連海東，田青青，徐存東,3，高懿偉

(1.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，鄭州 450046；2.河南省水工結(jié)構(gòu)安全工程技術(shù)研究中心，鄭州 450046；3.浙江省農(nóng)村水利水電資源配置與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018；4.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098)

0 引 言

在中國北方地區(qū)的秋末冬初和冬末春初時(shí)節(jié)，氣溫短時(shí)間內(nèi)突變較大，正值施工期的混凝土容易因驟然降溫而受凍損傷。特別是剛澆筑的混凝土，保溫防護(hù)措施尚未到位即受凍，造成混凝土水化過程延緩、內(nèi)部出現(xiàn)裂縫等問題[1]。早期受凍會(huì)造成混凝土力學(xué)性能降低，且內(nèi)部損傷難以修復(fù)彌補(bǔ)，甚至給混凝土建筑物服役期造成較大安全隱患。早期受凍環(huán)境對混凝土力學(xué)性能的影響一直備受關(guān)注。

混凝土早期受凍損傷研究是負(fù)溫混凝土材料性能研究的重要部分[2]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于混凝土早期受凍的研究，主要集中在早期受凍對混凝土抗壓強(qiáng)度、動(dòng)彈性模量等指標(biāo)的影響，受凍溫度、受凍時(shí)長、養(yǎng)護(hù)齡期等早凍環(huán)境對混凝土力學(xué)性能的影響，以及不同配合比對混凝土抗早凍性能的影響。崔靜忠[3]針對混凝土預(yù)養(yǎng)時(shí)間、凍結(jié)溫度、水灰比等因素開展了研究，結(jié)果表明，可凍水含量隨著預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長而逐漸減少，且與凍結(jié)溫度幾乎無關(guān)，但含冰量、強(qiáng)度損失隨著凍結(jié)溫度的降低而升高。巴恒靜等[4]通過試驗(yàn)指出，摻加防凍劑和引氣劑能夠減小混凝土早期受凍后抗壓強(qiáng)度，降低水灰比、摻加粉煤灰和礦渣摻合料能夠增大混凝土早期凍脹應(yīng)力。Min[5]、Wang[6]等將混凝土養(yǎng)護(hù)期分為新澆筑混凝土、硬化過程中混凝土、幼齡期混凝土3個(gè)階段，并分別闡述了混凝土早期凍融損傷的破壞機(jī)理。汪青杰等[7]研究了凍融時(shí)刻、凍融時(shí)長等對混凝土早期抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量損失的影響，發(fā)現(xiàn)混凝土表面破壞嚴(yán)重程度與齡期、凍融時(shí)間成正比，抗壓強(qiáng)度與受凍時(shí)間成反比，質(zhì)量損失和齡期成反比。胡曉鵬等[8-10]圍繞不同摻合料種類和摻量、不同預(yù)養(yǎng)時(shí)間對早期受凍混凝土服役期損傷形態(tài)、強(qiáng)度劣化、相對動(dòng)彈性模量的影響規(guī)律及作用機(jī)理開展了系列研究。Qin[11]、Ma[12]等通過凍融試驗(yàn)研究了早期凍傷混凝土的質(zhì)量損失、抗壓強(qiáng)度損失和孔隙分布變化。徐存東等[13-14]針對帶初始凍融損傷的混凝土服役期鹽凍循環(huán)后的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行了研究，并建立了損傷變量與凍融次數(shù)的關(guān)系式。聞洋等[15]研究了早期受凍對橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度、氯離子滲透性的影響，并深入分析了氯離子侵入機(jī)理。

目前關(guān)于早期受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的研究較少，混凝土早期受凍的最不利起凍時(shí)刻及其對混凝土力學(xué)性能的影響尚不清晰。本文通過混凝土早期受凍后單軸受壓試驗(yàn)，研究凍結(jié)溫度和起凍時(shí)刻對混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響，建立考慮起凍時(shí)刻的混凝土本構(gòu)方程及其特征參數(shù)方程，可為混凝土工程施工期防凍養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與配合比

