降低的，365d 齡期的混凝土試件動彈性模量與28d 齡期的混凝土試件動彈性模量相比，有 60% 的試件動彈性模量是降低的，365d 齡期的混凝土試件動彈性模量與 180d齡期的混凝土試件動彈性模量相比，有 66.7% 的試件動彈性模量是降低的，這說明混凝土試件在室外受新疆金三角地區惡劣天氣的影響后，大部分試件的動彈性模量是降低的，并且隨齡期的增長而加劇。

（2）從圖 2 可以看出，當室內混凝土試件在 28d 齡期時，動彈性模量平均值為 34.14GPa，測值中的最大值或最小值與平均值之差均不超過平均值的 15% 時，試驗數據有效，標準差為 0.84，離散程度小；當室外混凝土試件為 180d 齡期時，動彈性模量平均值為 34.77GPa，標準差為 1.15；當室外混凝土試件為 365d 齡期時，動彈性模量平均值為35.56GPa，標準差為 1.25；以上數據說明這一批混凝土試件的力學性質穩定且在 28d 后隨之齡期增長有非常小的增加，這是因為室內混凝土試件動彈性模量隨齡期仍有緩慢的增長，又不受惡劣環境的侵蝕，故性質穩定。

表 1 室外混凝土試件在不同齡期時的動彈性模量 GPa

表 2 室內混凝土試件在不同齡期時的動彈性模量 GPa

（3）由圖 1 和圖 2 可知，混凝土試件的動彈性模量受惡劣天氣影響后會有較大的波動，且 60% 混凝土試件的動彈性模量會有降低，離散的程度隨齡期的增長而嚴重。

4 結語

本文通過試驗研究了新疆金三角地區嚴寒氣候對混凝土在 28d 齡期后動彈性模量的影響，試驗結果表明：當混凝土不受該地區嚴寒氣候的影響時，它的動彈性模量是有微小的增長的，且離散程度很小，但當混凝土受該地區嚴寒氣候影響后，大部分混凝土的動彈性模量會降低，且隨著齡期的增長而降低增加。通過試驗可以預計，金三角地區的混凝土結構，受嚴寒氣候多年作用以后，動彈性模量會降低到危害結構的安全，具體經過多長時間尚需更多的研究。

[1] 張士萍，鄧敏，唐明述．混凝土凍融循環破壞研究進展[J].材料科學與工程學報，2008,26(6)∶ 990-993．

[2] 唐光普，劉西拉，施士升．凍融條件下混凝土破壞面演化模型研究[J]．巖石力學與工程學報，2006,5(12)∶ 2572-2578．

[3] 覃麗坤，宋玉普，陳浩然，等．凍融循環對混凝土力學性能的影響[J]．巖石力學與工程學報，2005,24(增刊)∶ 5048-5053．

[4] GB/T50082—2009．普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S]．

[5] JTG E30-2005．公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S]．

Discussion on the inf l uence of the cold climate on concrete dynamic modulus of elasticity in Golden Triangle Area of Xinjiang

Yan Hong Wei, Yuan Long, Zhang Weihua
(Xinjiang Vocation&Technical College of Application, Xinjiang Kuitun 833200)

Concrete dynamic elastic modulus is one of the important parameters of concrete, is the main index of concrete freeze-thaw damage. At present, the domestic study of concrete elastic modulus to the more concentrated in less than 28 d age stage, combining with the characteristics of cold climate in golden triangle area of xinjiang, this paper studied the age of concrete at 28 d after the inf l uence of dynamic elastic modulus, by the change of dynamic modulus of elasticity prepared theoretical basis to study the safety of the structure.

the cold climate; the dynamic modulus of elasticity; research

閆紅偉（1986—），男，新疆奎屯，碩士，主要從土木工程教學及研究。

新疆應用職業技術學院科研啟動基金項目，項目編號：XYZY2015YJ006。

［通訊地址］新疆奎屯市北京西路 62 號 新疆應用職業技術學院 建筑工程系（833200）