吳帥峰， 王 戈， 袁東凱， 劉殿書

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083; 2.開封市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 開封 475000)

爆破振動(dòng)對(duì)新澆混凝土影響的試驗(yàn)研究

吳帥峰1， 王 戈2， 袁東凱1， 劉殿書1

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083; 2.開封市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 開封 475000)

為探究新澆混凝土受爆破振動(dòng)作用下的安全振速，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性，采用露天深孔爆破作為振源，對(duì)齡期為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的C40混凝土分別在2～10 cm/s的爆破振速下進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試各齡期試件在受振動(dòng)擾動(dòng)后的縱波波速及抗壓強(qiáng)度，分析得出：齡期為6 h和12 h時(shí)，2.3 cm/s的爆破振速能夠使混凝土產(chǎn)生大于0.05的損傷以及5%以上的強(qiáng)度折減；齡期為36 h和48 h時(shí)，能夠?qū)炷猎斐蓳p傷和強(qiáng)度折減的振速為4 cm/s，36 h齡期為混凝土抗振能力提升的拐點(diǎn)；齡期為72 h時(shí)，混凝土表現(xiàn)出明顯的抗振性能。最后，以損傷不大于0.05和強(qiáng)度折減不大于5%雙重指標(biāo)，給出齡期為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的混凝土安全振速分別為2 cm/s、2 cm/s、4 cm/s、5 cm/s、7 cm/s。為完善新澆混凝土在爆破振動(dòng)下的安全標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

新澆混凝土；爆破振動(dòng)；混凝土齡期；安全振速

在爆破施工與澆注混凝土交叉并行施工的情況下，會(huì)引起爆破振動(dòng)對(duì)臨近新澆混凝土的擾動(dòng)問(wèn)題，如地下工程爆破開挖與澆筑混凝土支護(hù)圍巖，水電工程中爆破開挖與大壩混凝土澆筑。工程資料與試驗(yàn)數(shù)據(jù)均表明，爆破振動(dòng)對(duì)新澆混凝土產(chǎn)生不利影響，我國(guó)相關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)[1-2]均將3天內(nèi)的新澆混凝土劃分為同一個(gè)齡期，并給出相應(yīng)的安全振速標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。而實(shí)際上，0～3天齡期是混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)最快的階段，工程經(jīng)驗(yàn)表明齡期在12 h內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)最快且對(duì)外界擾動(dòng)最敏感，齡期大于24 h后強(qiáng)度增長(zhǎng)速率減緩而抵抗外界擾動(dòng)能力增強(qiáng)，當(dāng)齡期增長(zhǎng)到72 h后時(shí)強(qiáng)度大幅度提高，約達(dá)到28天齡期強(qiáng)度的60%，抗外界擾動(dòng)能力也大幅提高。因此，給定0～3天齡期的混凝土為同一個(gè)安全振速標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于籠統(tǒng)，也不利于施工過(guò)程對(duì)安全判據(jù)的把握[3-4]。李毅敏等[5]采用室內(nèi)模型試驗(yàn)的方法，對(duì)1、2、3、5、7、10天齡期混凝土試件進(jìn)行落錘振動(dòng)沖擊試驗(yàn)，得出振動(dòng)擾動(dòng)下強(qiáng)度與齡期的關(guān)系。戴思南等[6]采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)大尺寸混凝土結(jié)構(gòu)在1、3、7天齡期下受爆破振動(dòng)擾動(dòng)進(jìn)行研究，確定出各齡期混凝土爆破振動(dòng)安全允許控制值。谷海清[7]采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法對(duì)1天和3天齡期的樁基混凝土進(jìn)行抵抗爆破振動(dòng)能力試驗(yàn)，給出1天和3天齡期混凝土的允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度分別為2～3 cm/s和6～8 cm/s。盧文波等[8-9]建立新澆混凝土在爆破Rayleigh波作用下的理論計(jì)算模型，由此采用數(shù)值模擬方法得出1、3、7、28天齡期混凝土的爆破安全振速。相關(guān)研究均得出規(guī)范給定的新澆混凝土的安全振速標(biāo)準(zhǔn)較為保守，而且不夠細(xì)化，特別是針對(duì)0～3天內(nèi)的數(shù)據(jù)過(guò)于籠統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外尚缺少不同強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)混凝土3天內(nèi)的爆破安全振速標(biāo)準(zhǔn)，這些方面的研究工作還有待進(jìn)一步開展。

