提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的試驗(yàn)研究

白軍營(yíng) 高 頔

(中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222)

0 引言

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土作為一類新型硅酸鹽膠凝材料，其反應(yīng)機(jī)理、力學(xué)性能、耐高溫性、耐化學(xué)腐蝕性等方面均取得較多科研成果，并應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目。但關(guān)于地聚合物混凝土抗凍性能的研究相對(duì)較少，大部分研究表明，其抗凍性較差，快速凍融循環(huán)很難達(dá)到100次。

本文以礦渣、偏高嶺土、砂、石為固相原料，以水玻璃、水為液相原料按一定比例配制混凝土，摻加PVA纖維及高效引氣劑，通過(guò)快速凍融試驗(yàn)，對(duì)比分析確定提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的最優(yōu)方案，以便使其適用于北方寒冷地區(qū)。

1 試驗(yàn)原材料及配合比

1.1 試驗(yàn)原材料

1)偏高嶺土：化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 偏高嶺土的主要化學(xué)組成 %

2)礦渣：化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 礦渣的主要化學(xué)組成 %

3)堿性激發(fā)劑：模數(shù)1.2的水玻璃。

4)骨料：粗骨料為粒徑5 mm～25 mm，連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)骨料河砂，細(xì)度模數(shù)2.6。

5)PVA纖維：長(zhǎng)度6 mm，其性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 PVA纖維的性能指標(biāo)

6)引氣劑：松香酸鈉。

1.2 混凝土配合比

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土配合比見(jiàn)表4。

PVA纖維按體積比0.00%,0.05%,0.10%,0.30%,0.50%,1.00%摻入，對(duì)應(yīng)的具體摻量見(jiàn)表5。

引氣劑松香酸鈉的摻量為膠凝材料的0.000%,0.005%,0.010%和0.020%。

表4 無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土配合比 kg/m3

表5 PVA纖維體積百分比對(duì)應(yīng)的質(zhì)量

2 試驗(yàn)方法

以1.4的配合比為基準(zhǔn)配制混凝土，用標(biāo)準(zhǔn)方法攪拌、成型，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50082—2009普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，以質(zhì)量損失達(dá)到5%為混凝土抗凍性試驗(yàn)終止的依據(jù)。

試驗(yàn)分析PVA摻量及引氣劑摻量對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的影響，進(jìn)而選取PVA和引氣劑最佳組合，進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)，進(jìn)而確定提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的最佳方法。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 PVA纖維摻量對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的影響

PVA纖維無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 PVA纖維無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，PVA纖維可提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性，且存在最優(yōu)摻量，即為體積比0.30%，其快速凍融循環(huán)次數(shù)可到125次，比未摻加PVA纖維的混凝土抗凍性提高了75次。

PVA纖維無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土受凍時(shí)表面剝落，但并無(wú)宏觀裂紋出現(xiàn)。纖維的加入有效的改善了混凝土內(nèi)部的缺陷，降低了原生裂紋尺寸，且微細(xì)的PVA纖維在混凝土中亂向分布，互相搭接，可減少多次凍融循環(huán)引起的內(nèi)部的集中拉應(yīng)力，延緩內(nèi)部微裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展。當(dāng)纖維摻量較低時(shí)，阻裂作用有限，使得混凝土承受凍融循環(huán)能力減弱，但當(dāng)纖維摻量過(guò)大，使混凝土與纖維之間的界面過(guò)多，而影響混凝土的整體性，降低混凝土的抗凍性，故存在最佳PVA纖維摻量。

3.2 引氣劑對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的影響

引氣型無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 引氣型無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，引氣劑可顯著提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性，且摻加量為膠凝材料的0.01%時(shí)，其凍融循環(huán)次數(shù)可到100次，比未摻加引氣劑混凝土抗凍性提高了50次。

引氣劑引入封閉均勻的微小氣泡，可緩解混凝土受凍過(guò)程的冰壓力，降低混凝土因受凍而產(chǎn)生的微裂紋，進(jìn)而提高其抗凍性。但當(dāng)引氣劑摻入過(guò)多，易形成大氣泡，其形成微小薄弱區(qū)，對(duì)混凝土抗凍性產(chǎn)生不利影響。故引氣劑存在最佳摻量。

3.3 PVA纖維、引氣劑雙摻對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性的作用

根據(jù)3.1及3.2試驗(yàn)結(jié)果，選擇PVA摻量3.84 kg/m3，引氣劑摻量0.01%按表7配制無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土，并進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，PVA纖維及引氣劑最優(yōu)摻量下無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)可達(dá)到175次。

PVA纖維及引氣劑雙摻對(duì)提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性有顯著作用。

4 結(jié)語(yǔ)

1)PVA纖維可顯著提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性，其最優(yōu)摻量為體積比0.3%。

2)松香酸鈉引氣劑可顯著提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性，其最優(yōu)摻量為膠凝材料的0.010%。

3)PVA纖維與引氣劑共同作用下可大幅度提高無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土抗凍性，凍融循環(huán)次數(shù)可達(dá)到175次，此混凝土除嚴(yán)寒地區(qū)均可應(yīng)用。