水泥采用鄭州天瑞P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，其品質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果均達(dá)標(biāo)，強(qiáng)度指標(biāo)如表1所示。粗骨料采用鄭州砂石料廠粒徑為5～25 mm的碎石子，級(jí)配連續(xù)，質(zhì)地堅(jiān)硬，表面粗糙，無針狀片狀顆粒。細(xì)骨料采用河南汝河河砂，細(xì)度模數(shù)為2.74。拌合水為鄭州自來水，pH值為6.7。為改善混凝土和易性，減小用水量，采用RD-N型高效減水劑，摻入量為膠凝材料質(zhì)量的1.0%，減水效果約為20%。混凝土配合比見表2。試驗(yàn)前經(jīng)測定，混凝土塌落度為65 mm，在自然環(huán)境條件下(10 ℃)初凝時(shí)間為90 min，終凝時(shí)間為360 min。

表1 水泥強(qiáng)度指標(biāo)Table 1 Strength indexes of cement

表2 混凝土配合比Table 2 Mix proportion of concrete

1.2 早期養(yǎng)護(hù)條件

試驗(yàn)主要研究早期不同受凍環(huán)境對混凝土力學(xué)性能的影響，參考汪青年[7]、胡曉鵬[8-9]等的研究，并考慮實(shí)際工程中早期受凍發(fā)生的溫度范圍，共設(shè)計(jì)2種凍結(jié)溫度，-10 ℃和-5 ℃分別代表正常受凍和輕微受凍情況，通過試驗(yàn)可初步探究大概率早凍溫度條件是否對混凝土損傷有不同影響；根據(jù)上述配合比混凝土初凝和終凝時(shí)間，設(shè)置4種養(yǎng)護(hù)起凍時(shí)刻，即養(yǎng)護(hù)1.0 h、3.5 h、8.0 h和24.0 h，分別代表在混凝土初凝前、初凝后至終凝前、終凝后和正常養(yǎng)護(hù)1 d后受到凍融作用，通過試驗(yàn)可初步獲得早期受凍后混凝土損傷最為嚴(yán)重的階段，進(jìn)而繼續(xù)開展針對該階段損傷機(jī)理的深入研究?？紤]試件成型24 h內(nèi)受凍后脫模容易發(fā)生融化并變形，試件養(yǎng)護(hù)24 h以內(nèi)為帶試模養(yǎng)護(hù)并凍融，24 h后為脫模養(yǎng)護(hù)并凍融?；炷猎嚰O(shè)計(jì)分組編號(hào)情況見表3(K組為對照組)。

表3 混凝試件編號(hào)Table 3 Number of concrete specimens

1.3 試件養(yǎng)護(hù)及試驗(yàn)過程

試件養(yǎng)護(hù)主要過程如下：(1)將振搗抹平后的混凝土試件在自然條件下養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)設(shè)置的不同起凍時(shí)刻；(2)將各組試件(含試模)放入已設(shè)定相應(yīng)凍結(jié)溫度的WGD/SH2050高低溫恒定濕熱試驗(yàn)箱中，受凍6 h后取出；(3)將試件放入自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至24 h后拆模并編號(hào)，起凍時(shí)刻為24 h的試件在其受凍后將其直接拆模并編號(hào)；(4)將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度(20±2) ℃，相對濕度95%以上)養(yǎng)護(hù)至28 d;(5)采用WAW-1000型電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸受壓加載試驗(yàn)，獲取應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，荷載和位移值由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集。

2 結(jié)果與討論

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€是分析混凝土結(jié)構(gòu)承載力及變形破壞的重要依據(jù)[16]。通過對曲線特征的分析對比，能夠了解早期受凍損傷混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征。不同凍結(jié)溫度、不同起凍時(shí)刻條件下早期受凍后的混凝土單軸受壓應(yīng)力(σ)-應(yīng)變(ε)全曲線如圖1所示。

圖1 早期受凍混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€Fig.1 Full stress-strain curves of early frozen concrete under uniaxial compression

