水下不分散混凝土抗凍融性能試驗研究

米勝東 ，李沛 ，2

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.河北工業(yè)大學，天津 300401）

0 引言

自20世紀70年代水下不分散混凝土作為一項新的水下混凝土施工技術(shù)被研制開發(fā)以來，已經(jīng)廣泛應用于電站、隧洞、橋梁、煤礦和市政建設等實際工程中，并取得了很好的效果[1-8]。

水下混凝土不僅要滿足水下混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能要求，還應具有良好的耐久性能。目前，我國國內(nèi)水下混凝土研究大多側(cè)重于水下不分散劑開發(fā)和配合比設計[9-10]，而有關(guān)水下不分散混凝土力學及耐久性等方面的研究則鮮有報道[11]。

本文依據(jù)優(yōu)選原材料及外加劑匹配試驗，設計9種配合比，在配合比滿足強度考核要求前提下，進一步開展不同介質(zhì)水中水下不分散混凝土凍融試驗，研究不同配比條件下，遭受凍融循環(huán)作用的水下不分散混凝土抗凍融性。為水下不分散混凝土在水位變動區(qū)及有抗凍要求環(huán)境中的抗凍融破壞技術(shù)措施提供有效參考，使水下混凝土具有較高的抗環(huán)境侵蝕能力和較長的安全使用壽命。

1 試驗概況

1.1 配合比設計

經(jīng)優(yōu)選原材料及外加劑匹配試驗[15]，確定水下不分散混凝土配合比（表1）。

表1 水下不分散混凝土配合比

其中，水泥采用天津水泥廠駱駝牌P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用天津軍糧城電廠Ⅱ級粉煤灰；磨細礦粉采購于安徽朱家橋水泥有限公司；硅灰采購于挪威?？瞎?；砂為龍口海砂；碎石產(chǎn)自天津薊縣，最大粒徑25mm；拌和用水采用天津飲用水；高效水下不分散劑為中山（純）HYB（聚丙烯酰胺類）；高效減水劑為鎮(zhèn)江特密斯廠生產(chǎn)氨基磺酸鹽系高效減水劑CAN，減水率約25%。

1.2 力學性能試驗

按優(yōu)選的9個配合比（表1），依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》分別成型150mm×150mm×150mm的水上和水下標準試驗試塊，在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至試驗齡期，依據(jù)JTJ 270—98《水運工程混凝土試驗規(guī)程》進行試驗試塊的抗壓及抗拉強度試驗。其中，共成型抗壓強度試驗試塊54組，分別測試7 d、28 d、90 d齡期水上和水下成型試塊強度；共成型抗拉強度試驗試塊36組，分別測試28 d、90 d齡期水上和水下成型試塊強度。

1.3 抗凍融性能試驗

在優(yōu)選的9個配合比的水下不分散混凝土的水上、水下強度比滿足考核目標（7 d齡期大于65%，28 d齡期大于75%）的前提下。按優(yōu)選的9個配合比（表1）、3種介質(zhì)（淡水介質(zhì)、海水介質(zhì)和硫酸鹽腐蝕介質(zhì)），依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》共設計成型27組尺寸為100mm×100mm×400mm的標準抗凍融試驗試塊。在標準條件下養(yǎng)護至28 d齡期，依據(jù)JTJ270—98《水運工程混凝土試驗規(guī)程》進行快速凍融試驗，凍融循環(huán)次數(shù)達250次時試驗終止。

2 力學試驗結(jié)果

依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》要求，對達到試驗齡期的試驗試塊進行力學性能試驗，如圖1所示。顯然，所優(yōu)選9個配合比的水下不分散混凝土的水上與水下強度比7 d齡期大于65%，28 d齡期大于75%，均滿足水下不分散混凝土的強度考核目標。

圖1 力學性能試驗結(jié)果

3 抗凍融試驗結(jié)果及分析

3.1 抗凍融試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：在不同介質(zhì)水中，所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土抗凍等級均達F250，且相應質(zhì)量損失率均小于5%；在不同介質(zhì)水中，摻入優(yōu)質(zhì)活性摻和料可改善水下混凝土的抗凍性，特別是雙摻礦粉和硅灰的水下混凝土抗凍性顯著提高。

限于篇幅，文中僅給出實測9個配合比水下成型試塊在腐蝕性鹽介質(zhì)（SO42-含量1500mg/L）中質(zhì)量損失率、相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化（注：A0為基準配比，在圖2、圖3中將試驗數(shù)據(jù)點用折線連接，以區(qū)別與其他試驗配比）。

圖2 試驗試塊質(zhì)量損失率試驗結(jié)果

圖3 試驗試塊相對動彈性模量試驗結(jié)果

3.2 腐蝕介質(zhì)對混凝土抗凍融性能的影響

依據(jù)上述試驗結(jié)果，分析得不同配合比水下成型試塊在淡水介質(zhì)（DS）、海水介質(zhì)（HS）及腐蝕性鹽介質(zhì)（LS：SO42-含量1500mg/L）中質(zhì)量損失率、相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律（限于篇幅，文中僅給出典型試驗結(jié)果），見圖4、圖5。不難得到如下結(jié)論：

圖4 質(zhì)量損失率

圖5 相對動彈性模量

1）水下混凝土在海水介質(zhì)和淡水介質(zhì)中的抗凍性能差異不大，即海水介質(zhì)和淡水介質(zhì)中的水下不分散混凝土抗凍融性能差異不大；

2）在本次試驗研究中，采用了SO42-含量為1500mg/L的強硫酸鹽腐蝕性介質(zhì)，在300次的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，硫酸鹽對水下混凝土侵蝕作用尚不明顯，同時由于鹽溶液降低冰點的作用，反而可提高混凝土的抗凍性能，因此在較少的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)硫酸鹽的腐蝕作用尚未充分發(fā)揮；

3）綜上所述，在300次凍融循環(huán)內(nèi)，各介質(zhì)水中水下不分散混凝土抗凍融破壞性能差異不大。

4 結(jié)語

1）所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土的水上、水下強度比7 d齡期均大于65%，28 d齡期均大于75%，滿足水下不分散混凝土的強度考核目標；

2）在不同介質(zhì)水中，所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土試塊抗凍等級均達F250，且相應質(zhì)量損失率均小于5%；

3）摻加優(yōu)質(zhì)摻和料后，水下混凝土抗凍性明顯優(yōu)于基準混凝土，特別是雙摻礦粉和硅灰的水下混凝土抗凍性顯著提高；

4）在300次的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，本文各腐蝕介質(zhì)對按優(yōu)選配合比成型的水下不分散混凝土的抗凍融破壞性能影響不大，即本文采用配合比不僅滿足水下不分散混凝土的力學性能要求，還具有良好的抗凍融性能。

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