表1 規(guī)范給出的新澆混凝土安全振速

基于此研究現(xiàn)狀，本文對(duì)0～3天齡期混凝土進(jìn)一步細(xì)化，分別為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h，并分別監(jiān)測(cè)5個(gè)齡期混凝土在露天深孔臺(tái)階爆破振源作用下的損傷和強(qiáng)度折減，對(duì)安全振速臨界值進(jìn)行探討，以完善上述研究。

1 爆破振動(dòng)對(duì)新澆混凝土影響機(jī)理

水泥作為混凝土中的膠凝材料，隨著齡期的增加，水化反應(yīng)逐漸完全，形成的凝膠體填充顆粒之間空隙，毛細(xì)孔越來(lái)越少，使結(jié)構(gòu)更加緊密，水泥漿體逐漸產(chǎn)生凝結(jié)與硬化，形成堅(jiān)固的整體?；炷两K凝到3天齡期之間的水化反應(yīng)是早期強(qiáng)度形成的關(guān)鍵時(shí)期，正常養(yǎng)護(hù)條件下的普通硅酸鹽水泥3天齡期的強(qiáng)度為28天齡期的40%～60%。在此階段，水泥的水化反應(yīng)還未完全，在爆破振動(dòng)作用下會(huì)形成內(nèi)部隨機(jī)分布的微裂紋或貫通裂紋，這些裂隙不但破壞凝膠體強(qiáng)度的形成，妨礙水化反應(yīng)的正常發(fā)展，而且會(huì)造成混凝土的強(qiáng)度、極限拉應(yīng)變和抗?jié)B性降低，嚴(yán)重的還導(dǎo)致混凝土直接破壞。

初凝前的混凝土受到的爆破振動(dòng)擾動(dòng)相當(dāng)于二次振搗作用，不會(huì)造成破壞。初凝后，過(guò)大的爆破振動(dòng)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時(shí)混凝土內(nèi)部水化熱釋放形成溫度應(yīng)力，徐變及自收縮形成拉應(yīng)力等，而混凝土的抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度還未形成或強(qiáng)度極小，易產(chǎn)生裂紋，造成損傷，影響結(jié)構(gòu)整體性，嚴(yán)重的造成破壞。

爆破振動(dòng)擾動(dòng)對(duì)新澆混凝土影響的特點(diǎn)為：①爆破荷載拉應(yīng)力的影響?；炷潦谴嘈圆牧?，抗拉強(qiáng)度低，極限拉伸小，約為100 με。爆破振動(dòng)擾動(dòng)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，同自身的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力協(xié)同作用下極易超過(guò)抗拉極限產(chǎn)生破壞;②混凝土與邊界耦合的影響。早期混凝土波阻抗、彈模小，與基巖接觸面成為弱耦合界面，爆破應(yīng)力波在界面處發(fā)生反射、透射等一系列復(fù)雜傳播行為，過(guò)大的振速會(huì)造成新澆混凝土在界面處脫開，影響結(jié)構(gòu)整體性;③初凝后，過(guò)量的爆破振動(dòng)會(huì)造成水泥漿與骨料脫開，進(jìn)而形成貫通的裂縫，造成損傷，強(qiáng)度降低;④爆炸應(yīng)力波頻率的影響。在露天臺(tái)階爆破或隧道開挖爆破中所產(chǎn)生的振動(dòng)主頻通常大于20 Hz，而混凝土的1～3階振型的自振頻率小于10 Hz，此種情況下由共振引發(fā)破壞的可能性極小。而大藥量硐室爆破產(chǎn)生的振動(dòng)主頻較低，應(yīng)防止共振引發(fā)的破壞。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

新澆混凝土受爆破振動(dòng)擾動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的核心思想在于：首先，將混凝土試件布置在離爆心距不同距離的測(cè)線上，使其受到不同爆破振速的擾動(dòng)；其次，在相同爆破條件下，對(duì)齡期為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的5組混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，使每組混凝土均受到不同爆破振速作用；最后，測(cè)得不同齡期試件在爆破振動(dòng)擾動(dòng)下的聲波速變化和單軸抗壓強(qiáng)度變化，結(jié)合各測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的振動(dòng)速度，得出損傷擾動(dòng)規(guī)律和強(qiáng)度擾動(dòng)規(guī)律，同時(shí)給出各齡期下爆破振動(dòng)速度允許值。整體測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)流程Fig.1 System processes of experimental test

