受凍條件對混凝土抗凍性的影響

李　靜

(沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司， 遼寧 沈陽　110006)

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受凍條件對混凝土抗凍性的影響

李靜

(沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司， 遼寧 沈陽110006)

【摘要】本文分別以氣凍、干濕凍融、飽和凍融為條件，經(jīng)過125次凍融循環(huán)，每25次凍融循環(huán)結(jié)束后對混凝土強(qiáng)度、質(zhì)量進(jìn)行對比，研究水工混凝土在凍融循環(huán)條件下的性能，得出在不同受凍條件下，混凝土經(jīng)凍融循環(huán)后，在干濕凍融狀態(tài)下的凍融破壞最為嚴(yán)重，其次是飽和凍融的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】氣凍；干濕凍融；飽和凍融；水工混凝土

隨著我國對水電資源的重視，開發(fā)興建了許多重要的水利水電樞紐工程，這些工程對國家建設(shè)、經(jīng)濟(jì)增長、居民生活等起到了重大作用。在水利工程中，水工建筑物中的混凝土長期處于水浸或干濕狀態(tài)，混凝土內(nèi)部有足量的可凍水，在凍結(jié)溫度下，產(chǎn)生巨大壓力，當(dāng)超過混凝土抗拉強(qiáng)度時則產(chǎn)生局部裂縫。在多次凍融循環(huán)作用下，這種破壞作用反復(fù)進(jìn)行，裂縫不斷擴(kuò)展，相互貫通，使混凝土性能不斷劣化，最終導(dǎo)致破壞。許多混凝土建筑物因抗凍性能差，在建成后短時間內(nèi)就出現(xiàn)了不同程度的凍融破壞，從而影響建筑物的使用性能及壽命，對工程的安全構(gòu)成威脅，并且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此水工混凝土抗凍性能成為混凝土耐久性的重點(diǎn)。本文主要研究了不同受凍環(huán)境及條件對混凝土的破壞程度。

1原材料及配合比

水泥：本試驗使用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

骨料：粗骨料(5～40mm),卵石。

細(xì)骨料：中砂，河砂。

減水劑：聚羧酸減水劑。

表1為混凝土配合比。

表1　C30混凝土配合比

2試驗方法

2.1試驗步驟

a.根據(jù)配合比制備混凝土，調(diào)節(jié)混凝土和易性，使混凝土的坍落度在50～70mm之間。

b.制樣成型24h后拆模，在溫度(20±2)℃、相對濕度95%以上條件下標(biāo)養(yǎng)28d；

c. 28d齡期結(jié)束后，試驗得出強(qiáng)度，每組取三塊進(jìn)行標(biāo)號。

d.進(jìn)行不同受凍條件凍融循環(huán)。

2.2受凍條件

根據(jù)水工混凝土所處水位變化區(qū)的實際情況，確定如下受凍條件：

a.試件在無水大氣狀態(tài)下。

b.試件在干—濕狀態(tài)下。

c.試件在飽和狀態(tài)下。

2.3凍融制度

凍融時，試件中心的最高溫度和最低溫度控制在5℃和-16℃，每次凍融循環(huán)約在4h內(nèi)完成，其中融化時間約1.5h，凍結(jié)時間約2.5h。凍結(jié)與融化結(jié)束后，試件中心溫度應(yīng)控制在(-18±2)℃和(5±2)℃。凍融循環(huán)共125次。

2.4干濕循環(huán)制度

為營造干濕效果，制造干濕條件，本試驗使用烘箱進(jìn)行干燥，干燥溫度為60℃。28d后，在清水中浸泡混凝土使其濕潤，時間為18h，然后放入烘箱中干燥，時間為6h；一次干濕循環(huán)為24h。自然冷卻后進(jìn)行凍融循環(huán)。凍融循環(huán)25次，干濕循環(huán)6次為一次大循環(huán)，共進(jìn)行5次大循環(huán)。

2.5測試指標(biāo)

每次凍融循環(huán)結(jié)束后測量混凝土的質(zhì)量損失與強(qiáng)度損失。

3結(jié)果分析

3.1混凝土強(qiáng)度損失率變化

表2為混凝土經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)后抗壓強(qiáng)度損失率，圖1為混凝土抗壓強(qiáng)度損失率隨凍融次數(shù)的變化規(guī)律。

表2　混凝土強(qiáng)度損失率　單位：%

圖1　混凝土強(qiáng)度損失隨循環(huán)周期變化情況

由圖1可見，干—濕凍融與飽和凍融相比破壞性更強(qiáng)。循環(huán)結(jié)束后，兩種混凝土強(qiáng)度均有明顯下降，干—濕凍融混凝土強(qiáng)度下降50.31%，飽和凍融混凝土強(qiáng)度下降37.01%，空氣中受凍混凝土強(qiáng)度下降3.68%。干—濕凍融與飽和凍融作用加速了混凝土受凍破壞。本試驗中混凝土凍融次數(shù)總和僅為125次，但強(qiáng)度下降明顯，說明干濕循環(huán)對混凝土受凍破壞的加速作用十分明顯。

3.2凍融循環(huán)過程中混凝土的質(zhì)量損失

混凝土的質(zhì)量損失反映出混凝土的表面破壞程度，本試驗在每次不同受凍條件下凍融循環(huán)結(jié)束后將浸泡后的混凝土表面水分擦干，測量相同三塊混凝土的質(zhì)量，表3為混凝土在各次循環(huán)結(jié)束后的質(zhì)量損失，并繪制質(zhì)量損失隨循環(huán)次數(shù)變化折線圖(見圖2)。

