·1436 工程科学学报，第41卷，第11期 (a) 固结体 (b) 声 声波测试 电阻率测试仪 电极 波发射探 声波接收探头 0。。 试样 000 图3无损检测.(a)电阻率测试，(b)超声波波速测试 Fig.3 Nondestructive testing:(a)resistivity test;(b)ultrasonic wave velocity test (2) 结体的劣化系数 式中：v为超声波传播速度，kms;为声波发射端 观察可得到如下规律：相同条件下，养护龄期 与接收端的距离，即固结体的长度，mm;t为超声波 越长，强度越大：灰砂比越大，强度越大；当灰砂比 传播时间，s.当材料中存在孔隙、孔洞等缺陷时， 和养护龄期一定时，固结体强度随着冻融循环次 超声波在传播过程中会发生反射、折射、绕射等 数的增加不断减小且前5次损失量最大，强度劣 化系数不断增大.究其原因：灰砂比越大，固结体 现象，使超声波到达接收端的时间增长，从而降低 超声波波速 内部生成水化反应产物量越多，养护龄期越长，固 1.3.3无侧限抗压强度试验 结体内部水化反应越充分，大量致密的水化产物 对未冻融和不同冻融循环次数后的试样进行 不断填充固结体内部的孔隙，使固结体的宏观力 单轴无侧限压缩试验，测定其抗压强度.具体试验 学特性得到增强，在相同冻融循环次数时仍能保 过程如下：将试样置于电液压伺服万能试验机上， 持较高的强度；随着冻融循环的进行，试样内部孔 在常温下进行单轴无侧限抗压强度试验，加载方 隙水反复结冰、融化，导致试样内部孔隙体积增 式为控制应变法，峰前加载速率为0.1mms,峰 大，结构被破坏，故强度劣化系数增大：由于固结 后加载速率为0.2mms,试验过程中计算机会自 体在冻融循环前期处于未饱和状态，在融化过程 动记录位移和荷载信息4] 中会吸收大量水分，使固结体含水率迅速提高，在 1.34扫描电镜试验 冻结过程中固结体内部新增孔隙水结冰体积膨胀 扫描电镜试验在中科院理化所环境扫描仪上 对固结体造成巨大的破坏作用，强度急剧下降，前 进行.试验过程如下：从未冻融和冻融循环之后的 5次的强度损失量达到最大，5次之后，随着冻融 试样上切取薄片，用吹气球清刷其表面的粉屑，并 循环进行，试样逐渐饱和，融化过程中水分增加较 在烘箱中烘干，为保证试样彻底烘干且不破坏其 少，固结体内新增水分在冻结过程中结冰膨胀体 内部水化产物结构，烘箱温度控制在50℃，烘干 积较小，对固结体内部结构损伤较轻，且孔隙体积 时长为24h.然后将制好的试样固定于扫描电子 增大到一定程度，能够容纳内部孔隙水结冰后增 显微镜的样品台上，抽真空干燥，在高真空扫描环 大的体积，破坏作用减弱，强度损失量逐渐减小. 境下扫描.对于每个扫描固结体试样，分别获取放 对不同灰砂比、不同养护龄期的固结体强度 大倍数为500,1000,5000和10000倍的数字图像5-16 与冻融循环次数进行非线性拟合，建立强度与冻 融循环次数的数学函数模型.图4为不同灰砂比、 2结果与讨论 不同养护龄期的固结体强度与冻融循环次数的拟 2.1冻融循环对无侧限抗压强度的影响 合曲线，表4为固结体强度与冻融循环次数的拟 表3为经历不同冻融循环次数后全尾砂固结 合曲线关系式.可以看出，随着冻融循环次数的增 体试样的无侧限抗压强度变化情况，其中σ表示无 加，固结体强度不断减小，但减小幅度逐渐变小： 侧限抗压强度，△σ表示每5次冻融循环后试样无 固结体强度与冻融循环次数遵循指数函数关系， 侧限抗压强度的损失量，K表示经过不同次数冻 关系式可用式(3)表示，拟合相关系数均在0.94以 融循环后试样损失强度与未进行冻融循环的标准 上，曲线回归效果较好，能够较好地反映固结体强 试样无侧限抗压强度的比值，即为冻融循环对固 度与冻融循环次数的关系，ν= l t （2） ν l t 式中： 为超声波传播速度，km·s−1 ； 为声波发射端 与接收端的距离，即固结体的长度，mm； 为超声波 传播时间，μs. 