公路邊溝蓋板水泥混凝土抗凍性能試驗研究

苑兆迪 張永選

（1.煙臺大學，山東煙臺 264005；2.山東榮濰高速公路有限公司，山東煙臺 264000）

0 引言

在寒冷北方區(qū)域公路建設(shè)過程中，不僅要考慮公路邊溝蓋板的強度標準，還需要考慮其抗凍性能，冬季雨雪天氣造成的道路結(jié)冰、濕滑現(xiàn)象，通常采用鋪撒融雪劑來解決，邊溝蓋板是清理積雪與融雪劑的集中區(qū)域，更易發(fā)生凍融及侵蝕破壞。目前，大量的實驗結(jié)果表明摻加粉煤灰水泥混凝土能節(jié)約水泥，改善水泥混凝土的力學性能，為進一步探索粉煤灰水泥混凝土廣泛應用的可能性，對其在抗凍性能方面進行研究。

1 試驗方案

混凝土抗凍性能研究的前提是混凝土孔結(jié)構(gòu)含水量達到飽和狀態(tài)，再經(jīng)過多次凍融循環(huán)作用仍保持表觀形態(tài)而不產(chǎn)生疲勞破壞的能力。水泥混凝土的抗凍性能評價需要通過凍融循環(huán)試驗來確定。試驗選用C30 強度的水泥混凝土，取 4 種不同的配合比進行試驗，編號及相應粉煤灰摻量見表 1所示。

表1 水泥混凝土配合比表

1# 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 每m3用量（Kg）2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#

按照表 1中配合比成型試件，在養(yǎng)護28d 齡期后開始進行慢凍方式的凍融試驗，通過對試件質(zhì)量和波速進行檢測來評價摻加粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。

2 試驗結(jié)果分析

凍融循環(huán)試驗過程中對粉煤灰水泥混凝土試件的表觀形態(tài)變化、質(zhì)量和模量進行觀察與數(shù)據(jù)采集，并進行結(jié)果分析。

2.1 凍融循環(huán)試驗試件表觀形態(tài)及質(zhì)量損失

圖1 試件凍融循環(huán)前后形態(tài)變化

根據(jù)上圖觀察凍融前及300 次凍融循環(huán)后的表觀形態(tài)變化，并對凍融循環(huán)前和每次凍

融循環(huán)后的試件質(zhì)量進行稱量，計算得各試件質(zhì)量損失率見表 2 所示。

表2 N次凍融循環(huán)后試件質(zhì)量損失率

從表 2 中數(shù)據(jù)可知，原始狀態(tài)混凝土試件的質(zhì)量經(jīng)歷50 次、100 次、150 次……凍融循環(huán)后，總體呈現(xiàn)下降的趨勢。從 1#、2#和3#、4#試件對比發(fā)現(xiàn)，在粉煤灰摻量相同的情況下，隨著外加劑摻量的提高，混凝土質(zhì)量損失率減小，水泥混凝土的抗凍性能增強，從表觀形態(tài)也可以看出3#和4#試件出現(xiàn)局部砂漿剝落現(xiàn)象，而1#和2#試件砂漿普遍剝落，局部露石，也能說明外加劑可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。

對比1#、2#、5#、6#、7#、8#試件，看出粉煤灰摻量20%的試件表觀砂漿普遍剝落，普遍露石，質(zhì)量損失率 0.258%；粉煤灰摻量23%的試件表觀砂漿普遍剝落，質(zhì)量損失率 0.371%；粉煤灰摻量25%的試件表觀砂漿剝落，局部露石，質(zhì)量損失率 0.262%，表明粉煤灰對水泥混凝土抗凍性能具有一定的改善作用，但摻加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效節(jié)約成本，并提高混凝土的抗凍性能。

2.2 凍融循環(huán)試驗試件模量變化

對凍融循環(huán)試件進行波速測量試驗，采用探頭進行采集和測試的方法進行，檢測儀顯示屏可讀取測試數(shù)據(jù)并計算分析，試驗前需對試件接觸位置涂抹耦合劑技術(shù)處理。波速實測數(shù)據(jù)見表 3。

表3 N次凍融循環(huán)試驗試件實測波速表

經(jīng)過計算得到試件相對波速，并繪制混凝土相對波速分析圖（圖2）。

圖2 混凝土相對波速分析圖

根據(jù)圖2 可知，從定量角度進行分析，以各試件經(jīng)歷0 次凍融循環(huán)時的波速為標準，當試件經(jīng)歷N次凍融循環(huán)（N=50，100……300）后，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#試件的相對波速值由100%分別降低至45.98、26.85、62.83、79.29、77.17、96.23、75.99、68.67。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的相對波速總體呈現(xiàn)降低的趨勢，并均在試件經(jīng)歷100 次凍融循環(huán)時呈現(xiàn)相對較大的動彈模量值轉(zhuǎn)折點，并繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢。

粉煤灰提高水泥混凝土抗凍性主要有以下原因：（1）粉煤灰的活性效應，對氫氧化鈣進行了消耗，導致混凝土不易因冰凍產(chǎn)生裂隙；（2）粉煤灰提升了混凝土的密實度，降低了混凝土內(nèi)部的孔隙數(shù)量和孔徑大小，從而提升了混凝土的抗凍性能。

3 結(jié)語

通過以上試驗與分析，結(jié)果表明：粉煤灰對水泥混凝土抗凍性能具有一定的改善作用，但摻加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效節(jié)約成本，并提高混凝土的抗凍性能。在粉煤灰摻量相同的情況下，隨著外加劑摻量的提高，混凝土質(zhì)量損失率減小，水泥混凝土的抗凍性能增強，說明外加劑可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，粉煤灰水泥混凝土抗凍性能呈現(xiàn)下降趨勢，在經(jīng)歷100 次凍融循環(huán)后，水泥混凝土的抗凍性能明顯下降。