摻合料混凝土的抗凍性能分析

徐 俊 仇培濤 趙璀璨 鞠雅冬 俞文龍

徐州工程學(xué)院

摻合料混凝土的抗凍性能分析

徐 俊 仇培濤 趙璀璨 鞠雅冬 俞文龍

徐州工程學(xué)院

當(dāng)今混凝土受凍融循環(huán)的損害，導(dǎo)致混凝土的各項(xiàng)性能下降。本文根據(jù)已有的研究對(duì)混凝土的抗凍性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在混凝土的配比中加入粉煤灰，礦粉對(duì)混凝土的抗凍性能有影響，因此本文研究摻合料對(duì)混凝土的抗凍影響。試驗(yàn)中對(duì)這些預(yù)制好的混凝土進(jìn)行快速的凍融循環(huán)后做力學(xué)性能和表面孔隙試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)摻合料對(duì)混凝土的抗凍性能有積極的作用，其中粉煤灰摻合料在35%時(shí)對(duì)提高混凝土的抗凍性能最好。

凍融循環(huán)；摻合料；力學(xué)性能；表面孔隙

1 前言

混凝土是現(xiàn)在最重要的土木工程材料之一。因原料豐富、價(jià)格低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、方便，抗壓強(qiáng)度高、耐久性好等特點(diǎn)。但隨著近現(xiàn)代文明的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境更加復(fù)雜，普通混凝土已不能完全滿足現(xiàn)代建筑的需要。在我國(guó)東北、西北等寒冷地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)由于受到凍融環(huán)境的影響，其性能大打折扣，導(dǎo)致一定的經(jīng)濟(jì)損失。

凍融環(huán)境對(duì)混凝土產(chǎn)生的凍害研究，關(guān)注混凝土在凍融環(huán)境下的力學(xué)性能劣化，展開(kāi)本文的凍融環(huán)境對(duì)鋼筋混凝土耐久性的直接影響研究并研究摻合料對(duì)混凝土的抗凍影響。

2 凍融影響方式

2.1 直接影響

直接影響指的是凍融環(huán)境對(duì)混凝土直接造成凍害。直接影響的對(duì)象主要是混凝土，混凝土在凍融環(huán)境中受到凍脹和融化的交替作用，損傷積累，使得混凝土內(nèi)部的孔隙液凍脹，導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂，剝落。

2.2 間接影響

間接影響是指，凍融循環(huán)對(duì)混凝土其耐久性問(wèn)題所造成的影響，凍融循環(huán)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響是加速氯離子造成鋼筋銹蝕。所以，關(guān)于凍融循環(huán)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的間接影響，主要是凍融環(huán)境對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。

3 試驗(yàn)測(cè)試

3.1 混凝土力學(xué)性能測(cè)試

3.1 .1試驗(yàn)準(zhǔn)備

本試驗(yàn)中使用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，5～20mm的石子和中級(jí)砂，并采用聚羧酸鹽類的高性能減水劑以及F：I級(jí)粉煤灰，G：礦粉作為摻合料。

本試驗(yàn)中使用快速凍融試驗(yàn)機(jī)。試樣應(yīng)在養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行凍融試驗(yàn)，在進(jìn)行凍融試驗(yàn)前4天，將需要凍融的試樣浸入水池中飽水，然后將其從水中取出進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于上面的每類混凝土分為4類，進(jìn)行0、30、60、90次的凍融循環(huán)。

3.1.2試驗(yàn)步驟

用凍融試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行凍融環(huán)作用，凍融循環(huán)次數(shù)分別為0、30、60、90次，測(cè)定混凝土的動(dòng)彈性模量以及抗壓強(qiáng)度值。再放入人工候環(huán)境模擬進(jìn)行劣化，分別在0 d、30 d、110 d、190 d和270 d后取出試樣，進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

（1）相對(duì)動(dòng)彈性模量測(cè)試方法

本試驗(yàn)使用的是動(dòng)彈性模量測(cè)試儀，對(duì)不同試驗(yàn)階段的混凝土試樣進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算相對(duì)動(dòng)彈性模量?；炷猎嚇拥南鄬?duì)動(dòng)彈性模量 pi按照下式進(jìn)行計(jì)算：

pi為經(jīng)N次循環(huán)后第i個(gè)混凝土塊的相對(duì)動(dòng)彈性模量（%）；fn1為經(jīng)N次循環(huán)后第i個(gè)混凝土塊的橫向基頻；fn0為循環(huán)試驗(yàn)前第i個(gè)混凝土塊的橫向基頻初始值。

給出了一組試樣的彈性模量計(jì)算方法。其中，P為經(jīng)過(guò)N次循環(huán)后一組混凝土塊的平均相對(duì)動(dòng)彈性模量（%）

（2）抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法

采用微機(jī)控制電液壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)試樣抗壓強(qiáng)度大于30MPa，其加荷速度取每秒鐘0.5-0.8MPa。加載過(guò)程中記錄下相關(guān)的值。

3.2 混凝土表面孔隙試驗(yàn)

為了揭示混凝土在細(xì)觀中的損傷演化機(jī)理及其與混凝土宏觀性能的關(guān)系。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行細(xì)觀測(cè)試，從細(xì)觀角度對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.2.1孔結(jié)構(gòu)分析法

制樣時(shí)，從混凝土破碎樣塊中選取樣本，制成尺寸大小約為10mm×10mm×10mm的立方體試樣，后將其浸泡在酒精中使之停止水化，在晾干后放入干燥的小瓶，以供觀測(cè)孔隙的試驗(yàn)中使用。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

4.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)經(jīng)過(guò)凍融的循環(huán)后，混凝土的試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。

表1 不同的凍融次數(shù)N后摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度

由上表可知：隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大，混凝土抗壓強(qiáng)度的下降速率由大到小依次為：C3-3＞C3-0＞C3-1＞C3-2；摻入 50%粉煤灰的C3-3試樣在整個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程中，混凝土相對(duì)抗壓強(qiáng)度比普通混凝土的下降速率快，說(shuō)明混凝土的抗凍性能較差；并且摻35%粉煤灰的摻合料混凝土試樣的抗凍性能最強(qiáng)。

4.2 相對(duì)彈性模量

對(duì)經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后，混凝土試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。

表2 不同的凍融次數(shù)N時(shí)摻合料混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量

由上表可知：當(dāng)凍融的循環(huán)次數(shù)為30、60和90次時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈性模量由小到大的排序依次為：C3-3＜C3-5＜C3-7＜C3-0，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7。說(shuō)明摻入50%粉煤灰的試樣抗凍性能最差，隨著凍融次數(shù)的增加，摻入礦粉的抗凍性能較無(wú)摻合料混凝土有所提高，并且其中復(fù)合摻合料對(duì)混凝土抗凍性的提高影響最大。

[1]李雁，海洋腐蝕與凍融環(huán)境下?lián)胶狭匣炷廖锢砹W(xué)性能及損傷機(jī)理研究，徐州，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

[2]翟松峰，荷載與凍融共同作用下混凝土結(jié)構(gòu)可靠度分析及剩余壽命預(yù)測(cè)，北京北京交通大學(xué)，2008.

[3]寧作君，凍融作用下混凝土的損傷與斷裂研究，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[4]楊忠偉，凍融循環(huán)作用下混凝土單軸受壓性能試驗(yàn)研究，揚(yáng)州，揚(yáng)州大學(xué)，2010.