測試混凝土抗凍性需要注意的幾個方面

曾勝武

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司，宜昌 443002)

混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受一定次數(shù)的凍融循環(huán)作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性能?；炷恋目箖鲈囼灧椒ㄖ饕锌靸龇ê吐齼龇▋煞N，慢凍法一次凍融循環(huán)歷時8 h，而快凍法一次凍融循環(huán)時間只需2～4 h[1]。測試采用快凍法時，執(zhí)行《水工混凝土試驗規(guī)程》(DL/T5150—2001)檢測標準，配置混凝土快速凍融試驗機。試件采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體。確定混凝土抗凍等級的指標有兩個，一個是相對動彈模量，另一個是質(zhì)量損失率，前者采用混凝土動彈儀檢測，后者采用電子臺秤檢測。在試驗過程中混凝土相對動彈性模量下降至初始值的60%，試件質(zhì)量損失率達到5%[2,3]，這兩種情況只要有任意一種出現(xiàn)，即認為試件已經(jīng)破壞，以相應的凍融循環(huán)次數(shù)作為該混凝土的抗凍等級。

1 實際操作過程中，需要注意的幾個方面

1.1 試件的飽水狀態(tài)

混凝土凍害與其飽水程度有關，一般認為含水量小于空隙總體積的91.7%就不會產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力，在混凝土完全飽水狀態(tài)下其凍結(jié)膨脹壓力最大[4]。所以，在進行抗凍試驗時，需要嚴格按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(DL/T5150—2001)檢測標準規(guī)定，到達試驗齡期的前4 d，將試件放置在(20±3) ℃的水中浸泡。不嚴格按照標準操作會出現(xiàn)以下兩種情況。

第一種情況：在混凝土試件多次凍融循環(huán)測試后會出現(xiàn)凍融循環(huán)后的試件質(zhì)量比凍融前試件質(zhì)量還大。

經(jīng)過長期測試，分析原因為在試驗前混凝土試件浸水時間不足，混凝土試件未完全達到飽水狀態(tài)。在凍融循環(huán)若干次后試件在水中才完全達到水飽和狀態(tài)，相對于試驗前，此時試件的含水量會相應增加，對外表現(xiàn)出其質(zhì)量在多次測試后會相應地增加，影響了混凝土抗凍性試驗結(jié)果的準確性。

第二種情況：混凝土抗凍性試驗過程中，混凝土的相對動彈性模量已經(jīng)下降至初始值的60%，但質(zhì)量卻沒有減少，而是略有增加。

混凝土受凍破壞主要是由于材料毛細孔隙內(nèi)的水結(jié)冰會產(chǎn)生體積膨脹。當毛細孔隙中充滿水受凍時，孔隙內(nèi)的水首先在其表層細管頸部結(jié)冰，形成冰塞將孔隙水嚴密封堵起來，若溫度繼續(xù)下降，毛細管內(nèi)的冰體還會逐漸增大，在毛細管內(nèi)產(chǎn)生巨大的靜水壓力，致使毛細管壁受到相應的拉應力，當此拉應力超過混凝土的抗拉強度時，毛細管壁將發(fā)生局部開裂。在凍融循環(huán)過程中，內(nèi)外層明顯的應力差和溫度差會使裂縫擴大、變長，直到混凝土試件破壞。

因此，在毛細孔隙內(nèi)結(jié)冰，體積膨脹，逐漸擴展裂開的時候，混凝土試件內(nèi)起緩沖作用的獨立氣泡會被穿透，在接下來的凍融循環(huán)試驗中，氣泡內(nèi)進入了水或冰水混合物，導致了再次測試試件質(zhì)量的增加。

1.2 試件凍融部位

目前，無論哪種抗凍儀均不能完全使凍融試驗箱每處溫度完全均勻一致，溫差會給試驗結(jié)果帶來偏差。試驗中，凍融到一定程度，有時會出現(xiàn)混凝土抗凍試件的兩端外觀差異明顯，原因除了試件裝料不均勻，成型振搗密實程度不一致外，還與試件放置在凍融試驗箱內(nèi)的位置有關。下層液體溫度比上層低，使凍融到一定程度后試件下端外觀比上端差。因此，每次混凝土抗凍性試驗測試完畢，試件需要重新調(diào)頭裝入試件盒，減少上下層溫度不均勻給測試結(jié)果帶來的影響。

混凝土抗凍性試驗在實際操作過程中由于混凝土抗凍試件經(jīng)過多次凍融循環(huán)試驗后表面砂漿被凍脫落掉，原來做好的兩端面標記難于辨認，導致試件可能未調(diào)頭。例如，有時試件表面砂漿層被凍蝕掉，以至于骨料外露，原有標記不存在，無法區(qū)分混凝土試件上下兩端面，不能保證將混凝土試件有效掉頭。為了保證混凝土試件兩端及時調(diào)頭，可以在從試驗箱取出試件時，重新做標記，如采用在混凝土抗凍試件的上下端面用箭頭指向方式作標記。另外，為了保證試件編號不弄錯，可以繪制試驗箱中的試件分布簡圖。

1.3 動彈儀探頭測試位置

每種物體都存在固有的諧振頻率。當物體的體積或材質(zhì)一定時，該物體的諧振頻率僅與其密度有關。因此物體的固有振動頻率決定了物體強度。若能夠測量出該物體的諧振頻率，就可以根據(jù)強度理論推算出物體的強度。動彈儀是利用以上原理測量物體諧振頻率的儀器?；炷羷訌梼x是測定混凝土試件在某種振動模式下的共振率，再計算出混凝土的動彈性，從而判定混凝土在凍融循環(huán)過程中的損壞程度。

實踐證明，混凝土動彈儀探頭測試位置會影響測試結(jié)果?！端せ炷猎囼炓?guī)程》(DL/T5150—2001)試驗規(guī)程要求，激振器和拾振器均在抗凍試件長度方向的側(cè)面中心線上，其中激振器放置在一半的長度處，拾振器放置離端部5 mm處。激振器和拾振器放置位置的遠近直接影響測試結(jié)果，因此每次測試需要將探頭放置在相對固定的位置。除此以外，混凝土抗凍試件經(jīng)過長時間的凍融后，表面的水泥砂漿剝落,標準中探頭規(guī)定的放置位置出現(xiàn)了氣孔或石子外露，如果在此處放置探頭會影響自振頻率檢測結(jié)果，需在其附近重新確定測點，并做好標記。

因此，每次混凝土抗凍試驗測試時，探頭位置應相對固定。為更容易判定探頭所在的位置，可以在試件的測試兩端面用特種記號筆畫出箭頭標記。

2 結(jié) 語

通過對混凝土抗凍試件的飽水狀態(tài)、試件凍融部位和動彈儀探頭測試位置的分析研究，探明了測試混凝土抗凍試驗過程中需要注意的的幾個方面。

a.到達試驗齡期的前4 d，試件需放置在(20±3)℃的水中浸泡，使其達到飽水狀態(tài),提高測試的準確性。

b.在試件兩端調(diào)頭、做標記、繪制試驗箱中的試件分布簡圖，減少其凍融部位給測試帶來的影響。

c.在兩端測試面的探頭測試點做固定標記，使其每次測試點一致，提高混凝土抗凍性測試的準確性。

[1] DL/T5150—2001，水工混凝土試驗規(guī)程 [S]. 北京：中國電力出版社，2002

[2] SL/T352—2006，水工混凝土試驗規(guī)程 [S]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

[3] GB/T50082—2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準 [S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] 李金平,盛 煜,丑亞玲.混凝土凍融破壞研究現(xiàn)狀式 [J].路基工程，2007,132(3):.