基于此思想，該試驗(yàn)的具體步驟為：①首先測(cè)定爆破區(qū)域附近的振動(dòng)規(guī)律，由此找出目標(biāo)振速為2～10 cm/s的布點(diǎn)范圍為距爆心15～90 m。②為保證試驗(yàn)條件一致性，應(yīng)使不同齡期混凝土試件在同一次爆破下進(jìn)行試驗(yàn)。基于此，采用按時(shí)間倒推的方法制作試件。如72 h齡期的試件在計(jì)劃試驗(yàn)前的72 h制成，其他齡期以此類推。③試驗(yàn)設(shè)計(jì)距爆破中心由近及遠(yuǎn)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，每測(cè)點(diǎn)放置5種齡期的試件，如圖2中的1號(hào)測(cè)點(diǎn)放置齡期為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的試件，每種齡期3個(gè)試塊，其他測(cè)點(diǎn)依此類推。此時(shí)便實(shí)現(xiàn)了不同齡期試件有相同的爆破振動(dòng)條件。④將擾動(dòng)后的試件養(yǎng)護(hù)至28天齡期后進(jìn)行聲波測(cè)試和強(qiáng)度測(cè)試，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出損傷發(fā)展和強(qiáng)度折減隨爆破振速變化的規(guī)律。

2.2 爆破振源及測(cè)點(diǎn)布置的選擇

振源為露天深孔臺(tái)階爆破，孔深18 m，1排5個(gè)炮孔，單孔裝藥量為150 kg。根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振和新澆混凝土安全振速影響范圍，選定2～10 cm/s左右的振動(dòng)區(qū)域，此區(qū)域在距爆區(qū)15～90 m的范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)布置在一條直線上，共布置五個(gè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)分別為15m、35 m、50 m、70 m和90 m，如圖2所示。具體測(cè)點(diǎn)所選位置不影響工程的正常施工，又能很好得反映爆破對(duì)新澆混凝土實(shí)際振動(dòng)情況。每個(gè)測(cè)點(diǎn)放置5種齡期的混凝土試件，每種齡期有3塊試件，每個(gè)測(cè)點(diǎn)放置一臺(tái)TC-4850測(cè)振儀測(cè)定各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度，試件及測(cè)振儀布置如圖3所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試件布置Fig.2 Field test design and specimens arrangement

圖3 1號(hào)測(cè)點(diǎn)及試件布置Fig.3 No. 1 measuring point and specimen arrangement

2.3 混凝土試件的制備

混凝土試件的制作參照混凝土試件制作標(biāo)準(zhǔn)[10]，模具為100 mm×100 mm×100 mm，采用該試驗(yàn)場(chǎng)地施工所用配合比，目標(biāo)強(qiáng)度為C40，如表2所示。試件按齡期分五批制備，分別為：6 h，12 h，36 h，48 h和72 h。為保證各齡期試件受到相同的振動(dòng)效應(yīng)，在同一次爆破作業(yè)下將5種不同齡期的試件同時(shí)布置在選定的測(cè)點(diǎn)上，每種齡期混凝土試件3個(gè)。

表2 混凝土配合比

3 試驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析

3.1 試件測(cè)試方法

將受爆破振動(dòng)作用后的試件運(yùn)至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室后3天再進(jìn)行拆模，養(yǎng)護(hù)條件為溫度20±2℃，相對(duì)濕度95%以上，待滿至28天后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括超聲波測(cè)試和單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試。其中超聲波測(cè)試試件的縱波波速，采用表面直透法，即發(fā)射端的超聲脈沖經(jīng)過(guò)被測(cè)試件后將攜帶其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)等信息，經(jīng)接收端接收，是混凝土無(wú)損檢測(cè)中常用的方法；抗壓強(qiáng)度的測(cè)試使用萬(wàn)能壓力機(jī)。

3.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

經(jīng)測(cè)試，分別得到了各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)和各試件的縱波波速及抗壓強(qiáng)度。其中，振動(dòng)數(shù)據(jù)為各測(cè)點(diǎn)的基本信息，如表3所示，測(cè)點(diǎn)1的爆破振型如圖4所示。以三相合成振速為表征值，其范圍為2.3～11.7 cm/s，符合試驗(yàn)方案設(shè)定情況，主頻范圍均大于25 Hz，而理論計(jì)算得出混凝土塊1～3階振型頻率一般小于10 Hz，在此測(cè)區(qū)內(nèi)不會(huì)因共振效應(yīng)而產(chǎn)生破壞[11]。

表3 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)