表3　混凝土質(zhì)量損失率　單位：%

圖2　混凝土質(zhì)量損失情況

由表3以及圖2可見，在不同的受凍條件下，水工混凝土受凍后質(zhì)量損失存在顯著差異：氣凍125次后混凝土的質(zhì)量損失率僅為0.42%，干—濕凍融125次后混凝土的質(zhì)量損失率達(dá)到了4.15%，是氣凍質(zhì)量損失率的10倍，飽和凍融后混凝土的質(zhì)量損失也很大，遠(yuǎn)大于氣凍條件下混凝土的質(zhì)量損失，略低于干—濕凍融條件下的混凝土的質(zhì)量損失。在125次凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，受凍混凝土的質(zhì)量損失率均近似呈直線增加，但在不同受凍條件下，直線的斜率不同，質(zhì)量損失率增加的幅度不同，隨著凍融次數(shù)的增加，干—濕凍融造成的混凝土質(zhì)量損失率更大。

3.3受凍條件對混凝土抗凍性能影響的理論分析

a.干—濕受凍條件下凍融對混凝土變形的影響?；炷猎诟伞獫裱h(huán)條件下受凍的過程中，因吸水而產(chǎn)生濕脹，失水產(chǎn)生收縮[1]。干—濕凍融導(dǎo)致混凝土內(nèi)部相對濕度的周期性變化，從而導(dǎo)致膨脹-收縮的交替應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生“疲勞效應(yīng)”，在造成混凝土的變形脹縮周期性變化的同時，使混凝土內(nèi)部濕度呈梯度變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，有可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的裂紋，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大時，甚至?xí)驗楦伞獫裱h(huán)作用產(chǎn)生較大的開裂而退出工作，這樣一種作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷，將會大大降低混凝土的抗凍性能[2]。這些因素可能是導(dǎo)致本試驗研究中的混凝土試樣經(jīng)過干—濕凍融后的抗壓強(qiáng)度損失及質(zhì)量損失明顯大于氣凍及飽和受凍的強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失的直接誘因。

圖3　混凝土不同受凍條件下凍融循環(huán)前后表面狀態(tài)對比

b.不同受凍條件下混凝土的內(nèi)應(yīng)力。干—濕循環(huán)條件為：在60℃烘箱中烘干6h，隨后放入15℃左右的水中讓混凝土冷卻與潤濕。這種冷熱交替作用，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力會使混凝土表面形成較多的細(xì)小微裂紋。這些裂紋的產(chǎn)生，會使混凝土在下一次循環(huán)時，產(chǎn)生更嚴(yán)重的應(yīng)力不均，加速表面裂紋產(chǎn)生，使裂紋擴(kuò)展，甚至產(chǎn)生表面脫落，增加質(zhì)量損失，抗壓強(qiáng)度快速降低。而在氣凍和飽和凍融下，這種應(yīng)力明顯降低，表面和內(nèi)部的應(yīng)力梯度也減小，表面裂紋少，脫落也少。圖3為混凝土不同受凍條件下凍融循環(huán)前后表面狀態(tài)對比情況，表面狀態(tài)的變化反映了混凝土表面破損情況。

4結(jié)語

本次試驗通過對混凝土在不同受凍凍融循環(huán)條件下的強(qiáng)度損失與質(zhì)量損失的測量，直觀地反映出了不同受凍條件下混凝土的破壞程度與表面侵蝕程度。試驗得出以下結(jié)論：干—濕凍融循環(huán)對于混凝土的破壞程度明顯高于混凝土飽和凍融循環(huán)破壞與氣凍，干—濕循環(huán)引起了混凝土變形、表面開裂，結(jié)構(gòu)發(fā)展減慢，與凍融循環(huán)共同作用增大了受凍損傷。因此，對于處于不同受凍凍融循環(huán)條件下的混凝土，在施工過程中應(yīng)根據(jù)混凝土所處位置條件，注重增加其抗凍性，并提供合理的對應(yīng)方法，保障工程質(zhì)量安全，減少不必要的損失。

參考文獻(xiàn)

[1]高原，張君，孫偉.干濕循環(huán)下混凝土濕度與變形的測量[J]．清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012(2):144-149.

[2]黃瑜，祁錕，張君．早齡期混凝土內(nèi)部濕度發(fā)展特征[J]．清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007(3):309-312．

Influence of freezing conditions on concrete anti-frost resistance

LI Jing

(ShenyangXingyuWaterResourcesConstructionEngineeringQualityTestCo.,Ltd.,Shenyang110006,China)

Abstract:In the paper, air freezing, dry-humidity freeze thawing, and saturated freeze thawing are regarded as conditions respectively. Concrete strength and quality are compared after each 25 times freeze-thaw cycle after freeze-thaw cycle for 125 times. The performance of hydraulic concrete under the freeze-thaw cycle condition is studied. It is concluded that the concrete freeze-thaw damage is the most serious and saturated freez-thaw damage is the second most serious under dry-humidity freeze thawing state after freeze-thaw cycle under different freezing conditions.

Key words:air freezing; dry-humidity freeze thawing; saturated freeze thawing; hydraulic concrete

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.05.009

中圖分類號：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241(2016)05- 0026- 04