混凝土鹽凍循環(huán)試驗(yàn)研究

徐靜

【摘要】鹽凍破壞是絕大多數(shù)混凝土構(gòu)件破壞的原因，為研究水工混凝土的抗凍耐久性對(duì)于提高水工建筑物的使用壽命的影響因素，應(yīng)用相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備對(duì)混凝土構(gòu)件鹽凍循環(huán)試驗(yàn)?zāi)途眯赃M(jìn)行相關(guān)研究。并得到以下結(jié)論：1）鹽凍循環(huán)以后，濕篩混凝土出現(xiàn)了砂漿剝落的現(xiàn)象。并且隨著鹽凍循環(huán)次數(shù)的增加，表面剝落情況越明顯。2）濕篩混凝土小試件在鹽凍循環(huán)至100次表面就出現(xiàn)了微小的孔洞，并且出現(xiàn)骨料外露，且鹽凍循環(huán)至200次時(shí)可以明顯發(fā)現(xiàn)試件表面粗骨料已經(jīng)全部暴露，且剝落較多，特別是邊角處。

【關(guān)鍵詞】鹽凍；耐久性；凍融循環(huán)

1、引言

混凝土受鹽凍破壞，是我國(guó)水工、海工混凝土結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的主要耐久性病害。已有調(diào)查表明，嚴(yán)寒地區(qū)，絕大多數(shù)的水工混凝土結(jié)構(gòu)由于常年處于水環(huán)境中，基本上都存在著不同程度的凍害問(wèn)題。有的工程更是在竣工后不久就遭受了嚴(yán)重的凍害。除了“三北”地區(qū)以外，在氣候比較溫和，但冬天任然出現(xiàn)冰凍的華東、華中，如山東、安徽、江蘇、湖北等地，也存在著凍融劣化破壞現(xiàn)象[1]。因此，研究水工混凝土的抗凍耐久性對(duì)于提高水工建筑物的使用壽命有著非常重要的意義。

2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1試驗(yàn)設(shè)備

本文試驗(yàn)所用到的主要試驗(yàn)設(shè)備有：電子稱(chēng)、自落式混凝土攪拌機(jī)、數(shù)顯回彈儀、振弦采集儀、混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)、混凝土厚度測(cè)試儀、動(dòng)彈性模量測(cè)試儀、微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)等等。

2.1.1混凝土厚度測(cè)試儀

本文采用CTG-1型混凝土厚度測(cè)試儀以及其自帶的CRG-1T系統(tǒng)。該儀器主要由：帶電纜的CTG-1主機(jī)、測(cè)試探頭（包括傳感器、螺線(xiàn)管沖擊器，用于THIN模式測(cè)試）、用于THICK模式測(cè)試的外加小錘，如圖所示。該儀器的主要原理是當(dāng)堅(jiān)硬的物體沖擊混凝土表面時(shí)，形成一瞬間應(yīng)力脈沖。該應(yīng)力脈沖由壓縮波、剪切波以及瑞利波組成。壓縮波和剪切波沿著圓形波陣面?zhèn)魅朐圀w，瑞利波沿著表面?zhèn)鞑?。?dāng)壓縮波和剪切波在傳播過(guò)程中遇到缺陷或者邊界時(shí)，由于兩種介質(zhì)的聲阻抗率不同，應(yīng)力波在這些界面處將發(fā)生反射。這樣，在表面與界面之間產(chǎn)生多重反射，結(jié)果形成類(lèi)似諧振條件。當(dāng)把傳感器置于沖擊點(diǎn)附近時(shí)，即可撤出該處由于多次反射波引起的表面位移響應(yīng)。同時(shí)該儀器也可以在已知厚度的混凝土試件上測(cè)試其應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部的傳播速度，通過(guò)波速也可以有效的判定混凝土內(nèi)部的損傷情況。

2.1.2動(dòng)彈性模量測(cè)試儀

本文試驗(yàn)所制備的100mm*100mm*400mm的濕篩混凝土棱柱體在鹽凍循環(huán)試驗(yàn)時(shí)每?jī)鋈谘h(huán)25次均用該NEL-DTA型動(dòng)彈性模量測(cè)試儀測(cè)試其共振頻率，通過(guò)公式計(jì)算出混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量，該指標(biāo)是用來(lái)檢測(cè)濕篩混凝土試件在鹽凍循環(huán)過(guò)程中內(nèi)部的損傷程度。該設(shè)備主要由：動(dòng)彈儀測(cè)試主臺(tái)、混凝土振動(dòng)臺(tái)、傳感器固定支架組成。