圖4 測(cè)點(diǎn)1的爆破振型圖Fig.4 Blasting vibration type of the test point 1

3.3 試件損傷規(guī)律

損傷變量是巖石損傷力學(xué)理論的核心問(wèn)題，巖石的損傷變量反映巖石內(nèi)部損傷的情況，巖石損傷力學(xué)研究中，很多都用連續(xù)損傷力學(xué)分析巖石的損傷變量。最基本、應(yīng)用最多的是用彈性波速變化來(lái)計(jì)算損傷：

(1)

式中：Vpr為受爆破振動(dòng)作用后的試件縱波波速；Vp為未受爆破振動(dòng)作用的試件縱波波速。

根據(jù)式(1)得出混凝土試件的損傷如表4所示，該表中縱波值為各齡期3塊試件的平均值。為研究各齡期下混凝土受爆破振動(dòng)擾動(dòng)后的損傷發(fā)展規(guī)律，將損傷與振速相關(guān)聯(lián)，分別構(gòu)建縱橫對(duì)比，橫向?qū)Ρ炔煌g期下?lián)p傷發(fā)展與振速的規(guī)律，縱向?qū)Ρ炔煌袼傧聯(lián)p傷發(fā)展與齡期的規(guī)律。如圖5所示。

表4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)混凝土損傷

圖5 試件損傷與振動(dòng)速度關(guān)系Fig.5 Relationship between the damage value and the vibration velocity

由表4數(shù)據(jù)和圖5(a)曲線走勢(shì)可以看出，試件的齡期越短，受爆破振速影響越大。其中，6 h齡期混凝土的損傷隨爆破振速增大迅速增長(zhǎng)，振速?gòu)?.301 cm/s增大到3.707 cm/s階段其損傷從0.078增長(zhǎng)至0.187，增長(zhǎng)最快、增幅最大；在振速增至7.922 cm/s的階段，損傷緩慢增加，當(dāng)振速再增大時(shí)損傷已變化不大，表明6 h齡期混凝土最易受爆破振動(dòng)的擾動(dòng)，較小的振速就能產(chǎn)生較大的損傷，當(dāng)振速超過(guò)一定量時(shí)混凝土試件內(nèi)部裂隙已貫通，基本失去承載能力。12 h齡期混凝土損傷發(fā)展曲線較6 h下降較多，但在2.301 cm/s振速下?lián)p傷依然大于0.05，從損傷發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，振速?gòu)?.301 cm/s增大到3.707 cm/s階段時(shí)損傷并未明顯上升，而振速在5.465 cm/s時(shí)損傷突然增大，隨后又平穩(wěn)發(fā)展，表明12 h齡期混凝土抵抗爆破振動(dòng)能力有所上升。36 h齡期混凝土在振速小于5 cm/s時(shí)損傷小于0.05，且隨著爆破振速增加損傷發(fā)展緩慢，表明該齡期混凝土已經(jīng)具有一定的抵抗爆破振動(dòng)能力。48 h和72 h齡期的混凝土受振速影響產(chǎn)生的損傷發(fā)展情況整體相似，損傷量較之前情況明顯減小，只有當(dāng)振速大于10 cm/s時(shí)試件損傷才超過(guò)0.05。

由圖5(b)可得，在相同振速下，試件損傷隨齡期的增長(zhǎng)而降低；隨齡期的增長(zhǎng)，較高振速下?lián)p傷的降低幅度和速度均大于較低振速下的幅度和速度。振速為11.703 cm/s時(shí)，在齡期由6 h增至12 h階段，損傷急劇下降；在齡期增至48 h階段內(nèi)，損傷緩慢下降；在齡期增至72 h階段內(nèi)，損傷發(fā)展較為平穩(wěn)，但損傷仍大于0.05，表明齡期在72 h以內(nèi)的混凝土，在受到大于10 cm/s爆破振動(dòng)時(shí)均造成較大破壞。振速為7.922 cm/s和5.465 cm/s時(shí)，損傷隨齡期的發(fā)展趨勢(shì)與振速為11.703 cm/s時(shí)基本相同，但損傷曲線整體較之下降較多，在齡期增至36 h后損傷均小于0.05。振速為3.707 cm/s和2.301 cm/s時(shí)，兩者的主要差異在6 h至12 h階段，3.707 cm/s的振速對(duì)6 h齡期混凝土仍造成較大損傷，并在12h時(shí)產(chǎn)生拐點(diǎn)，而2.301 cm/s的振速對(duì)6 h齡期混凝土產(chǎn)生的損傷較小，約為0.078，但兩者在12 h齡期后損傷發(fā)展曲線基本重合。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和分析，將損傷小于0.05為判定標(biāo)準(zhǔn)[12]，可得齡期為6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的混凝土安全振速分別為：2 cm/s，2 cm/s，5 cm/s，7 cm/s和10 cm/s。