由圖1可知，不同凍結(jié)溫度、不同起凍時(shí)刻受凍后的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€發(fā)展趨勢與正常養(yǎng)護(hù)混凝土基本相同，從開始加載至最終破壞，均經(jīng)歷了彈性—彈塑性—峰值點(diǎn)—下降—下降段拐點(diǎn)—?dú)堄喽蔚陌l(fā)展過程，全曲線為由上升段和下降段組成的凸曲線。經(jīng)受不同條件早凍后的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線均位于正常養(yǎng)護(hù)混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線下方，即其曲線下方的面積均小于正常養(yǎng)護(hù)的混凝土，表明早期受凍的混凝土塑性變形能力均有不同程度的損傷。隨著起凍時(shí)刻的延后，應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的上升段斜率先減小后增大，表現(xiàn)為先劣化后逐漸恢復(fù)的趨勢，而在下降段曲線基本重合，無明顯的變化特征。起凍時(shí)刻為3.5 h的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升最緩慢，高度最低，長度最小，即損傷最為嚴(yán)重；起凍時(shí)刻為1.0 h和8.0 h的混凝土次之；而起凍時(shí)刻為24.0 h的混凝土損傷程度最小。試驗(yàn)顯示凍結(jié)溫度-10 ℃時(shí)損傷程度比-5 ℃時(shí)略嚴(yán)重，且僅在起凍時(shí)刻為3.5 h的情況下表現(xiàn)明顯，整體上早期凍結(jié)溫度對混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響不明顯。

2.2 峰值應(yīng)力

應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€特征參數(shù)中的峰值應(yīng)力代表了早期受凍后混凝土在荷載作用下所能達(dá)到的極限應(yīng)力。為便于比較分析，建立不同凍結(jié)溫度下的早期受凍混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€峰值應(yīng)力與起凍時(shí)刻的關(guān)系，如圖2所示。凍結(jié)溫度-5 ℃和-10 ℃下：起凍時(shí)刻為3.5 h的混凝土峰值應(yīng)力均最小，與對照組(正常養(yǎng)護(hù)混凝土)相比，分別下降了28.2%和31.2%，損傷最為嚴(yán)重；起凍時(shí)刻為1.0 h和8.0 h時(shí)，峰值應(yīng)力基本相同，下降了15%～20%；起凍時(shí)刻為24.0 h時(shí)峰值應(yīng)力最大，僅下降了5.9%和3.2%，損傷程度最小。在起凍時(shí)刻為3.5 h時(shí)，凍結(jié)溫度-10 ℃比-5 ℃條件下混凝土峰值應(yīng)力下降幅度大，但在其他起凍時(shí)刻，凍結(jié)溫度-5 ℃比-10 ℃條件下峰值應(yīng)力下降幅度大。在初凝后至終凝前這段時(shí)間，凍結(jié)溫度越低峰值應(yīng)力損傷越大，但從整體上看，相同的起凍時(shí)刻，不同凍結(jié)溫度下峰值應(yīng)力差別不大，即早期凍結(jié)溫度對混凝土峰值應(yīng)力影響較小。

圖2 峰值應(yīng)力與起凍時(shí)刻的關(guān)系Fig.2 Relationship between peak stress and freezing moment

在實(shí)際混凝土施工養(yǎng)護(hù)過程中，往往更需要關(guān)注混凝土早期受凍的最不利起凍時(shí)刻，以便施工過程在該時(shí)刻采取防護(hù)措施，減小混凝土的受凍損傷。為了尋求早期養(yǎng)護(hù)過程受凍混凝土峰值應(yīng)力下降最大的起凍時(shí)刻，對峰值應(yīng)力和起凍時(shí)刻試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到峰值應(yīng)力與起凍時(shí)刻關(guān)系式：

T=-5 ℃時(shí)：

σp=-0.011 27t3+0.383 76t2-2.618 11t+28.465 62

(1)

T=-10 ℃時(shí)：

σp=-0.021 34t3+0.715 84t2-4.891 83t+31.827 33

(2)