当材料中存在孔隙、孔洞等缺陷时， 超声波在传播过程中会发生反射、折射、绕射等 现象，使超声波到达接收端的时间增长，从而降低 超声波波速. 1.3.3    无侧限抗压强度试验 对未冻融和不同冻融循环次数后的试样进行 单轴无侧限压缩试验，测定其抗压强度. 具体试验 过程如下：将试样置于电液压伺服万能试验机上， 在常温下进行单轴无侧限抗压强度试验，加载方 式为控制应变法，峰前加载速率为 0.1 mm·s−1，峰 后加载速率为 0.2 mm·s−1，试验过程中计算机会自 动记录位移和荷载信息[14] . 1.3.4    扫描电镜试验 扫描电镜试验在中科院理化所环境扫描仪上 进行. 试验过程如下：从未冻融和冻融循环之后的 试样上切取薄片，用吹气球清刷其表面的粉屑，并 在烘箱中烘干，为保证试样彻底烘干且不破坏其 内部水化产物结构，烘箱温度控制在 50 ℃，烘干 时长为 24 h. 然后将制好的试样固定于扫描电子 显微镜的样品台上，抽真空干燥，在高真空扫描环 境下扫描. 对于每个扫描固结体试样，分别获取放 大倍数为500，1000，5000 和10000 倍的数字图像[15−16] . 2    结果与讨论 2.1    冻融循环对无侧限抗压强度的影响 σ ∆σ 表 3 为经历不同冻融循环次数后全尾砂固结 体试样的无侧限抗压强度变化情况，其中 表示无 侧限抗压强度， 表示每 5 次冻融循环后试样无 侧限抗压强度的损失量，K 表示经过不同次数冻 融循环后试样损失强度与未进行冻融循环的标准 试样无侧限抗压强度的比值，即为冻融循环对固 结体的劣化系数. 观察可得到如下规律：相同条件下，养护龄期 越长，强度越大；灰砂比越大，强度越大；当灰砂比 和养护龄期一定时，固结体强度随着冻融循环次 数的增加不断减小且前 5 次损失量最大，强度劣 化系数不断增大. 究其原因：灰砂比越大，固结体 内部生成水化反应产物量越多，养护龄期越长，固 结体内部水化反应越充分，大量致密的水化产物 不断填充固结体内部的孔隙，使固结体的宏观力 学特性得到增强，在相同冻融循环次数时仍能保 持较高的强度；随着冻融循环的进行，试样内部孔 隙水反复结冰、融化，导致试样内部孔隙体积增 大，结构被破坏，故强度劣化系数增大；由于固结 体在冻融循环前期处于未饱和状态，在融化过程 中会吸收大量水分，使固结体含水率迅速提高，在 冻结过程中固结体内部新增孔隙水结冰体积膨胀 对固结体造成巨大的破坏作用，强度急剧下降，前 5 次的强度损失量达到最大，5 次之后，随着冻融 循环进行，试样逐渐饱和，融化过程中水分增加较 少，固结体内新增水分在冻结过程中结冰膨胀体 积较小，对固结体内部结构损伤较轻，且孔隙体积 增大到一定程度，能够容纳内部孔隙水结冰后增 大的体积，破坏作用减弱，强度损失量逐渐减小. 对不同灰砂比、不同养护龄期的固结体强度 与冻融循环次数进行非线性拟合，建立强度与冻 融循环次数的数学函数模型. 图 4 为不同灰砂比、 不同养护龄期的固结体强度与冻融循环次数的拟 合曲线，表 4 为固结体强度与冻融循环次数的拟 合曲线关系式. 可以看出，随着冻融循环次数的增 加，固结体强度不断减小，但减小幅度逐渐变小； 固结体强度与冻融循环次数遵循指数函数关系， 关系式可用式（3）表示，拟合相关系数均在 0.94 以 上，曲线回归效果较好，能够较好地反映固结体强 度与冻融循环次数的关系. 固结体 电极 电阻率测试仪 声 波 发 射 探 头 超 声 波 测 试 仪 声波接收探头 试样 (a) (b) 图 3    无损检测. （a）电阻率测试; （b）超声波波速测试 Fig.3    Nondestructive testing: (a) resistivity test; (b) ultrasonic wave velocity test · 1436 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期