3.4 抗壓強(qiáng)度測(cè)試及結(jié)果分析

抗壓強(qiáng)度是混凝土的重要力學(xué)指標(biāo)，它直接決定了結(jié)構(gòu)物的可靠性與穩(wěn)定性。受爆破振動(dòng)作用的混凝土強(qiáng)度會(huì)有一定程度的折減，當(dāng)振速過(guò)大時(shí)可能造成開裂破壞，因此，抗壓強(qiáng)度測(cè)試是一項(xiàng)必需的實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)組試件和對(duì)比組試件的28天齡期抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表5所示，每個(gè)齡期有6組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)下有3塊試件。

表5 試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由于不同齡期試件分批制作，強(qiáng)度有少許差異，為方便觀測(cè)，將同一齡期試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理：

(2)

式中：P為受爆破振動(dòng)作用后的試件強(qiáng)度；P0為未受爆破振動(dòng)作用的試件強(qiáng)度。

取3塊試件的平均值后，將強(qiáng)度歸一值與振速關(guān)聯(lián)，分別構(gòu)建不同齡期時(shí)強(qiáng)度歸一值與振速的規(guī)律，以及不同振速下強(qiáng)度歸一值與齡期的關(guān)系。如圖6所示。

圖6 強(qiáng)度與振動(dòng)速度關(guān)系Fig.6 Relationship between strength and vibration velocity

由圖6(a)可得，齡期越短，試件強(qiáng)度受爆破振速影響越大，此規(guī)律與損傷發(fā)展相同。其中，6 h齡期混凝土強(qiáng)度隨爆破振速下降幅值最多、最快，在振速為2.301 cm/s時(shí)強(qiáng)度已下降至93.5%，隨著振速增大強(qiáng)度持續(xù)降低，當(dāng)振速為11.703 cm/s時(shí)，強(qiáng)度降低為84.3%，表明6h齡期混凝土極易受到爆破振動(dòng)破壞，此階段混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制周邊爆破條件。12 h齡期混凝土在2.301 cm/s振速下，強(qiáng)度降低至94.7%，強(qiáng)度隨著振速增大依次減小，但幅度明顯減小，在大于5 cm/s振速后強(qiáng)度變化較為平穩(wěn)，在最大振速11.703 cm/s時(shí)，強(qiáng)度減小至90.1%，表明12 h齡期混凝土抵抗爆破振動(dòng)能力有所上升。36 h齡期混凝土在小于4 cm/s振速下，強(qiáng)度基本不減小，在大于4 cm/s振速下，強(qiáng)度由97%逐漸降低至91.3%，表明此時(shí)混凝土已具有一定的抵抗爆破振動(dòng)能力。48 h和72 h齡期混凝土在小于5.465 cm/s振速下，強(qiáng)度下降至95.6%，在振速為5.465 cm/s至11.703 cm/s階段，強(qiáng)度變化很小，下降至94%。

圖6(b)可以得出各振速下試件強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律，即隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土抵抗爆破振動(dòng)的能力增大。當(dāng)振速為11.703 cm/s時(shí)，在6 h到12 h齡期階段，混凝土強(qiáng)度由84.3%快速上升至90.1%，此階段上升量最大；隨著齡期增至48 h，此階段混凝土強(qiáng)度平穩(wěn)上升至94.5%；當(dāng)齡期增至72 h時(shí)，強(qiáng)度已不再增大。當(dāng)振速為7.922 cm/s時(shí)，在6h到12 h齡期階段，混凝土強(qiáng)度由85.6%上升至91%，此階段同樣上升最快；隨后，強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而減緩，在48 h時(shí)達(dá)到強(qiáng)度增長(zhǎng)極限，此時(shí)強(qiáng)度為94.6%。當(dāng)振速為5.465 cm/s、3.707 cm/s和2.301 cm/s時(shí)，混凝土強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展關(guān)系相似，在6 h到36 h齡期階段，強(qiáng)度平穩(wěn)增大至最高；隨后，強(qiáng)度不隨齡期增大而變大。該圖反映了齡期的增大使混凝土抵抗爆破振動(dòng)的能力增強(qiáng)，當(dāng)振速小于5 cm/s時(shí)，12 h齡期為混凝土抵抗爆破振動(dòng)的一個(gè)拐點(diǎn)；當(dāng)振速大于5 cm/s時(shí)，36 h齡期為混凝土抵抗爆破振動(dòng)的一個(gè)拐點(diǎn)。