式中：σp為混凝土早期受凍后峰值應(yīng)力，MPa；t為混凝土早期受凍起凍時(shí)刻，h；T為混凝土早期受凍凍結(jié)溫度，℃。

由式(1)和式(2)可計(jì)算出:-5 ℃時(shí)，混凝土峰值應(yīng)力的最小值為23.404 MPa，損失率達(dá)28.58%，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.177 h；-10 ℃時(shí)，混凝土峰值應(yīng)力的最小值為22.330 MPa，損失率達(dá)31.85%，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.200 h。由此可知，混凝土早期受凍過程中，混凝土抗壓強(qiáng)度損傷最為嚴(yán)重的起凍時(shí)刻為4 h前后，此時(shí)澆筑的新鮮混凝土已初凝，但尚未終凝，需要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)期的保溫防護(hù)，防止天氣突然降溫對混凝土強(qiáng)度造成較大損傷，從計(jì)算結(jié)果來看混凝土初期強(qiáng)度已經(jīng)損傷嚴(yán)重，必將影響結(jié)構(gòu)服役期壽命。

2.3 峰值應(yīng)變

根據(jù)每組試件單軸受壓下峰值應(yīng)變測試數(shù)據(jù)，繪制早期受凍混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€峰值應(yīng)變隨起凍時(shí)刻的變化曲線，如圖3所示。凍結(jié)溫度-5 ℃和-10 ℃下：起凍時(shí)刻為3.5 h的混凝土峰值應(yīng)變均最大，與對照組相比，分別增大138%和135%，即混凝土達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí)變形程度最大；起凍時(shí)刻為1.0 h、8.0 h和24.0 h的混凝土峰值應(yīng)變均有一定程度的增大，增幅在100%～110%之間，即經(jīng)早期受凍的混凝土變形能力均有所降低。2種不同凍結(jié)溫度條件下，混凝土峰值應(yīng)變隨起凍時(shí)刻變化趨勢相同，且變化量相差不大，說明凍結(jié)溫度對混凝土峰值應(yīng)變影響較小。

圖3 峰值應(yīng)變與起凍時(shí)刻的關(guān)系Fig.3 Relationship between peak strain and freezing moment

為了預(yù)測早期養(yǎng)護(hù)過程受凍混凝土變形能力下降最大的起凍時(shí)刻，對峰值應(yīng)變和起凍時(shí)刻試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到峰值應(yīng)變與起凍時(shí)刻關(guān)系式：

T=-5 ℃時(shí)：

εp=0.001 73t3-0.057 25t2+0.384 65t+1.210 87

(3)

T=-10 ℃時(shí)：

εp=0.001 88t3-0.061 84t2+0.410 82t+1.219 15

(4)

式中：εp為混凝土早期受凍后峰值應(yīng)變，10-3；t為混凝土早期受凍起凍時(shí)刻，h；T為混凝土早期受凍凍結(jié)溫度，℃。

經(jīng)式(3)和式(4)計(jì)算得出：-5 ℃時(shí)，混凝土峰值應(yīng)變最大值為1.945×10-3，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.131 h；-10 ℃時(shí)，混凝土峰值應(yīng)變的最大值為1.993×10-3，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.085 h。由此可知，混凝土早期受凍過程中，混凝土變形能力損傷最為嚴(yán)重的起凍時(shí)刻同樣為混凝土初凝后至終凝前，與峰值應(yīng)力下降最嚴(yán)重的起凍時(shí)刻基本相同，均為4 h前后。此時(shí)刻受凍后的混凝土不僅抗壓強(qiáng)度損傷最大，而且變形能力最差，故需要對新澆筑的混凝土采取必要的防凍措施。

2.4 本構(gòu)模型參數(shù)擬合

為了準(zhǔn)確地表達(dá)單軸受壓作用下的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變發(fā)展過程，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種數(shù)學(xué)函數(shù)形式的曲線方程，包括有理分式、多項(xiàng)式、指數(shù)式等，以上表達(dá)式將上升段與下降段用統(tǒng)一的方程表示，方程參數(shù)較少，形式較為簡單，但一個(gè)方程難以滿足試驗(yàn)曲線的所有幾何特征，如：Hognested[17]的二次拋物線方程，對曲線下降段的擬合不準(zhǔn)確；Popvics[18]提出的有理分式方程，適用范圍廣，但受峰值應(yīng)力和應(yīng)變的影響較大，且參數(shù)沒有明確的物理意義。Rüsch[19]提出包含上升段和下降段的分段式方程，因形式簡單而深受廣大工程師的喜愛，但簡單拋物線的上升段和直線的下降段，與實(shí)際曲線仍有較大差別。過鎮(zhèn)海等[20]根據(jù)混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的幾何特征，提出了上升段采用三次式與下降段采用有理分式相結(jié)合的曲線方程：