2.1.3混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備

本文中所使用的快速凍融試驗(yàn)箱是：TDRF-2型風(fēng)冷式混凝土快速凍融試驗(yàn)裝置，如圖所示。該凍融試驗(yàn)箱是參照國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[2]中的“混凝土抗凍性試驗(yàn)”、交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTGE30-2005《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的“混凝土抗凍性試驗(yàn)（快凍法）”、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082 -2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》[3]中的“快凍法”的要求。因而也適用于執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)的鹽凍循環(huán)試驗(yàn)。該設(shè)備主要由以下幾部分組成：電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)、凍融試驗(yàn)箱、制冷系統(tǒng)、加熱及載冷劑循環(huán)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)（冷卻系統(tǒng)至于室外）。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)需要將混凝土試件放入不銹鋼試件盒中，再在試件盒中注入鹽水，最后將試件盒靜置于凍融箱內(nèi)進(jìn)行鹽凍循環(huán)試驗(yàn)。凍融箱內(nèi)充滿(mǎn)凍融液，該凍融液的冰點(diǎn)為-45℃左右，因此可以有效的充當(dāng)凍融循環(huán)介質(zhì)[4-5]。

2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文采用3%的NaCl溶液作為凍融介質(zhì)進(jìn)行鹽凍循環(huán)試驗(yàn)，按照現(xiàn)行的規(guī)范《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[6]中的混凝土抗凍性試驗(yàn)對(duì)濕篩混凝土試件（試件規(guī)格為100mm*100mm*400mm的棱柱體試件和試件規(guī)格為150mm*150mm*150mm立方體試件）進(jìn)行了0、25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300次的鹽凍循環(huán)試驗(yàn)。

3、試驗(yàn)現(xiàn)象分析

由于本次試驗(yàn)所制作的混凝土試件在拌制時(shí)添加了減水劑和引氣劑，引氣劑的存在大大提高了混凝土的抗凍性，因此本文中所制作的混凝土試件凍融循環(huán)后表面剝落情況沒(méi)有普通混凝土嚴(yán)重。由試驗(yàn)現(xiàn)象可以看出，濕篩混凝土試件表面的剝落情況是下部較嚴(yán)重，上部較輕微，本文推測(cè)可能是由于鹽凍過(guò)程中，鹽溶液在靜置時(shí)發(fā)生了沉淀，溶液濃度由上到下不均勻，且濃度由上到下逐漸增大，因此導(dǎo)致了混凝土試件鹽凍不均勻的現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)：

1）鹽凍循環(huán)以后，濕篩混凝土出現(xiàn)了砂漿剝落的現(xiàn)象。并且隨著鹽凍循環(huán)次數(shù)的增加，表面剝落情況越明顯。

2）濕篩混凝土小試件在鹽凍循環(huán)至100次表面就出現(xiàn)了微小的孔洞，并且出現(xiàn)骨料外露，且鹽凍循環(huán)至200次時(shí)可以明顯發(fā)現(xiàn)試件表面粗骨料已經(jīng)全部暴露，且剝落較多，特別是邊角處。

由鹽凍循環(huán)試驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了較多混凝土構(gòu)件表層問(wèn)題，后期將進(jìn)行更多試驗(yàn)對(duì)比從質(zhì)量、溫度、變形值來(lái)說(shuō)明混凝土構(gòu)件的耐久性問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉艷霞，陳改新，魯一暉.大壩全級(jí)配混凝土抗凍性的試驗(yàn)研究.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2011，（1）：139-143.

[2]慕儒，繆昌文.硫酸鈉溶液對(duì)混凝土抗凍性的影響.建筑材料學(xué)報(bào)，2001，4（4）：311-317.

[3]高建明.摻礦渣微粉混凝土的抗凍性試驗(yàn)研究.混凝土與水泥制品，2002，（5）：13-17.

[4]冀曉東.凍融后混凝土力學(xué)性能及鋼筋混凝土粘結(jié)性能的研究，博士論文，大連理工大學(xué)，2007：64-69.

[5]楊兵，王伯求.凍融循環(huán)作用下不同混凝土的力學(xué)性能對(duì)比分析，中國(guó)科技信息，2009，（8）：54-59.

[6]中華人名共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程（SL352-2006）.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.