根據(jù)強(qiáng)度和損傷的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，結(jié)合95%強(qiáng)度保證率和損傷小于0.05的雙重判定標(biāo)準(zhǔn)，給出齡期為0～3天C40混凝土的安全振速，如表6所示。由本試驗(yàn)和相關(guān)資料[13-16]可知，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)給出新澆筑混凝土爆破安全振動(dòng)速度具有較大的安全儲(chǔ)備。

表6 C40新澆混凝土損傷、強(qiáng)度雙標(biāo)準(zhǔn)安全振速

4 結(jié) 論

通過(guò)爆破振動(dòng)對(duì)新澆混凝土影響的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究得到如下結(jié)論：

(1)齡期在12 h以內(nèi)的混凝土，其損傷和強(qiáng)度折減的發(fā)展隨爆破振速的增加而急劇增大，施工過(guò)程中對(duì)齡期12 h內(nèi)的混凝土應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)并采取有效的減振措施。齡期大于36 h后，損傷和強(qiáng)度折減的發(fā)展隨爆破振速的增加明顯減緩，36 h齡期為混凝土抵抗爆破振動(dòng)的一個(gè)拐點(diǎn)。

(2)隨著齡期的增長(zhǎng)，新澆混凝土的損傷和強(qiáng)度受振動(dòng)的影響依次減小。給出了以95%強(qiáng)度保證率和損傷小于0.05的雙重指標(biāo)為判定依據(jù)的爆破振動(dòng)允許值：6 h、12 h、36 h、48 h和72 h齡期混凝土的安全振速分別為2 cm/s、2 cm/s、4 cm/s、5 cm/s、7 cm/s。

(3)根據(jù)本試驗(yàn)研究結(jié)果和國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程及試驗(yàn)研究結(jié)論，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)給出新澆筑混凝土爆破安全振動(dòng)速度具有較大的安全儲(chǔ)備。但在具體工程中，對(duì)爆破安全振動(dòng)速度的限值沒(méi)有把握的情況下，采用嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)當(dāng)?shù)摹?/p>

(4)本試驗(yàn)只針對(duì)C40混凝土做出相關(guān)研究，目前我國(guó)尚缺少各種強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)下新澆混凝土和鋼筋混凝土構(gòu)件的爆破安全振速判定試驗(yàn)，具有一定的研究空間。

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Experimental study on the influence of blasting vibration on fresh concrete

WU Shuaifeng1, WANG Ge2, YUAN Dongkai1, LIU Dianshu1

(1. School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China;2. Kaifeng Institute of Product Quality Supervision and Inspection, Kaifeng 475000, China)

In order to inspect the safety vibration velocity of fresh concrete under blasting vibration, and ensure the reliability of concrete structure, open-pit longhole blasting was used as a vibration source to test the C40 concrete at the vibration velocity of 2-10 cm/s and the age of 6 h,12 h,36 h,48 h and 72 h. The following results were obtained by testing the longitudinal wave velocity and compressive strength of specimens at various ages under vibration effect: at the age of 6 h and 12 h, 2.3 cm/s of blasting vibration velocity may cause damage degree greater than 0.05 and strength reduction greater than 5%; at the age of 36 h, 48 h and 72 h, the vibration velocity which can cause damage and strength reduction of concrete is 4 cm/s, and the age of 36 h is the inflection point of raising the anti-vibration ability of concrete; at the age of 72 h, the concrete shows proper anti-vibration performance obviously. Finally, with the double index of damage degree no greater than 0.05 and strength reduction no greater than 5%, the safety vibration velocities of concrete at the age of 6 h, 12 h, 36 h, 48 h and 72 h were determined: 2 cm/s, 2 cm/s, 4 cm/s, 5 cm/s and 7 cm/s, respectively. The results provide reference for improving safety standards of concrete under blasting vibration.

fresh concrete; blasting vibration; concrete age; safety vibration velocity

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51574247;10272109);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20100023110001)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2010QL05)

2016-01-29 修改稿收到日期：2016-04-29

吳帥峰 男，博士，1988年10月生

劉殿書 男，博士，教授，1960年8月生

TU755

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.02.006