(5)

式中：x=ε/εp，y=σ/σp，σ、ε分別為混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的應(yīng)力、應(yīng)變，σp、εp分別為混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變；a、b分別為曲線方程的上升段與下降段控制參數(shù)。

試驗(yàn)選用過鎮(zhèn)海教授建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程，擬合參數(shù)a、b取值見表4。

表4 早期受凍混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段、下降段參數(shù)Table 4 Parameters of up and down sections of uniaxial compression stress-strain curve of early frozen concrete

通過擬合參數(shù)a、b即可繪制出應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)歸一化的早期受凍混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線如圖4所示(僅以A組為例)。

圖4 早期受凍混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線Fig.4 Uniaxial compression stress-strain fitting curvesof early frozen concrete

混凝土實(shí)測應(yīng)力-應(yīng)變曲線與根據(jù)參數(shù)a、b計(jì)算值擬合后曲線的比較如圖5所示，為便于識(shí)別，僅列出K組、A1組和A3.5組。從圖中可看出，早期受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變實(shí)測曲線與擬合曲線基本重合，擬合效果較好，這表明過鎮(zhèn)海教授建議的分段式方程適用于早期受凍混凝土單軸受壓本構(gòu)模型。

圖5 早期受凍混凝土應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線與實(shí)測曲線比較Fig.5 Comparison of stress-strain fitting curves and measuredcurves of early frozen concrete

結(jié)合過鎮(zhèn)海教授的混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程及曲線形狀特征可以看出，參數(shù)a和b有一定的物理和幾何意義：當(dāng)a值越小、b值越大時(shí)，曲線越陡，上升和下降越快，曲線下方面積越小，表明混凝土的塑性和延性變形越小，材質(zhì)較脆，破壞過程急速，殘余強(qiáng)度低；反之，混凝土破壞緩慢，延性和殘余強(qiáng)度高。因此，通過參數(shù)a和b數(shù)值大小可以比較衡量混凝土力學(xué)性能的差異。

從圖4可以看出，在曲線的上升段，曲線基本重合，坡度無明顯差別，在下降段，曲線下降速度大小順序?yàn)锳3.5組、A1組和A8組、A24組、K組，即初凝后至終凝前受凍混凝土塑性和延性最差，破壞過程最快，殘余強(qiáng)度低，這主要與混凝土受凍后的自修復(fù)能力有關(guān)?；炷猎诔跄?，水泥水化作用剛開始，此時(shí)自由水含量較高，受凍過程自由水結(jié)冰，體積膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力較小，對已經(jīng)水化的混凝土造成的損傷較小，同時(shí)低溫受凍減緩了水泥水化反應(yīng)，混凝土強(qiáng)度增長基本停止；受凍結(jié)束后正常養(yǎng)護(hù)期間，結(jié)冰水融化，水泥繼續(xù)恢復(fù)水化反應(yīng)，混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增長，一定程度上修復(fù)了受凍過程造成的損傷，混凝土仍然保持較好的強(qiáng)度、塑性和延性。終凝后受凍的混凝土，水化反應(yīng)已經(jīng)充分進(jìn)行，砂漿與骨料黏結(jié)良好，結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，能夠承受較大的凍脹應(yīng)力，且終凝后時(shí)間越長，水化反應(yīng)越充分，抗凍能力越強(qiáng)，在受壓過程中較高的密實(shí)性和整體性支撐了混凝土較高的延性和塑性變形能力。混凝土在初凝后至終凝前受凍，初凝過程已形成一定的強(qiáng)度，并喪失部分塑性，在凍脹應(yīng)力作用下初凝混凝土開裂，混凝土密實(shí)性受到破壞，轉(zhuǎn)入正常養(yǎng)護(hù)后的水化反應(yīng)已無法對凍脹損傷進(jìn)行修復(fù)，強(qiáng)度回升有限，韌性不足以支撐混凝土的延性和塑性變形，混凝土的延性和塑性變形能力低于初凝前或者終凝后，當(dāng)加載力超過其承受能力時(shí)，混凝土可能突然發(fā)生脆性斷裂，此時(shí)混凝土的延性和塑性變形能力最弱，殘余強(qiáng)度最低，因而在初凝后至終凝前凍結(jié)的混凝土受壓破壞曲線最陡，破壞過程最急速。這表明混凝土早期受凍存在一個(gè)延性與塑性變形能力最小的起凍時(shí)刻，此時(shí)混凝土的脆性最大。

為了探尋混凝土早期受凍后延性與塑性變形能力最小時(shí)對應(yīng)的起凍時(shí)刻，同時(shí)得到任意起凍時(shí)刻受凍后的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線，建立試件在早期受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段參數(shù)a、下降段參數(shù)b與起凍時(shí)刻之間的關(guān)系式：

T=-5 ℃時(shí)：

(6)

T=-10 ℃時(shí)：

(7)

由式(6)～(7)可得在不同起凍時(shí)刻受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段參數(shù)a和下降段參數(shù)b，進(jìn)而可對任意起凍時(shí)刻的早期受凍混凝土本構(gòu)曲線進(jìn)行擬合，研究任意起凍時(shí)刻下混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的幾何形狀和力學(xué)性能。

通過式(6)～(7)可計(jì)算出普通混凝土早期受凍后延性與塑性變形能力最小時(shí)對應(yīng)的起凍時(shí)刻。在凍結(jié)溫度-5 ℃下，混凝土上升段參數(shù)a的最小值為1.247，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為3.832 h，下降段參數(shù)b的最大值為1.540，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為3.625 h，表明混凝土延性與塑性變形能力最小時(shí)對應(yīng)的起凍時(shí)刻在3.625～3.832 h；在凍結(jié)溫度-10 ℃下，混凝土上升段參數(shù)a的最小值為1.248，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.154 h，下降段參數(shù)b的最大值為1.606，對應(yīng)的起凍時(shí)刻為4.108 h，表明混凝土延性與塑性變形能力最小時(shí)對應(yīng)的起凍時(shí)刻在4.167 h左右。綜上來看，凍結(jié)溫度-5 ℃和-10 ℃條件下，混凝土受凍后的延性與塑性變形能力最小時(shí)對應(yīng)的起凍時(shí)刻基本都在4 h前后，再次說明2種凍結(jié)溫度對早期受凍后的混凝土性能影響差別不大。

結(jié)合前文峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變的情況，混凝土早期受凍力學(xué)性能損傷最嚴(yán)重的起凍時(shí)刻為4 h前后。在此時(shí)刻受凍后的混凝土抗壓強(qiáng)度、變形能力等均會(huì)受到較為嚴(yán)重的損傷，且初始凍融損傷可能會(huì)對混凝土服役期耐久性產(chǎn)生更大的影響，此時(shí)刻對于混凝土工程施工養(yǎng)護(hù)具有重要指導(dǎo)意義，應(yīng)當(dāng)給予重點(diǎn)關(guān)注。質(zhì)量檢測部門應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注該時(shí)刻發(fā)生的混凝土受凍情況，若混凝土發(fā)生凍融，應(yīng)該及時(shí)檢測混凝土性能，為后續(xù)施工決策提供依據(jù)。

3 結(jié) 論

(1)早期受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化趨勢與正常養(yǎng)護(hù)混凝土基本相似，但在下降段，早期受凍混凝土更為陡峭，延性和塑性變形能力降低。

(2)混凝土早期受凍力學(xué)性能與凍結(jié)溫度、起凍時(shí)刻有關(guān)，但凍結(jié)溫度對混凝土早期受凍后的峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變影響不明顯；早期受凍后混凝土峰值應(yīng)力隨著起凍時(shí)刻的延后先下降后上升，峰值應(yīng)變隨著起凍時(shí)刻的延后先上升后下降，初凝后至終凝前受凍混凝土力學(xué)性能損傷最為嚴(yán)重。

(3)基于過鎮(zhèn)海教授的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程，擬合得到了早期受凍后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程，與試驗(yàn)所得曲線吻合較好。對早期受凍混凝土峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變及延性和塑性變形能力最不利的起凍時(shí)刻均在4 h前后，該時(shí)刻對于混凝土工程施工養(yǎng)護(hù)具有指導(dǎo)意義。